用分布式声学传感探测地下奥秘

用分布式声学传感探测地下奥秘

分布式声学传感（DAS）已成为井孔地球物理学中的前沿技术。利用光纤电缆，井孔 DAS 系统能够实时、高分辨率地成像和监测地下结构和活动，即使在极端温度和压力下也能覆盖长距离。DAS 不仅提高了井孔地球物理数据的准确性，还增强了检测和分析井孔环境变化的能力。

通过轻轻敲击井口来测试光纤声学传感器阵列。图片来源：Panaya Paulsson

分布式声学传感技术简介

分布式声学传感是一种利用光纤电缆沿其长度检测声波的技术。这些光纤可能长达数千米，安装在井孔、浅表沟槽甚至海底。通过从光纤一端的电子询问器发送光脉冲，DAS 测量声波对光纤的反射变化，从而能够持续监测地下活动，如地震事件、流体流动以及井孔周围的其他变化。这项技术提供了关于地下条件的实时、详细信息。

DAS 技术在井孔地球物理学中的应用

DAS 技术在井孔地球物理学中有广泛的应用，包括：

• 垂直地震监测：DAS可以检测并记录沿井孔长度的地震波，提供有关井附近速度结构的详细信息。
• 水力压裂监测：在水力压裂过程中，DAS实时监测裂缝的传播和流体的流动，有助于优化该过程的安全性。
• 流体流动检测：通过测量与流体运动相关的声学信号，DAS跟踪井孔内的流体流动，这对于储层管理和地下水监测非常有用。
• 地震监测：DAS用于检测和分析井孔周围的微地震事件，这些事件可以提供有关地下过程的见解，无论是人为的（例如地热或碳封存）还是自然的（例如断层或火山）。

分布式光纤传感技术记录的波形。图片由T. K. Lim提供

《井孔地球物理学中的分布式声学传感》一书介绍

《井孔地球物理学中的分布式声学传感》共有 31 章，分为四个主要部分：

• 第一部分关注仪器和建模
• 第二部分涵盖数据采集和处理
• 第三部分介绍成像和反演技术
• 第四部分探索多种应用，如地震学、裂缝检测、活动断层监测和低频应变监测。

每个部分都有专家的贡献，提供了 DAS 技术当前状态、挑战和潜力的详细概述。本书还介绍了 DAS 原理和进展，并在结尾部分展望了 DAS 技术和井孔 DAS 地球物理应用的未来发展。

未来展望

井孔 DAS 技术迅速扩展，因此我们希望再出版一本书来捕捉最新的发展和应用。第一本书涵盖了从井孔到地表DAS 的广泛应用。自那时以来，井孔 DAS 技术迅速扩展，因此我们希望再出版一本书来捕捉最新的发展和应用。

我们预计未来几年将在 DAS 硬件、软件、综合数据分析和集成以及大数据管理方面取得进一步进展，包括广泛采用机器学习和人工智能。我们还预计 DAS 的应用将超越井孔地球物理学，例如用于监测和预警地震、火山爆发、龙卷风、飓风、山体滑坡等自然灾害。此外，DAS 可能用于智能城市应用的工程实践，甚至用于月球和火星的观测。