Metoda seizmičke refleksije uključuje slanje akustičnih talasa hiljadama metara ispod površine Zemlje. Reflektovani signali pružaju naučnicima informacije o karakteristikama podzemne površine. Tako se mogu otkriti nalazišta nafte i gasa. Iako se oni na kraju više neće vaditi kako se udaljavamo od fosilnih goriva, tačno poznavanje stenskih struktura je važno za bolje razumevanje poznatih rezervoara.
Zemljina podzemna površina mogla bi biti ključno mesto za skladištenje gasova staklene bašte. Sa poboljšanim algoritmima mašinskog učenja i novim računarskim konceptima visokih performansi, istraživači sa Fraunhofer instituta za industrijsku matematiku ITVM sada su u mogućnosti da detaljnije obrađuju seizmičke podatke. Tehnologija bi takođe mogla biti korisna za izgradnju vetroelektrana.
Seizmička refleksija je efikasna, nedestruktivna metoda istraživanja podzemne površine i između ostalih aplikacija se koristi za traženje rezervoara nafte, gasa i tople vode. Uključuje prenos akustičnih talasa u zemlju i snimanje signala koji se reflektuju nazad. Rezultati ukazuju na sastav i strukturu podzemne površine, pomažući u lociranju rezervoara.
Tehnologija radi na kopnu, kao i na moru na područjima unutar kontinentalnog pojasa. Ključ za postizanje značajnih rezultata je obrada i analiza snimljenih podataka. Fraunhofer institut za industrijsku matematiku ITVM u Kajzerslauternu je dalje razvio metod obrade podataka. Sa ovim poboljšanim seizmičkim snimanjem, neobrađeni podaci prolaze kroz više faza obrade kako bi se stvorila izuzetno detaljna slika morskog dna i njegove složene podzemne strukture.
Fraunhoferovi stručnjaci koriste SF GRT (Statoil Fraunhofer „Generalizovana transformacija radona“) proces razvijen tokom istraživanja ugovora. Dr Norman Etrih, jedan od šefova odeljenja za računarstvo visokih performansi i vođu tima za seizmiku, i njegov tim su koristili inovativne algoritme mašinskog učenja (ML) da usavrše softverski paket na viši nivo detalja i optimizuju osnovnu arhitekturu računara.
Sada pruža detaljne i precizne slike stenskih struktura ispod morskog dna. Ovo omogućava identifikaciju veličine, strukture i oblika rezervoara nafte i gasa ispod površine – sa preciznošću od nekoliko metara. Za ovaj projekat, Fraunhofer ITVM je udružio svoju ekspertizu u geofizici, matematici i informacionim tehnologijama.
Ipak, otkrivanje novih nalazišta nafte i gasa ispod morskog dna nikako nije glavni fokus. Norman Etrih objašnjava: „Zbog udaljavanja od fosilnih goriva, opada interesovanje evropskih zemalja za otkrivanje novih nalazišta nafte i gasa. One su više zabrinute za bolje razumevanje i ispitivanje poznatih rezervoara i onih koji su već u upotrebi.“ Na kraju krajeva, tehnologija se takođe može koristiti za pronalaženje odgovarajućih lokacija za gasove staklene bašte, kao što je CO 2, koji se deponuju pod zemljom.
Istraživanje površine i podzemlja morskog dna zahteva specijalizovane brodove koji često pokrivaju hiljade kvadratnih kilometara pravim linijama. Za sobom vuku vazdušne puške i hidrofone. Tipično, vazdušno oružje šalje akustični impuls na svakih 25 metara. U vodi, zvučni talasi putuju brzinom od 1.480 m/s, prodiru u slojeve stena ispod morskog dna. U ekstremnim slučajevima, akustični talasi mogu da putuju kroz 3.000 metara vode, pre nego što prođu još 11.000 metara ispod morskog dna.
Reflektovani signali se zatim detektuju na površini mora pomoću visokoosetljivih hidrofona. „Na ovaj način svaki impuls stvara seizmički trag. Ovi tragovi daju informaciju o tome koliko vremena protekne između emisije i prijema. Na ovo vreme širenja takođe utiče sastav i veličina svakog sloja stene. Pošto akustički signal preuzima više hidrofona, morsko dno se može analizirati iz više uglova. Jačina, vreme širenja i ugao signala pružaju ključne informacije o karakteristikama, strukturi i debljini stenske formacije. Ovo uključuje informacije o tome da li je određeni sloj veoma porozan i da li je pore su ispunjene uljem ili gasom, na primer.
Tokom tipičnog istraživanja, specijalizovano plovilo će putovati duž stotina paralelnih linija kroz područje koje treba istražiti. Duž svake linije emituju se hiljade impulsa vazdušnog oružja, a svaki impuls se hvata kao reflektovani signal od strane hiljada hidrofona. Rezultat toga su stotine miliona prikupljenih tragova podataka, što iznosi brojne terabajte informacija. Da bi upravljali ovom ogromnom količinom podataka, stručnjaci za računarstvo u Kajzerslauternu razvili su posebne koncepte računarstva visokih performansi (HPC) (pogledajte okvir).
Podaci se prvo filtriraju, uređuju i prethodno sortiraju, a zatim se podzemna površina može mapirati metodom seizmičke migracije. Da bi se dodatno poboljšao kvalitet obrade podataka nakon migracije, uvodi se sve više i više potpuno automatizovanih algoritama za ML obradu. „Posebna snaga naše metode, koja je poboljšana algoritmima ML, je u tome što više ne koristi apstrakcije u analizi podataka koje bi na kraju ugrozile tačnost analize“, objašnjava Etrih. Rezultat je detaljan vizuelni prikaz složene podzemne strukture.
Optimizacije omogućavaju po prvi put da se otkriju difrakcijske zone ili zone kvara i učine ih vidljivim na kreiranoj slici. To su relativno mala područja u kojima se karakteristike stenskog sloja naglo menjaju, na primer pojavom raseda u inače zaptivenom sloju.
„Ovo bi ukazivalo na oblast iz koje su nafta ili gas odavno pobegli. Takođe bi moglo da ukaže na to da je sloj previše porozan da bi funkcionisao kao rezervoar CO 2 ili da je prisutan rezervoar tople vode i da bi formacija stoga bila pogodna za geotermalne sistema“, nastavlja Etrih.
Identifikacija ovakvih difrakcionih objekata metodom seizmičke refleksije takođe može biti veoma korisna za postavljanje vetroturbina u priobalnim vetroparkovima. Fraunhoferova tehnologija analizira podzemnu površinu, čime se obeležavaju mesta sa posebno tvrdom stenom koja bi ometala postavljanje jarbola turbine u morsko dno. Ovo pomaže da se izbegnu skupi problemi kasnije.
