2023 年 5 月 25 日，由美國國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 (National Energy Technology Laboratory, NETL) 研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)最近在密西西比州的一個商業(yè)規(guī)模的二氧化碳 (CO2) 地質(zhì)封存地點(diǎn)啟動了機(jī)載技術(shù)，以完成同類首創(chuàng)的電磁勘測，并收集監(jiān)測地下封存的溫室氣體所需的數(shù)據(jù)。
CO2的深層地下封存是美國到 2035 年電力部門實(shí)現(xiàn) 100% 無碳排放和到 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零碳經(jīng)濟(jì)以及防止氣候變化的災(zāi)難性影響的主要組成部分。但是需要密切監(jiān)測大規(guī)模的碳封存，以確保溫室氣體不會逸出蓋巖的保護(hù)層并泄漏到地表或污染供應(yīng)飲用水的地下含水層。
為了開發(fā)有效的監(jiān)測工具，NETL 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在密西西比州Kemper縣碳儲存保證設(shè)施企業(yè) (Carbon Storage Assurance Facility Enterprise，Carbon SAFE) 站點(diǎn)測試了超導(dǎo)量子干涉裝置(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)磁強(qiáng)計(jì)。這種飛艇形狀的裝置已被工業(yè)用于在地表下尋找鉆石和其他有價值的礦物，它被拴在一架直升機(jī)上，飛越密西西比州中東部大部分森林覆蓋的地區(qū)。
SQUID 磁強(qiáng)計(jì)可以檢測極低強(qiáng)度的磁場。檢測和分析這種測量的地球物理數(shù)據(jù)可以幫助研究人員識別地質(zhì)特征并記錄注入CO2時的變化。
在密西西比州完成的測試還將幫助包括 NETL 研究人員 Rick Hammack 和 Colton Kohnke 以及來自科羅拉多礦業(yè)學(xué)院和迪亞斯地球物理學(xué)院的項(xiàng)目合作伙伴在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)確定機(jī)載電磁調(diào)查是否為監(jiān)測碳儲存地點(diǎn)提供了一種有效、成本更低的解決方案。
如果成功，該技術(shù)將驗(yàn)證以前的地下表征工作并開發(fā)基線測量和地下表示。此外，空中調(diào)查可協(xié)助地下封存地點(diǎn)的運(yùn)營商監(jiān)測CO2羽流運(yùn)動。注入地下的CO2會產(chǎn)生羽流，該羽流會在儲層內(nèi)擴(kuò)大，直到注入完成。現(xiàn)場操作員監(jiān)控羽流的運(yùn)動以確保封存的完整性。
在 ECO2S CarbonSAFE 項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行了一系列飛行。第一個涉及使用磁強(qiáng)計(jì)來測量地下自然產(chǎn)生的電流以及人為電磁噪聲。收集的數(shù)據(jù)可用于確定鹽水的位置、巖層厚度、裂縫和其他地下特征。
注：ECO2S項(xiàng)目是在密西西比州Kemper縣建立的一個早期二氧化碳儲存設(shè)施。
對于其他測試，該團(tuán)隊(duì)將電流流向一個 5 米長的接地偶極天線，該天線的方向?yàn)楸?/span>/南方向或東/西方向。當(dāng)磁力計(jì)按照從北到南的網(wǎng)格模式飛越測試區(qū)域時，這兩個天線方向用于將電磁能量輻射到地下。
進(jìn)行所有飛行以生成地下的基線表示，以便與將 CO2注入地下后收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。使用液氦冷卻 SQUID 磁強(qiáng)計(jì)的飛行是監(jiān)測商業(yè)規(guī)模碳儲存操作性能的新應(yīng)用。
NETL研究組組長Hammack 說：“這是第一次使用直升機(jī)上的下一代 SQUID 磁接收器從潛在的碳儲存地點(diǎn)收集現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)”。
機(jī)載電磁勘測可以提供一種成本較低的替代方法來準(zhǔn)確估計(jì)地下的特征。
目前，可控震源卡車通常用于通過震動表面來產(chǎn)生地震波。地震檢波器的位置可以接收卡車反射的地下地震信號，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇臏y量儀器。這種技術(shù)很昂貴，并且需要一種更便宜的地下 CO2羽流成像解決方案。
機(jī)載電磁勘測需要的時間要少得多，而且可以以更低的成本完成。此外，空中調(diào)查無需與土地所有者協(xié)商協(xié)議，以便在需要完成調(diào)查時將設(shè)備帶到現(xiàn)場。
ECO2S CarbonSAFE 項(xiàng)目場地內(nèi)的粗砂具有出色的孔隙率和滲透率。Hammack 說：“這是一個非常好的碳儲存場所，可以通過使用這種新工具來密切監(jiān)測地表下的CO2”。
NETL地球物理學(xué)家Kohnke 說：“該技術(shù)發(fā)展的下一階段將集中于將使用機(jī)載磁強(qiáng)計(jì)在密西西比州測試的數(shù)據(jù)與該地區(qū)的測井記錄和其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以了解它們?nèi)绾纹ヅ?/span>”。
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