2023 年 5 月 25 日，由美国国家能源技术实验室 (National Energy Technology Laboratory, NETL) 研究人员领导的团队最近在密西西比州的一个商业规模的二氧化碳 (CO₂) 地质封存地点启动了机载技术，以完成同类首创的电磁勘测，并收集监测地下封存的温室气体所需的数据。

CO₂的深层地下封存是美国到 2035 年电力部门实现 100% 无碳排放和到 2050 年实现净零碳经济以及防止气候变化的灾难性影响的主要组成部分。但是需要密切监测大规模的碳封存，以确保温室气体不会逸出盖岩的保护层并泄漏到地表或污染供应饮用水的地下含水层。

为了开发有效的监测工具，NETL 领导的团队在密西西比州Kemper县碳储存保证设施企业 (Carbon Storage Assurance Facility Enterprise，Carbon SAFE) 站点测试了超导量子干涉装置(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)磁强计。这种飞艇形状的装置已被工业用于在地表下寻找钻石和其他有价值的矿物，它被拴在一架直升机上，飞越密西西比州中东部大部分森林覆盖的地区。

SQUID 磁强计可以检测极低强度的磁场。检测和分析这种测量的地球物理数据可以帮助研究人员识别地质特征并记录注入CO₂时的变化。

在密西西比州完成的测试还将帮助包括 NETL 研究人员 Rick Hammack 和 Colton Kohnke 以及来自科罗拉多矿业学院和迪亚斯地球物理学院的项目合作伙伴在内的团队确定机载电磁调查是否为监测碳储存地点提供了一种有效、成本更低的解决方案。

如果成功，该技术将验证以前的地下表征工作并开发基线测量和地下表示。此外，空中调查可协助地下封存地点的运营商监测CO₂羽流运动。注入地下的CO₂会产生羽流，该羽流会在储层内扩大，直到注入完成。现场操作员监控羽流的运动以确保封存的完整性。

在 ECO2S CarbonSAFE 项目现场进行了一系列飞行。第一个涉及使用磁强计来测量地下自然产生的电流以及人为电磁噪声。收集的数据可用于确定盐水的位置、岩层厚度、裂缝和其他地下特征。

注：ECO2S项目是在密西西比州Kemper县建立的一个早期二氧化碳储存设施。

对于其他测试，该团队将电流流向一个 5 米长的接地偶极天线，该天线的方向为北/南方向或东/西方向。当磁力计按照从北到南的网格模式飞越测试区域时，这两个天线方向用于将电磁能量辐射到地下。

进行所有飞行以生成地下的基线表示，以便与将 CO₂注入地下后收集的数据进行比较。使用液氦冷却 SQUID 磁强计的飞行是监测商业规模碳储存操作性能的新应用。

NETL研究组组长Hammack 说：“这是第一次使用直升机上的下一代 SQUID 磁接收器从潜在的碳储存地点收集现场测量数据”。

机载电磁勘测可以提供一种成本较低的替代方法来准确估计地下的特征。

目前，可控震源卡车通常用于通过震动表面来产生地震波。地震检波器的位置可以接收卡车反射的地下地震信号，并将数据传输到附近的测量仪器。这种技术很昂贵，并且需要一种更便宜的地下 CO₂羽流成像解决方案。

机载电磁勘测需要的时间要少得多，而且可以以更低的成本完成。此外，空中调查无需与土地所有者协商协议，以便在需要完成调查时将设备带到现场。

ECO2S CarbonSAFE 项目场地内的粗砂具有出色的孔隙率和渗透率。Hammack 说：“这是一个非常好的碳储存场所，可以通过使用这种新工具来密切监测地表下的CO₂”。

NETL地球物理学家Kohnke 说：“该技术发展的下一阶段将集中于将使用机载磁强计在密西西比州测试的数据与该地区的测井记录和其他数据进行比较，以了解它们如何匹配”。