Een teledetectietechniek die realtime veranderingen in ondergrondse omgevingen kan detecteren, is succesvol getest in de woestijn net buiten de KAUST-campus in Thuwal, Saoedi-Arabië.

Om de tijdrovende en destructieve impact van boren te vermijden, geologen wenden zich steeds meer tot een benadering die bekend staat als seismische beeldvorming. Deze procedure maakt gebruik van geluidsbronnen op veel verschillende locaties om akoestische golven diep onder de grond te sturen en meet vervolgens hoe lang het duurt voordat de golven terugkeren naar ontvangers op het oppervlak. De reistijd van de golven hangt af van eigenschappen zoals de hardheid of porositeit van de materialen waar ze doorheen gaan, en dus kan deze methode gemakkelijk unieke ondergrondse kenmerken identificeren, zoals zakken water.

Echter, conventionele seismische beeldvorming is nog steeds te traag om real-time geologische gebeurtenissen te detecteren, merkt KAUST-geofysicus Gerard Schuster op. "Voor een conventioneel seismisch experiment, je hebt veel verschillende hoekweergaven nodig om de eigenschappen van elke onderbouw nauwkeurig in te schatten, wat vele uren kost om seismische bronnen op honderden verschillende locaties in te zetten en te activeren, " hij zegt.

De afgelopen 20 jaar, Schuster heeft aan een oplossing voor dit probleem gewerkt door zich te concentreren op hoe de cyclische patronen van akoestische golven beginnen te vertragen of elkaar leiden nadat ze door ondergronds materiaal zijn gegaan. Deze veranderingen, bekend als faseverschillen, kan worden omgekeerd door seismische interferometrie om structurele informatie met een hoge resolutie te leveren, terwijl er veel minder audiobronnen nodig zijn.

"Deze aanpak vereist veel minder inspanning, ", zegt Shuster. "Door de tijdsverschillen tussen de fasen te nemen, kun je vragen over de hardheid en zachtheid van de geologie beantwoorden met slechts een paar experimenten in plaats van honderden."

In hun laatste werk, Schuster en collega's voerden een gecontroleerd time-lapse-experiment uit om de mogelijkheden van hun seismische interferometrietechnologie te valideren. Eerst, het team zette een reeks audiobronnen en -ontvangers op boven een droge zandduin. Vervolgens, ze injecteerden 12 ton water in het duin gedurende een paar uur terwijl ze bijna honderd interferometrische metingen registreerden voor elke bronlocatie. Deze gegevens werden elke twee minuten omgezet in snapshots van de ondergrondse waterstroom terwijl deze door de ondergrondse lagen enkele meters onder het oppervlak sijpelde.

"Onze driedimensionale simulaties van de experimenten hebben ons ervan overtuigd dat wat we zagen geen valse lezing was, ", zegt Schuster. "De eerste impact van deze bevindingen kan nuttig zijn voor milieu-ingenieurs die snelle en goedkope monitoring van de ondergrond nodig hebben, bijvoorbeeld, realtime beeldvorming van lekkende dammen, of efficiënte Mars- of maanseismische onderzoeken."