En fjärranalysteknik som kan upptäcka förändringar i realtid i underjordiska miljöer har genomgått framgångsrika tester i öknen strax utanför KAUST-campus i Thuwal, Saudiarabien.

För att undvika den tidskrävande och destruktiva effekten av borrning, geologer vänder sig alltmer till ett tillvägagångssätt som kallas seismisk avbildning. Denna procedur använder ljudkällor på många olika platser för att skicka akustiska vågor djupt under jorden och mäter sedan hur lång tid det tar för vågorna att återvända till mottagare på ytan. Vågornas färdtid beror på egenskaper som hårdheten eller porositeten hos material som de passerar genom, och så denna metod kan enkelt identifiera unika underjordiska egenskaper, såsom vattenfickor.

Dock, konventionell seismisk avbildning är fortfarande för långsam för att upptäcka geologiska händelser i realtid, konstaterar KAUST-geofysikern Gerard Schuster. "För ett konventionellt seismiskt experiment, du behöver många olika vinkelvyer för att exakt uppskatta egenskaperna för varje underkonstruktion, som kräver många timmar att distribuera och excitera seismiska källor över hundratals olika platser, " han säger.

Under de senaste 20 åren, Schuster har arbetat på en lösning på detta problem genom att fokusera på hur de cykliska mönstren för akustiska vågor börjar släpa efter eller leda varandra efter att ha passerat genom ett underjordiskt material. Dessa förändringar, känd som fasskillnader, kan inverteras med seismisk interferometri för att ge högupplöst strukturell information samtidigt som det kräver mycket färre ljudkällor.

"Det här tillvägagångssättet kräver mycket mindre ansträngning, ", säger Shuster. "Att ta tidsskillnaderna mellan faserna gör att du kan svara på frågor om geologins hårdhet och mjukhet med bara några få experiment istället för hundratals."

I deras senaste verk, Schuster och kollegor utförde ett kontrollerat time-lapse-experiment för att validera kapaciteten hos deras seismiska interferometriteknologi. Först, teamet satte upp en rad ljudkällor och mottagare över en torr sanddyn. Sedan, de injicerade 12 ton vatten i dynen under några timmar medan de registrerade nästan hundra interferometriska mätningar för varje källplats. Dessa data omvandlades varannan minut till ögonblicksbilder av vattenflödet under ytan när det sipprade genom understrukturella lager flera meter under ytan.

"Våra tredimensionella simuleringar av experimenten övertygade oss om att det vi såg inte var en falsk läsning, " säger Schuster. "Den initiala effekten av dessa fynd kan vara användbar för miljöingenjörer som behöver snabb och billig övervakning av underytan - till exempel, realtidsavbildning av läckande dammar, eller effektiva mars- eller månseismiska undersökningar."