如果高分辨率地震勘探达到地下1000米...

跨孔地震层析成像是利用地震波探测地下介质地质情况的一种高分辨率地震勘探技术。地震层析成像的主要目标，是确定地球内部的精细结构和局部不均匀性。这不仅促进了地球科学的发展，而且解决了许多地质勘探和矿产资源开发中的难题。

跨孔地震层析方法的本质上是对地震波在两孔间地下介质中的波速差异为物性基础，通过采集初至波到达时间来反演得到孔间波速剖面的地震方法，它的优点就是精度高，且不随深度变化。一般的地面探测方法，其探测精度会随着深度增加而变差，电法勘探和地震勘探的探测精度一般是以百分比来确定的，比如地震反射标准一般是5-10%，意思是100m深度其探测精度是5-10m，越深越差。其原因是高精度的高频地震波在地层中衰减较快，深部的信息就只能通过低频波反映。而探测精度与波长是反向相关的，波长越长，精度越低。

而跨孔地震层析成像将震源和接收器都放置在地表以下的孔中，震源和接收器在两个平行的孔中伴随到达Z深处，因此其精度一般不随深度变化。而且，跨孔地震层析成像的激发和接收点的密度是可以加密的，且电火花震源的频率一般比较高，而高频率、短波长又能带来高精度。因此，采用跨孔地震层析成像技术能够更精确地描述地下介质的空间结构和分布。

跨孔地震层析法相较于其他地球物理探测方法更精确，但由于其探测深度有限（一般在300米以内），因此使用受到了一定的限制，在诸多新的研究领域，如碳捕获和储存CCS现场（地下约500-800米）、地热测试现场（地下约750米）、深度矿藏探测（地下500米以下）等领域。而这些新领域则更需要精确的探测结果，为更深入的研究提供帮助，因此，大深度的跨孔地震层析成像设备就非常必要。

Z新的TOMO1000大深度跨孔地震层析成像系统，通过在地表控制震源和接收系统，在岩土中探测地震波的传播路径和速度，并通过数据处理和层析成像技术得到地下岩土层的二维维结构图像。该系统Z大探测深度可达1000米，探测分辨率高，可以获取高精度的地质信息。

该系统主要由两部分组成：SBS1000震源系统和BHC1000接收器系统。

▲ 深层地震层析成像系统（左SBS1000、右BHC1000）

• SBS1000是一款超高频震源单元，能够大大增强信号强度和可靠性，并可控制震源振动的激发频次。

• BHC1000是一款多通道高精度传声器接收器单元，支持的多通道数据采集、直接模数转换等多项先进技术。

• SBS1000+BHC1000成为实现1000米以内深孔层析成像的理想选择。

SBS1000+BHC1000深孔地震层析成像仪是基于多年从业经验和技术积累开发生产的新一代大跨度深孔成像设备，在探测深度、成像效果、信噪比、可重复性等方面均实现重大的技术突破。

总的来说，TOMO1000具有精度高、深度探测能力强的优势，但是其探测范围、成本和操作要求的问题也应引起注意。相较于现有探测手段，当深孔地震层析成像的深度到达1000米时，所获得的精确成果，可能意味着更多应用与研究的可能。因此，在使用时需要根据实际情况进行权衡选择。

CCS，也被称为碳捕获与存储（Carbon Capture and Storage），是一种能够减少温室气体排放到大气中的技术，通过捕捉二氧化碳，然后将其安全存储在地下深层。

在碳捕获与存储（CCS）方面，TOMO1000深部跨孔层析成像系统能提供深度和精度的地震资料，这对评估潜在的二氧化碳储存地点至关重要。

具体来说，CCS项目通常涉及向地下深层地质结构注入和储存二氧化碳，这需要对这些地质结构有深入的理解。例如，我们需要知道地下储层的精确位置、形状、大小和物理特性，以便了解它们能否有效地储存二氧化碳，并确保二氧化碳的长期稳定性。

TOMO1000能够提供这样的信息。它能产生高频P波，获得出色的信号重复性和宽频信号范围，使得可以对地下深层地质结构进行详细的探测和分析。此外，TOMO1000的1000米探测深度，足够应对大多数CCS项目的需求。

同时，这种设备可以通过生成地震层析图，将地震走时反演为实际的地下地质结构，这对于理解和预测储层性质、二氧化碳的运移和封存状况非常重要。

在实际操作中，TOMO1000可以用于前期的储层评估，也可以在注入及后期监测阶段，通过监测地震波的变化，追踪二氧化碳在地下的运移情况。总的来说，这是一个非常有价值的工具，可以在碳捕获和存储项目中发挥重要作用。

Svelvik CO₂现场实验室由一口中央注入井（B2）、四口监测井（M1-M4）和进行CO₂注入实验所需的基础设施组成。注入井设计用于在小超压条件下注入CO₂，并在34至65m深度之间进行筛选。四口监测井用PVC套管套管至约100米深，并位于注入井周围菱形的角落。监测井位于距注入井9.9m（M3和M4）和16.5m（M1和M2）处。

对于所有实验，地震源放置在钻孔M4中，水听器/检波器地震接收器放置在钻孔M3中。

• 在CO₂注入前进行了一次P波、SH波和SV波测量，作为基线测量。

• 在CO₂注射期间共采集了8组P波层析成像数据。

• 在第0天和第1天进行了2次P波调查，即上午和下午各一次。

• 在第0–2天，对下部区域进行了SH波和SV波测量。

• 从第1天到第5天，对上部区域进行SH波测量。

• 在数据处理过程中测量并考虑了钻孔偏差。

只考虑具有相同深度的源和接收器，为每个井间组选择所有波类型（P、SH和SV）的到达时间，并根据真实震源和接收器距离计算地震速度。下图显示了所有深度测量的计算P波、SH波和SV波速度，以及根据基线测量标准化的计算行程时间变化。

▲ 井间数据分析：（a）P波（b）SH波和（c）SV波的归一化波速相对于基线的时间变化（百分比）

图中时间变化显示了CO₂气体的影响。即使在第0天不同深度的注入开始不久，也可以看到变化。在约64m处，注入区没有或只有轻微变化。显著变化从第2天和第3天开始，深度约为38至40m。这对应于地震速度从约2180m/s下降至2140m/s。b和图c显示了注入点附近下部区域SH和SV波速计算得出的速度下降。

▲ （a）基线P波和（b）第4天数据的层析成像反演结果以及（c）差异层析图（（基线-第4天）/基线）

如上图，P波层析成像结果表明，水平分层沉积具有交替的高速和低速区，即低渗透性或高渗透性沉积物。

基线数据和注入CO₂第4天采集的数据之间的两个P波层析图像的比较表明，CO₂沿着上层赋存层内的高渗透带迁移。

差异层析图中可以看到高达7%的速度变化。该区域与Z可能充当CO₂赋存层的厚粘土层有关。在40m深度以下，可以看到小于2%的极小变化。

分布式温度传感（DTS）测量的数据分析显示，钻孔M1、M2和M4中没有明显的局部温度变化。然而，在M3中，在40 m深度附近有一个明显的峰值，这意味着CO2从注入点相对快速地扩散到40m深度处的观察孔M3。这些结果与P波测量的层析反演结果一致。

▲ （a）注入前第0天（虚线）、第2天（灰色线）和第4天（黑色线），钻孔M3的DTS测量值随深度变化。（b）相对于注入前水平，温度峰值Z大范围的时间变化~40 m深度

地热能是指地壳中储藏的热能，其主要来源于地球内部的放射性元素衰变产生的热能。地热能被视为一种清洁、可再生的能源。而TOMO1000深部跨孔层析成像系统则可以在地热能的探测、开发和利用中发挥关键作用。

这个设备能够在相当大的深度（1000米）上进行高精度探测，这是地热资源勘探中的重要需求，因为地热能通常位于地表以下的深度。