Ryc. 3.2 Krąg wróżek w Brazylii, według Morettiego i in., Ref. 10, reprodukowany w wielu dokumentach SPE. Plik : Fairy Circle in Brazil.jpg. https://petrowiki.spe.org/Exploration_for_natural_hydrogen
[Uważa się, że naturalny wodór występuje w ekonomicznie opłacalnych stężeniach i lokalizacjach na każdym kontynencie. Naturalny wodór może być w stanie zaspokoić „prognozowane globalne zapotrzebowanie ludzkości na wodór na tysiące lat”, nie zanieczyszcza środowiska, może być dostępny przy znacznie niższych kosztach końcowych dla użytkownika niż wodór przemysłowy i może być odnawialny. Naturalny wodór został zidentyfikowany w wielu skałach źródłowych na obszarach poza basenami sedymentacyjnymi, gdzie zazwyczaj działają firmy naftowe.
Za Wikipedią: https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_hydrogen]
Rola geofizyki w geologicznych zasobach wodoru
Streszczenie
Przejście na czystsze źródła energii jest kluczowe dla redukcji emisji dwutlenku węgla do zera. Wśród tych nowych rodzajów czystej energii rośnie świadomość potencjału naturalnie występującego wodoru geologicznego (H02) jako podstawowego zasobu energii, który można łatwo wprowadzić do istniejącego zaopatrzenia w energię. Przewiduje się, że geofizyka odegra kluczową rolę w takich przedsięwzięciach. Istnieją dwa główne rodzaje geologicznego H2. Jednym z nich jest naturalny H2 (nazywany złotym H2 ), który gromadzi się przede wszystkim naturalnie w zbiornikach w określonych warunkach geologicznych; a drugim jest stymulowany H2 (nazywany pomarańczowym H2 ), który jest wytwarzany sztucznie ze skał źródłowych poprzez stymulację chemiczną i fizyczną. Najpierw przedstawimy geofizykę geologicznego H2 w porównaniu i kontraście do scenariuszy niebieskiego i zielonego H2. Następnie omówimy znaczenie geofizyki zarówno w naturalnym H2, jak i stymulowanym H2 w kontekście narzędzi eksploracyjnych i monitorujących. Porównując i zestawiając obecne narzędzia geofizyczne w eksploracji i produkcji węglowodorów, wyobrażamy sobie innowacyjne technologie geofizyczne i strategie dla zasobów geologicznych w oparciu o naszą obecną wiedzę na temat naturalnych i stymulowanych geologicznych systemów wodorowych. Strategie eksploracji H2 będą obejmować przejście od podejścia skoncentrowanego na złożu do podejścia skoncentrowanego na skałach źródłowych. Na koniec uważamy, że metody geofizyczne, w tym integracja multigeofizyki, wydajne pozyskiwanie danych i uczenie maszynowe w geologicznym H2 mogą potencjalnie zapewnić wystarczające nowe kierunki i znaczące możliwości prowadzenia badań przez następne jedno lub dwa dziesięciolecia.
1. Wprowadzenie
Wodór był znaczącym składnikiem transformacji energetycznej, Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) Net-Zero do 2050 r. określa zapotrzebowanie na 500 Mt wodoru rocznie (IEA 2019 , 2021 , DOE 2021 ). Obecne dostawy nie są w stanie zaspokoić tego zapotrzebowania. Dlatego potrzebne są zasoby zakłócające, a wodór geologiczny, w tym naturalny H 2 i stymulowany H 2, ma potencjał, aby osiągnąć ten cel (Yedinak 2022 ). Na podstawie badań przeprowadzonych przez naukowców z USGS i z całego świata, potencjał rezerw wodoru geologicznego waha się od 500 000 ton rocznie (Lollar 2014 ) do miliardów ton rocznie (Klein i in. 2020 , Zgonnik 2020 , Ellis i Gelman 2022 ). Dowody na obecność geologicznego H 2 znaleziono na całym świecie, na przykład w Mali (Caby 2014 ), Omanie (Neal i Stanger 1983 ), USA (Guélard i in. 2017 ), Australii (Boreham 2021 ), Francji (Lefeuvre i in. 2022 ) i Brazylii (Prinzhofer i in. 2019 ). Na przykład Zgonnik ( 2020 ) przedstawia globalną mapę przesiąkania H 2 .
Naukowcy w tych publikacjach używają różnych kolorów, aby odnieść się do różnych źródeł gazu wodorowego w dostawach energii. Rysunek 1 przedstawia cztery różne źródła H 2 i ich powszechnie stosowane oznaczenia kolorystyczne. Niebieski H2 pochodzi z węglowodorów kopalnych poprzez reforming parowy, a powstały CO2 musi zostać wychwytany i magazynowany. Niebieski H 2 może mieć dodatnią emisję CO 2 i jest używany jako nośnik energii. Geofizycy przyczyniają się do magazynowania i monitorowania CO2. Zielony H2, wytwarzany poprzez elektrolizę wody, wytwarza prawie zerową emisję CO2 netto i pozostaje nośnikiem energii. Jednym z głównych wyzwań związanych z zielonym wodorem są metale wymagane do paneli słonecznych i turbin wiatrowych, gdzie geofizycy mogą pomóc w eksploracji minerałów.
Rysunek 1.
Reprezentacja kolorów różnych H 2 w przemianie energetycznej. Największą różnicą między niebieskim H2 a zielonym H2 jest to, że geologiczny H2 jest podstawowym źródłem energii, a nie nośnikiem energii. Tymczasem rola geofizyki również zmienia się wraz z różnymi H 2 .
Geologiczny H2 obejmuje naturalny H2, który jest określany jako złoty H2, i stymulowany H2, który jest określany jako pomarańczowy H2. Naturalny H2, występujący naturalnie w akumulacji podpowierzchniowej, nie wymaga znaczącego przetwarzania, takiego jak niebieski H2 i zielony H2, potencjalnie emitując zero CO2 . Stymulowany H2, wytwarzany przez sztuczne stymulowanie reakcji chemicznej w skałach źródłowych, również emituje zero CO2, a potencjalną dodatkową korzyścią jest to, że proces produkcji mógłby również służyć jako magazyn zmineralizowanego węgla, jeśli katalizowane reakcje obejmują typ, który zużywa CO2. Geologiczny H 2 zmienia rolę H2 z nośnika energii (tj. równoważną roli baterii) na zasób energii. Znaczenia tej zmiany nie można przecenić w roli geologicznego wodoru w pomaganiu w osiągnięciu zerowej energii netto. Chcemy podkreślić potencjalną rolę geofizyki w geologicznym H2, ponieważ prawie wszystkie te publikacje skupiają się na geochemii i geologii, a było niewiele dyskusji na temat geofizyki. Geofizycy mogą poszukiwać naturalnego H2, identyfikując skały źródłowe i złoża, a także mogą ułatwiać proces stymulowanego wytwarzania H2, monitorując stymulację i ekstrakcję. Przewidujemy wzrost badań w tych kierunkach i poprzez wyraźne zidentyfikowanie kluczowych wyzwań i luk metodologicznych chcemy zachęcić społeczność geofizyki stosowanej do bardziej innowacyjnych badań. Tak więc geologiczny wodór jest jasno zdefiniowaną, rozwijającą się dziedziną, w której geofizyka może bezpośrednio przyczynić się do utrzymania stabilnego zaopatrzenia w energię i osiągnięcia zerowych emisji netto CO2 . W tym artykule skupimy się na roli geofizyki w geologicznym H2. Najpierw porównamy i przeciwstawimy kluczowe aspekty układu węglowodorowego i układu wodorowego w oparciu o naszą obecną wiedzę. Następnie omówimy naturalny układ H2 i stymulowany układ H2 jako dwa główne składniki geologicznego H2. W osobnej sekcji omówimy wyzwania i potencjalny wkład geofizyki. Jedna sekcja zbada wyzwania w obrębie naturalnego układu H2 i rozwiązania , które może zaoferować geofizyka. Druga sekcja zbada przeszkody napotykane w stymulowanym układzie H2 i w jaki sposób geofizyka może zapewnić rozwiązania. Na koniec podsumowujemy te metody geofizyczne i potencjalne nowe kierunki, w których geofizycy mogą podążać w tej dziedzinie w przyszłości.
2. Mechanizm powstawania wodoru geologicznego
Z perspektywy naturalnie występującego układu wodorowego geolodzy zidentyfikowali wiele typów mechanizmów generowania wodoru i powiązanych źródeł, takich jak serpentynizacja (np. Coveney i in. 1987 , Etiope i in. 2011 , McCollom i Seewald 2013 , Holm i in. 2015 , McCollom i in. 2022 ), pirytyzacja (np. Arrouvel i Prinzhofer 2021 ) i radioliza (np. Bouquet i in. 2017 ). Metamorfizm skał ultramaficznych (np. serpentynizacja) jest ważnym sposobem wytwarzania wodoru w skorupie ziemskiej (Milkov 2022 ). Reakcja chemiczna jest opisana przez
który produkuje H2, jak również magnetyt. Ten proces ogólnie może prowadzić do zwiększonej podatności magnetycznej i zmniejszonej oporności elektrycznej w powstałych zmienionych strefach. Zmiany właściwości fizycznych związane z serpentynizacją były przedmiotem badań w kontekście tradycyjnej eksploracji minerałów (np. He i in. 2018 ), a ostatnio w kontekście magazynowania węgla poprzez mineralizację w ultramaficznych (np. Cutts i in. 2021 ).
3. System H2 kontra system gazu ziemnego
Dowody na obecność H2 znaleziono na całym świecie, na przykład w Mali (Caby 2014 ), Omanie (Neal i Stanger 1983 ), Stanach Zjednoczonych (Guélard i in. 2017 ), Australii (Boreham 2021 ), Francji (Lefeuvre i in. 2022 ) i Brazylii (Prinzhofer i in. 2019 ), gdzie Mali i Oman mają lepsze badania. Na podstawie tych przykładów i badań naukowych istnieje wiele różnic między systemem H 2 z serpentynizacji a systemem węglowodorowym. W tym artykule omówiliśmy tylko różnice, co prowadzi do różnych wyborów scenariuszy geofizycznych.
Rozumiemy, że węglowodory w paliwach kopalnych, takich jak gaz ziemny, powstawały przez miliony lat. Wodór geologiczny może być wytwarzany stosunkowo szybko, a skala czasowa może wynosić lata lub dekady (Neal i Stanger 1983 ; McCollom i Bach 2009 , Klein i in. 2013 , Leong i in. 2023 ). Tymczasem gaz ziemny jest stabilny i ma niższą dyfuzję i niższą reaktywność niż wodór, więc gaz ziemny może być łatwiej gromadzony w zbiornikach. Natomiast geologiczny H 2 ma wysoką dyfuzję i wysoką reaktywność (Bardelli i in. 2014 , Gaucher 2020 , Ménez 2020 ). Wysoka dyfuzyjność i reaktywność oznaczałyby, że H 2 nie może łatwo gromadzić się daleko od źródła, ponieważ większość H 2 mogła zostać zużyta w drodze migracji na duże odległości. Wiadomo, że część H2 mogła migrować na dużą odległość od źródeł płaszcza do powierzchni skorupy ziemskiej. Jednakże, biorąc pod uwagę, że źródło płaszcza jest głębokie, prawdopodobieństwo akumulacji dużych ilości H2 jest niewielkie, chyba że sprzyjające warunki geologiczne, takie jak temperatura i ciśnienie, zapobiegną konsumowaniu H2 przez reakcje i inne czynniki podczas migracji na duże odległości. Czynniki te związane z dużą odległością prawdopodobnie zmniejszą prawdopodobieństwo akumulacji H2 w porównaniu z sytuacją stosunkowo krótkich odległości między skałami źródłowymi a zbiornikami. Z drugiej strony, właściwości szybszych wskaźników akumulacji w krótszej odległości migracji geologicznego H2 mogą również pomóc w ładowaniu zbiorników w pobliżu skał źródłowych, tak aby duże zbiorniki były możliwe w pobliżu skał źródłowych. Kluczowe punkty porównania i kontrastu między systemami gazu ziemnego i wodoru przedstawiono na rys. 2 .
Rysunek 2.
Podsumowanie kontrastu między systemem węglowodorowym a jednym scenariuszem systemu wodorowego pochodzącego ze skał ultramaficznych. Główne czynniki różnicujące, które należy wziąć pod uwagę w przypadku systemów wodorowych, to szybkie tempo generowania w skałach źródłowych, znacznie wyższa dyfuzyjność i reaktywność oraz konieczność bliskości między skałami źródłowymi a potencjalnym zbiornikiem.
Opierając się na tym rozumowaniu, proponujemy scenariusz eksploracji wodoru, w którym celem wczesnych badań i rozwoju jest opracowanie narzędzi do odkrywania akumulacji H2 występującej w pobliżu skał źródłowych. Kluczowe zrozumienie, że znaczne akumulacje wodoru prawdopodobnie wystąpią bliżej skał źródłowych, motywuje nas do wprowadzenia strategii napędzanych przez skały źródłowe dla scenariuszy z generacją wodoru poprzez serpentynizację w skałach ultramaficznych. Podkreślamy, że ta strategia stoi w ostrym kontraście do konwencjonalnego podejścia do eksploracji węglowodorów, które jest skoncentrowane na złożu, jak pokazano na rys. 3, ponieważ istnienie dużych akumulacji oznacza, że złoże węglowodorów może znajdować się daleko od skał źródłowych. Jednak po zlokalizowaniu skał źródłowych wodoru możemy zbadać inne składniki migracji i akumulacji H2 wokół skał źródłowych. Ta cecha układu wodorowego będzie wymagała opracowania nowych zintegrowanych technik geofizycznych w celu skutecznej charakterystyki istotnych składników układu wodorowego i określenia potencjalnych celów zasobów. W rozdziale 5 poświęconym geofizyce omówimy zintegrowaną geofizykę dotyczącą wodoru geologicznego (Zhang i in. 2022 , Zhang i Li 2023a ) oraz powody, dla których strategie skoncentrowane na złożach mogą nie być odpowiednie dla wodoru geologicznego .
Rysunek 3.
Liczba publikacji na temat eksploracji węglowodorów w ciągu ostatnich dwóch dekad uzyskana z biblioteki Society of Exploration Geophysicists. Istnieje 30 razy więcej artykułów na temat złóż niż na temat skał źródłowych. Ta dysproporcja w publikacjach pokazuje, że w eksploracji ropy naftowej i gazu nacisk kładzie się na złoża. Ze względu na znaczenie skał źródłowych w geologicznym H2 przewidujemy jednak konieczną zmianę strategii eksploracji. Potrzeba znacznie więcej badań i rozwoju skupionych na skałach źródłowych w eksploracji wodoru.
4. Naturalny układ H 2 kontra stymulowany układ H 2
W poprzedniej sekcji omówiliśmy różnicę między systemami węglowodorów (gazu ziemnego) a naturalnie występującymi geologicznymi systemami wodorowymi. Istnieją jednak dwa systemy H 2 , z których możemy produkować geologiczny wodór. Pierwszy pochodzi z naturalnie występujących akumulacji H 2 , a drugi poprzez stymulowane systemy H 2 . Ważne jest, aby rozróżnić naturalne systemy H 2 i stymulowane systemy H 2 .
Występowanie naturalnego H 2 w dużych ilościach wymaga wielu odpowiednich warunków, takich jak reakcja w równaniu ( 1 ) (Milkov 2022 ), która może nie występować łatwo spontanicznie w naturze. Ponieważ podpowierzchnia może stale generować wodór poprzez naturalne procesy geochemiczne i biologiczne (Dopffel i in. 2023 ), możemy sztucznie przyspieszyć te procesy. Osselin i in. ( 2022 ) proponują stymulowaną generację H 2 , w której sztucznie stymuluje się skały źródłowe H 2 w kontrolowanych warunkach, takich jak temperatura, ciśnienie, poziom pH wody, wybrany skład skały źródłowej i stosunek skały do wody (Neal i Stanger 1983 ; McCollom i Bach 2009 , Klein i in. 2013 , Leong i in. 2023 ). To sztuczne działanie stymuluje generację wodoru bezpośrednio ze skał źródłowych bez potrzeby zbiornika.
W naturalnie występujących układach H 2 etap akumulacji złoża i generacja wodoru ze skał źródłowych są zwykle rozdzielone zarówno w czasie, jak i przestrzeni geologicznej, nawet jeśli czas rozdzielenia jest krótszy niż w układach węglowodorowych, a odległość przestrzenna jest mniejsza niż w układzie węglowodorowym. Dlatego możliwe jest oddzielne poszukiwanie skał źródłowych i złoża w eksploracji naturalnego występowania H 2 .
Natomiast skały zbiornikowe i źródłowe w stymulowanym wodorze są wymieszane w czasie i przestrzeni. Dlatego musimy zwrócić uwagę zarówno na skały zbiornikowe, jak i źródłowe jednocześnie. Dynamika wynikająca z nakładania się generacji wodoru i akumulacji w skałach źródłowych wynika najpierw z stymulowanej generacji H2, a następnie z działania ekstrakcji H2 w krótkim przedziale czasowym lub jednocześnie z czynnościami stymulacji. Aby zapewnić trwałą i wydajną produkcję stymulowanego H2 , musimy monitorować proces generowania H2, taki jak serpentynizacja, i zapewnić jego kontynuację i wydajność, a także monitorować zmiany płynów i skał w czasie związanym z ekstrakcją H2 . Dlatego też głównym zadaniem jest monitorowanie serpentynizacji w środowiskach skał twardych podczas procesu stymulacji, co stanowi znaczące odejście od monitorowanego złoża w produkcji węglowodorów.
5. Rola geofizyki w geologicznym H2
Niezależnie od tego, czy szukamy rezerwuarów i skał źródłowych w naturalnej eksploracji H2, czy monitorujemy dynamikę stymulowanej generacji H2, musimy zobrazować zmienność podpowierzchni jako funkcję lokalizacji i czasu. To jest domena geofizyki. Tak więc geofizyka odgrywa ważną rolę w geologicznej eksploracji i produkcji wodoru w ogóle. Jednak wykorzystanie narzędzi geofizycznych i naciski są znacząco różne w naturalnym i stymulowanym wodorze geologicznym.
W przypadku eksploracji naturalnego H 2 wiele narzędzi geofizycznych stosowanych w tradycyjnej eksploracji węglowodorów można zastosować do lokalizowania i określania granic złoża, ale do określania granic skały źródłowej wymagane są nowe techniki. W przypadku stymulowanego wodoru monitorowanie musi koncentrować się zarówno na stymulowanej reakcji chemicznej, jak i dynamice płynów ekstrakcji H 2 , potrzebny jest odrębny zestaw narzędzi do obrazowania geofizycznego. Wynika z tego, że badania i rozwój oraz wykorzystanie geofizyki w geologicznym H 2 prawdopodobnie będą przebiegać dwoma dość odrębnymi trajektoriami. Następnie krótko omówimy te dwie trajektorie.
6. Eksploracja naturalnego H 2( złotego H 2) przy użyciu geofizyki
6.1. Integracja grawitacji, pola magnetycznego, pola elektromagnetycznego i sejsmicznego
Ponieważ H2 ma silną dyfuzyjność i reaktywność, im dalej migruje H2 po wygenerowaniu, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo, że zostanie zachowany. H2 może zostać zużyty wzdłuż ścieżki migracji ze względu na wysoką reaktywność i zużycie biologiczne lub rozproszony ze względu na wysoką dyfuzyjność. Tak więc istnieje potencjał, aby część H2 migrowała na duże odległości wzdłuż przewodów, takich jak odpowiednie uskoki o właściwych warunkach, ale jest bardziej prawdopodobne, że mniejsze akumulacje H2 wystąpią z większym prawdopodobieństwem niż te węglowodorów po migracji wzdłuż ścieżek o podobnych odległościach w podobnych środowiskach geologicznych. Dlatego też, aby osiągnąć taką samą ekonomiczną objętość złóż, jak w przypadku węglowodorów, logicznym jest wnioskowanie, że powinny istnieć krótsze odległości między złożami wodoru a skałami źródłowymi. Ten kontrast jest podkreślony na ilustracji na rys. 2 .
Skała źródłowa byłaby również częściowo serpentynizowana z nierównomiernym rozmieszczeniem (np. He et al. 2018 ). Stawiamy hipotezę, że obecność częściowej serpentynizacji może być również kluczowym elementem, ponieważ oznacza to, że zbiornik zostałby ponownie naładowany w niedawnym czasie geologicznym. Całkowicie lub w znacznym stopniu zmieniona objętość skały źródłowej prawdopodobnie wskazywałaby na dłuższy upływ czasu od aktywnej generacji wodoru geologicznego i mniejsze prawdopodobieństwo akumulacji zachowanego wodoru. Dlatego też rozdzielenie w czasie między procesem serpentynizacji a obecnym stanem skały źródłowej może być również kluczowym czynnikiem.
Z tego wynika, że regiony o wyższej perspektywiczności H2 dla naturalnej eksploracji H2 znajdowałyby się w pobliżu skał źródłowych, które mają wystarczająco dużą objętość i przeszły częściową serpentynizację. Pozostaje jeszcze zrozumieć, jak duża objętość jest „wystarczająca” poprzez przyszłe badania i analizy danych eksploracyjnych, ale te dwa aspekty są warunkami koniecznymi. Dlatego poszukiwanie skał źródłowych w systemie H2 jest pośrednim sposobem na pomoc w odkryciu pobliskiego złoża H2 . Nasza proponowana strategia oparta na skałach źródłowych będzie mogła wykorzystać podejścia multifizyczne opracowane w eksploracji złóż, które wykorzystują dane elektromagnetyczne, grawitacyjne i magnetyczne (np. Nabighian i Asten 2002 , Dentith i Mudge 2014 ), a także zintegrowane obrazowanie geologii podpowierzchniowej przy użyciu ilościowych narzędzi interpretacyjnych, takich jak inwersja, inwersja wspólna i różnicowanie geologii (np. Li i Oldenburg 1996 , 1998 , Oldenburg i in. 2005 , Holtham i Oldenburg 2010 , Sun i Li 2016 , Devriese i in. 2017 , Melo i Li 2021 ). Narzędzia te umożliwią mapowanie i określenie obecności skał źródłowych, takich jak bogate w Fe(II) skały ultramaficzne (równanie ( 1 )), a także oszacowanie objętości i stopnia serpentynizacji w skałach źródłowych.
Zachowany H 2 migrowałby do zbiorników z czapami nadkładu lub gromadziłby się w miejscach takich jak te z łagodnymi uskokami. Możemy wydobywać H 2 przez poziome odwierty w zbiorniku uszczelnionym warstwami nadkładu lub przez pionowe odwierty w sytuacji, gdy H 2 jest uwięziony przez uskoki lub pułapki strukturalne. Metoda sejsmiczna dostarczyłaby narzędzi do obrazowania zbiorników, uszczelnień, uskoków i pułapek strukturalnych. Wiele metodologii opracowanych w konwencjonalnej eksploracji gazu ziemnego można by dostosować i zmodyfikować w celu znalezienia i określenia złóż H 2 . Do metod tych zalicza się podejścia obrazowe (np. Baysal i in. 1983 , Chang i McMechan 1994 , Zhang i in. 2016 ), analizy atrybutów (np. Marfurt i in. 1998 , Dou i in. 2017 , Yang i in. 2017 ) oraz pełną inwersję przebiegu dla zawartości płynu w zbiornikach (np. Virieux i Operto 2009 , Wu i McMechan 2019 ).
Gdybyśmy mieli postępować zgodnie ze strategiami w eksploracji gazu ziemnego i starać się zastosować to samo podejście do eksploracji naturalnego wodoru, moglibyśmy uznać, że do identyfikacji złóż H 2 może być potrzebna tylko metoda sejsmiczna . Jednak wcześniej wspomniane czynniki unikalne dla naturalnego H 2 mogą prowadzić do wyłącznego zastosowania sejsmicznej metody eksploracji w celu uzyskania fałszywych wyników dodatnich lub nawet niezamierzonego odkrycia złóż gazu ziemnego. Tymczasem, w zależności od grubości strefy przejściowej między złożem H 2 a uszczelnieniem pokrywowym, może wystąpić płynna zmiana prędkości w tej strefie przejściowej, tak że w danych sejsmicznych można zaobserwować niewielkie odbicia. W konsekwencji, bezpośrednie zastosowanie metody sejsmicznej może powodować fałszywie negatywne wyniki w eksploracji H 2 .
Połączona strategia wyznaczania skał źródłowych za pomocą EM, grawitacji i magnetyzmu, a następnie eksploracji złóż H2 w pobliżu skał źródłowych może nie tylko znacznie złagodzić te ryzyka, ale także stanowi niezbędny element. Rysunek 4 ilustruje koncepcję zintegrowanej eksploracji skał źródłowych H 2 przy użyciu wielu narzędzi geofizycznych, takich jak magnetyzm lotniczy, gradiometria grawitacyjna lotnicza, grawitacja naziemna, EM lotniczy i naziemny oraz metody głębokiego wykrywania elektrycznego w celu mapowania i wyznaczania bogatych w jony skał źródłowych, takich jak skały ultramaficzne. Rysunek 4 ilustruje scenariusz identyfikacji złóż H2 przy użyciu danych geofizycznych o wysokiej rozdzielczości, a następnie ekstrakcji z pionowych lub poziomych odwiertów w zależności od charakterystyki złóż.
Rysunek 4.
Ilustracja geofizyki w naturalnym H2 . Integracja narzędzi geologicznych może pomóc zidentyfikować zarówno skały źródłowe, jak i zbiorniki, aby uniknąć dodatnich fałszywych i ujemnych prawdziwych wyników akumulacji H2 . Obrazowanie przy użyciu danych geofizycznych może pomóc w wierceniu odwiertu. Wydajny projekt akwizycji geofizycznej może pomóc obniżyć koszty gromadzenia danych. (Górny obraz pochodzi z Hand 2023 ; Źródło ilustracji dla środkowych i dolnych paneli: Mengli Zhang.)
6.2. Efektywne i wysokorozdzielcze zbieranie danych geofizycznych
Ciekawą obserwacją jest to, że nie odkryto żadnych dużych złóż H2 związanych z wierceniem ropy naftowej i gazu w ciągu dziesięcioleci w głównych basenach, pomimo faktu, że istnieje znaczna liczba wczesnych odwiertów z gazem wodorowym. Jedną z możliwości jest to, że nie szukaliśmy we właściwych miejscach. Jednak ostrożne rozumowanie musi uwzględniać fakt, że większość głównych basenów została zbadana pod kątem ropy naftowej i gazu, więc istnieje małe prawdopodobieństwo znalezienia światowej klasy złóż H2porównywalnych do dużych złóż gazu ziemnego w tych basenach. Wynika z tego, że obszary o wysokiej perspektywiczności prawdopodobnie znajdują się na marginesach basenów lub z dala od nich. To rozważanie jest również zgodne z tym, co rozumiemy jako warunek konieczny, a mianowicie bliskość częściowo zserpentynizowanych jednostek skał ultramaficznych. Tymczasem brak dużych odkryć w basenach wskazuje również na prawdopodobieństwo, że złoża lub złoża H2 występować w mniejszych rozmiarach w porównaniu ze złożami gazu ziemnego. Tak więc, przynajmniej na wczesnym etapie eksploracji H2 i po odwiertach poszukiwawczych, musimy zmierzyć się z koniecznością skanowania dużych obszarów i obrazowania objętości podziemnej w celu identyfikacji obszarów sterylnych i oceny bardziej perspektywicznych obszarów.
W związku z tym zakres przestrzenny, który ma zostać objęty geofizyką, dramatycznie wzrasta, a koszt pozyskiwania danych geofizycznych oraz towarzyszących im badań geochemicznych i gazowych na dużych obszarach może stać się znaczącą przeszkodą dla odkryć H2. Podobnie czas wymagany do pozyskania danych może mieć również poważny negatywny wpływ. Dwa czynniki stają się ważne: możliwość wydajnego i opłacalnego zbierania danych na dużych obszarach oraz możliwość zbierania danych o wysokiej rozdzielczości przy dostępnym budżecie i w ramach czasowych, które są akceptowalne dla inwestycji venture.
Efektywne i ekonomiczne zbieranie danych geofizycznych można osiągnąć między innymi dwoma podejściami. Jedno polega na adaptacji niedrogich i rozproszonych czujników i sprzętu, które są na horyzoncie lub dopiero mają zostać wynalezione i opracowane. Drugie polega na zastosowaniu nowych projektów badań geofizycznych i wdrożeń terenowych. Akwizycja oparta na kompresyjnym wykrywaniu w eksploracji sejsmicznej odniosła duże sukcesy w projektowaniu i akwizycji niedrogich badań sejsmicznych (np. Herrmann 2010 , Li i in. 2013 , Mosher i in. 2014 , Brown i in. 2017 ; Zhang, 2020 ). Nowo opracowane próbkowanie ergodyczne (Zhang i Li 2022 , 2023b ) może również zapewnić szeroko stosowane alternatywne projekty badań w celu niedrogiego naziemnego i lotniczego pozyskiwania danych geofizycznych, w tym danych elektromagnetycznych, grawitacyjnych, gradiometrii grawitacyjnej i magnetycznych. To podejście można wykorzystać do pokrycia obszarów badań rozpoznawczych rzędu 2 do 10 razy większych niż to, co jest możliwe do wykonania za pomocą konwencjonalnych podejść. Co równie ważne, próbkowanie ergodyczne można wykorzystać do pozyskania danych o znacznie wyższej rozdzielczości w obszarach docelowych o wysokiej gradacji bez ponoszenia zwiększonych kosztów lub czasu. Tak więc próbkowanie ergodyczne można wykorzystać do zebrania znacznie większej ilości informacji w celu szczegółowego obrazowania obszarów docelowych.
6.3. Integracja interdyscyplinarna i uczenia maszynowego
Generowanie, migracja i konserwacja H 2to złożony system, który będzie miał odpowiednio złożone sygnatury geofizyczne. Systemy obejmują twarde skały, wodę i składniki hydrologiczne, reakcje chemiczne i miękkie skały do akumulacji i konserwacji H2. Dlatego też elementy co najmniej trzech tradycyjnych systemów, tj. systemu mineralnego, systemu hydrogeologicznego i systemu naftowego, są zaangażowane w eksplorację H2 . W związku z tym wymagane będą techniki geofizyczne z różnych dziedzin, w tym eksploracja minerałów twardych skał, eksploracja ropy naftowej i gazu z miękkich skał oraz płyn hydrotermalny w eksploracji geotermalnej. Złożoność związana z tymi systemami i ich interakcjami może być zrozumiana jedynie poprzez podejście interdyscyplinarne z wykorzystaniem wiedzy multidyscyplinarnej. Zatem ponowne połączenie i rekonfiguracja tych technik jest kluczem do odkrywania i produkcji geologicznego H2 . Ponadto oczekuje się, że złożoność związana z integracją różnych typów danych geofizycznych, a także informacji geologicznych i specyficznych dla danego miejsca będzie znacznym wyzwaniem. Podejścia wykorzystujące uczenie maszynowe, a nawet sztuczną inteligencję prawdopodobnie okażą się owocnym rozwiązaniem i utorują drogę do efektywnej integracji i ekstrakcji informacji przy odkrywaniu zasobów H2 .
7. Monitorowanie stymulowanego H2 ( pomarańczowy H2 ) za pomocą geofizyki
Podpowierzchnia może stale generować wodór poprzez naturalne procesy geochemiczne i biologiczne (Dopffel i in. 2023 ). Jednak w niektórych przypadkach szybkość generacji może być niewystarczająca (Aiken i in. 2022 ), aby zaspokoić zapotrzebowanie na H2 . Możemy sztucznie produkować znacznie więcej H2 , jeśli potrafimy wzmocnić lub wywołać więcej procesów generowania H2 , takich jak serpentynizacja i stłumić zużycie powstałego H2 . Ta procedura to stymulowany H2 omówiony wcześniej. Tymczasem skały źródłowe, takie jak bogate w oliwin skały ultramaficzne, są szeroko rozpowszechnione na całym świecie. Stymulowana produkcja H2 poprzez wykorzystanie powszechnie dostępnych skał źródłowych może znacznie obniżyć wymagania eksploracyjne w porównaniu z naturalnym H2 . Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że geofizyka nie ma wiele do roboty w stymulowanym H2 poza mapowaniem skał źródłowych. Może to być prawdą, jeśli stymulację można łatwo wdrożyć na miejscu, jak w warunkach laboratoryjnych, a H2 można wydobyć bez żadnego ryzyka dla środowiska. Istnieje jednak wiele wyzwań w procesach stymulowanego H 2 , których nie ma w naturalnej eksploracji H 2 . Dlatego potrzebujemy innowacyjnych metod, aby sprostać tym wyzwaniom, a geofizyka ma do odegrania kluczową rolę. Istnieje kilka wyzwań w stymulowanym systemie H 2 , z którymi nie mierzy się naturalny H 2 . Tabela 1 podsumowuje kontrasty. Kluczową różnicą jest to, że w stymulowanych systemach H 2 można zaobserwować znacznie szybsze zmiany w skali dni lub tygodni.
Tabela 1.
Kontrasty pomiędzy naturalnymi i stymulowanymi systemami H 2 .
| Naturalny H2 | Stymulowany H2 | |
|---|---|---|
| Generowanie i akumulacja | różny czas geologiczny i różne lokalizacje | w tym samym czasie i podobnych lokalizacjach |
| Reakcja chemiczna | mały | szybka zmiana (z minuty na godzinę) |
| Właściwości fizyczne | stabilny | zmienny |
| Temperatura i odkształcenia | mała zmiana | szybka zmiana i znaczący wpływ na generację H2 |
Ze względu na nakładanie się strefy generacji i strefy akumulacji w stymulowanym H2, wielofizyczna integracja metod geofizycznych jest koniecznością. Tymczasem w procesie stymulowanego H2 zachodzą szybkie zmiany związane z reakcją chemiczną, wynikającymi z niej właściwościami fizycznymi oraz polami temperatury i deformacji, co oznacza, że konieczne jest również monitorowanie w czasie rzeczywistym przy użyciu geofizyki; poniżej przedstawiamy nasze sugestie dotyczące zastosowania geofizyki.
7.1. Monitorowanie procesu generowania H2 w czasie rzeczywistym przy wykorzystaniu integracji sygnałów elektromagnetycznych i magnetycznych
Dane elektromagnetyczne (EM) i magnetyczne są wydajne w zbieraniu i mają wystarczającą czułość na przewodnictwo elektryczne i podatność magnetyczną skał ultramaficznych i stref serpentynizacji w nich. Integracja danych EM i magnetycznych może być wykorzystana do scharakteryzowania skał źródłowych ultramaficznych i do obrazowania stref serpentynizacji podczas stymulacji H 2 . Skały ultramaficzne mają odrębne zakresy wartości właściwości fizycznych (np. podatność magnetyczna, przewodnictwo i gęstość) (np. He i in. 2018, Cutts i in. 2021 ), co umożliwi geofizyce obrazowanie tych skał źródłowych. Proces serpentynizacji zmienia przewodnictwo i podatność dalej, a te zmiany umożliwiają geofizyce obrazowanie występowania, stopnia i zasięgu przestrzennego serpentynizacji. Wykorzystanie zobrazowanej zmiany przewodnictwa z danych EM i zmiany podatności z danych magnetycznych może wyznaczyć strefę serpentynizacji, w której generowany jest H2. Rysunek 5 ilustruje monitorowanie w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem danych geofizycznych o wysokiej rozdzielczości, takich jak integracja danych elektromagnetycznych i magnetycznych z danymi uzyskanymi z pomiarów naziemnych i otworowych.
Rysunek 5.
Ilustracja geofizyki potrzebnej w stymulowanym H2 . Monitorowanie procesu generowania H2 w czasie rzeczywistym przy użyciu integracji danych elektromagnetycznych i magnetycznych: charakteryzowanie i monitorowanie pola temperatur oraz sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym do operacji inżynieryjnych przy użyciu przetwarzania ML. (Górny obraz pochodzi z Hand 2023 ; Źródło ilustracji dla środkowego i dolnego panelu: Mengli Zhang i Jenny Crawford.)
7.2. Charakteryzowanie i monitorowaanie pola temperatur
Obrazowanie i monitorowanie pola temperatury może być również istotne w przypadku stymulowanego H2 . Znaczenie tego składnika jest dwojakie. Po pierwsze, zarówno wtryskiwana woda, jak i procesy serpentynizacji zmieniłyby pole temperatury w skałach źródłowych H2 ( np. Allen i Seyfried 2004 ), podczas gdy temperatura i przepływ ciepła mają głęboki wpływ na proces serpentynizacji i generację H2 (np. McCollom i in. 2016 ). Na przykład niektóre badania wskazują na żywotność generacji H2 w niskiej temperaturze poniżej 100°C (np. Neal i Stanger 1983 ; Leong i in. 2023 ), podczas gdy inne badania sugerują wyższy zakres temperatur powyżej 200°C (np. McCollom i Bach 2009 ). Chociaż optymalna temperatura dla stymulowanego H2 nie została ustalona, możemy być pewni, że monitorowanie temperatury ma kluczowe znaczenie. W przeciwieństwie do eksperymentu laboratoryjnego na skalę próbki, pola temperatury nie można bezpośrednio zmierzyć w całej objętości stymulowanej serpentynizacji. Geofizyka może pomóc w monitorowaniu temperatury poprzez ograniczone pomiary i odwrotną rekonstrukcję rozkładu temperatury 3D. W pełni zobrazowany rozkład temperatury w objętości stymulacji może potencjalnie pełnić podwójną rolę jako skuteczny wskaźnik stopnia serpentynizacji oraz czynników środowiskowych i stymulacyjnych w celu utrzymania i optymalizacji generacji H2 .
7.3. Charakteryzowanie i monitorowanie pola deformacji
Reakcja serpentynizacji doprowadzi do rozszerzenia objętości (np. Cutts i in. 2021 ). Tymczasem oczekuje się, że efekt cieplny związany z procesem, a także pękanie skał źródłowych również doprowadzą do deformacji jednostek skały źródłowej podczas stymulowanej generacji wodoru. Tak więc wykorzystanie danych o deformacji, takich jak pomiary odkształceń i obrazowanie stref źródłowych deformacji, może dostarczyć dodatkowych informacji o położeniu przestrzennym i stopniu serpentynizacji. Obrazowane pole deformacji może dostarczyć uzupełniających informacji w celu scharakteryzowania i zobrazowania w czasie rzeczywistym procesu stymulowanej generacji wodoru. W tym celu można wykorzystać zarówno dane o deformacji powierzchni, jak i dane o odkształceniach otworu wiertniczego.
7.4. Informacje zwrotne w czasie rzeczywistym dla operacji inżynieryjnych i kontroli
Obrazowanie i monitorowanie stref skał źródłowych poddawanych stymulacji jest jedynie środkiem do osiągnięcia celu inżynieryjnego. Monitorowanie ostatecznie dostarczy użytecznych informacji do podejmowania decyzji operacyjnych w zakresie inżynierii, aby dostosować i kontrolować proces stymulacji w celu utrzymania i optymalizacji generowania i ekstrakcji H2. Badania McCollom i Bacha ( 2009 ) wskazują, że litologie, temperatura, ciśnienie, poziom pH wody i stosunek wody do skały wpływają na szybkość generowania H2 i stężenie H2. Istnieje zbiór prac opartych na badaniach laboratoryjnych, ale przeniesienie wyników tych badań do stymulowanego w skali terenowej H2 wymaga kluczowego ogniwa, które może zdalnie dostarczać parametry do wykorzystania w dynamicznej kontroli, a geofizyczne monitorowanie zapewnia to ogniwo. Aby umożliwić przetwarzanie i inwersję danych z monitoringu geofizycznego, przewidujemy wykorzystanie obliczeń o wysokiej wydajności. Aby wyodrębnić informacje z wielu zestawów danych geofizycznych w czasie rzeczywistym, podejście uczenia maszynowego (ML) byłoby konieczne i mogłoby okazać się skuteczną drogą rozwoju. Rysunek 5 ilustruje tę koncepcję.
8. Podsumowanie
Wysiłek w zakresie produkcji wodoru geologicznego polega na eksploracji naturalnie występującej akumulacji H2 w stymulowanej produkcji H2. Geofizyka odegra ważną rolę w obu scenariuszach. Nakreśliliśmy możliwe strategie geofizyczne dla eksploracji naturalnego wodoru i dla stymulowanego monitorowania wodoru w oparciu o obecną wiedzę na temat systemów H2. W miarę pojawiania się nowych odkryć i dowodów oraz poprawy wiedzy na temat geologicznych systemów H2, strategie geofizyczne z pewnością również będą ewoluować.
Oczywiste jest, że do eksploracji i produkcji naturalnych zasobów H2 oraz do stymulowanej produkcji H2 potrzebne są różne narzędzia geofizyczne. Podsumowujemy te narzędzia na rys. 6. Pierwszym krokiem jest zbieranie danych geofizycznych, dlatego potrzebne są wydajne zbieranie danych geofizycznych, w tym niedrogie czujniki i wydajne projektowanie badań. Pozyskiwanie danych geofizycznych z powietrza, ziemi i otworów wiertniczych może być stosowane w zależności od warunków geologicznych i rozmiarów celów. W naturalnym geologicznym H2 integracja danych elektromagnetycznych, grawitacyjnych, magnetycznych i sejsmicznych może charakteryzować skały źródłowe i złoża. Te typy danych w połączeniu z danymi dotyczącymi temperatury i odkształceń mogą monitorować generowanie i ekstrakcję H2 w stymulowanym H2. Ostatecznie celem jest podejmowanie decyzji w sposób wydajny przy użyciu narzędzi ML w przetwarzaniu i interpretacji tych danych w geologicznej eksploracji i produkcji wodoru.
Rysunek 6.
Podsumowanie narzędzi geofizycznych w geologii H2 i potencjalne kierunki badań.
Podziękowanie
Dziękujemy Geoffreyowi Ellisowi za wiele wnikliwych dyskusji. Dziękujemy również pani Jenny Crawford za pomoc w opracowaniu rys. 5. Wsparcie finansowe dla tej pracy zapewnia Center for Gravity, Electrical, and Magnetic Studies (CGEM) w Colorado School of Mines. Praca jest częściowo wspierana przez wspólny program branżowy Potential for Geologic Hydrogen Gas Resources.
Oświadczenie o konflikcie interesów: Autorzy oświadczają, że nie występuje u nich żaden konflikt interesów.
Odniesienia
Aiken JM, Sohn RA, Renard F et al. Gas migration episodes observed during peridotite alteration in the SamailOphiolite,Oman.GeophysResLett 2022;49:e2022GL100395. https://doi.org/10.1029/2022GL100395
Allen DE, Seyfried WE, Jr. Serpentinization and heat generation: constraints from Lost City and Rainbow hydrothermal systems. Geochim Cosmochim Acta 2004;68:1347–54. https://doi.org/10.1016/ j.gca.2003.09.003
Arrouvel C, Prinzhofer A. Genesis of natural hydrogen: new insights from thermodynamic simulations. Int J Hydrog Energy 2021;46:18780–94. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.057
Bardelli F, Mondelli C, Didier M et al. Hydrogen uptake and diffusion in Callovo-Oxfordian clay rock for nuclear waste disposal technology. Appl Geochem 2014;49:168–77. https://doi.org/10.1016/j. apgeochem.2014.06.019
Baysal E, Kosloff D, Sherwood JWC. Reverse time migration. Geophysics 1983;48:1514–24. https://doi.org/10.1190/1.1441434
Boreham C, Edwards DS, Czado K et al. Hydrogen in Australian natural gas: occurrences, sources and resources. APPEA J 2021;61:163–91. https://doi.org/10.1071/AJ20044
Bouquet A, Glein CR, Wyrick D et al. Alternative energy: production of H2 by radiolysis of water in the rocky cores of icy bodies. Astrophys J Lett 2017;840:L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa6d56
Brown L, Mosher CC, Li C et al. Application of compressive seismic imaging at Lookout Field, Alaska. Leading Edge 2017;36:670–6. https://doi. org/10.1190/tle36080670.1
Caby R. Nature and evolution of neoproterozoic ocean-continent transition: evidence from the passive margin of the West African craton in NE Mali. J Afr Earth Sci 2014;91:1–11. https://doi.org/10.1016/j. jafrearsci.2013.11.004
Chang WF, McMechan GA. 3-D elastic prestack, reverse-time depth migration. Geophysics 1994;59:597–609. https://doi.org/10.1190/1. 1443620
Coveney RM, Jr., Goebel ED, Zeller EJ et al. Serpentinization and the origin of hydrogen gas in Kansas. AAPG Bull 1987;71:39–48. https:// doi.org/10.1306/94886D3F-1704-11D7-8645000102C1865D
Cutts JA, Steinthorsdottir K, Turvey C et al. Deducing mineralogy of serpentinized and carbonated ultramafic rocks using physical properties with implications for carbon sequestration and subduction zone dynamics. Geochem Geophys Geosyst 2021;22:GC009989. https://doi. org/10.1029/2021GC009989
Dentith M, Mudge S. Geophysics for the Mineral Exploration Geoscientist Cambridge: Cambridge University Press. 2014. https://doi.org/10. 1017/CBO9781139024358 [DOE] Department of Energy. Hydrogen Shot, 2021. https://www. energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-shot (last accessed on January 2, 2024)
Devriese SGR, Davis K, Oldenburg DW. Inversion of airborne geophysics over the DO-27/DO-18 kimberlites—part 1: potential fields. Interpretation 2017;5:T299–311. https://doi.org/10.1190/INT-2016- 0142.1
Dopffel N, An-Stepec BA, de Rezende JR et al. Editorial: microbiology of underground hydrogen storage. Front Energy Res 2023;11:1–3. https:// doi.org/10.3389/fenrg.2023.1242619
Dou Y, Wang D, Zhang M. Lithology prediction and pore fluid detection of tight sandstone reservoir. J Mines Met Fuels 2017;65:108–14. https: //doi.org/10.18311/jmmf/2017/27028
Ellis GS, Gelman SE. A preliminary model of global subsurface natural hydrogen resource potential. In Geological Society of America Annual Meeting, Denver, Colorado, Geological Society of America Abstracts with Programs, 2022;54:5. https://doi.org/10.1130/abs/2022AM-380270 (last accessed on April 8, 2024)
Etiope G, Schoell M, Hosgörmez H. Abiotic methane flux from the Chimaera seep and Tekirova ophiolites (Turkey): understanding gas exhalation fromlowtemperature serpentinization and implicationsfor Mars. Earth Planet Sci Lett 2011;310:96–104. https://doi.org/10.1016/j. epsl.2011.08.001
Gaucher EC. New perspectives in the industrial exploration for native hydrogen. Elements 2020;16:8–9. https://doi.org/10.2138/gselements. 16.1.8
Guélard J, Beaumont V, Rouchon V et al. Natural H2 in Kansas: deep or shallow origin?. Geochem Geophys Geosy
Guélard J, Beaumont V, Rouchon V et al. Natural H2 in Kansas: deep or shallow origin?. Geochem Geophys Geosyst 2017;18:1841–65. https:// doi.org/10.1002/2016GC006544
Hand E. Hidden hydrogen. Science 2023;375: Issue 6633, 630–6363. https://www.science.org/content/article/hidden-hydrogen-earthmay-hold-vast-stores-renewable-carbon-free-fuel (last accessed on April 22, 2024)
He L, Chen L, Dorji et al. Mapping chromite deposits with audio magnetotellurics in the Luobusa ophiolite of southern Tibet. Geophysics 2018;83:B47–57. https://doi.org/10.1190/geo2017-0110.1 Herrmann FJ. Randomized sampling and sparsity: getting more information from fewer samples. Geophysics 2010;75 WB173–87. https://doi. org/10.1190/1.3506147
Holm NG, Oze C, Mousis O et al. Serpentinization and the formation of H2 and CH4 on celestial bodies (planets, moons, comets). Astrobiology 2015;15:587–600. https://doi.org/10.1089/ast.2014.1188
Holtham E, Oldenburg DW. Three-dimensional inversion of ZTEM data. Geophys J Int 2010;182:168–82. https://doi.org/10.1111/j. 1365-246X.2010.04634.x
IEA, Global Hydrogen Review 2021. International Energy Agency, 2021; 218 p. Paris. https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review2021 (last accessed on October 23, 2023)
IEA. The future of hydrogen: seizing today’s opportunities. International Energy Agency 2019; 203 p. Paris. https://www.iea.org/reports/thefuture-of-hydrogen (last accessed on October 23, 2023)
Klein F, Bach W, McCollom TM. Compositional controls on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks. Lithos 2013; 178:55–69. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2013.03.008
Klein F, Tarnas JD, Bach W. Abiotic sources of molecular hydrogen on earth. Elements 2020;16:19–24. https://doi.org/10.2138/gselements. 16.1.19
Lefeuvre N, Truche L, Donzé F-V et al. Natural hydrogen migration along thrust faults in foothill basins: the North Pyrenean Frontal Thrust case study. Appl Geochem 2022;145:105396, https://doi.org/10.1016/ j.apgeochem.2022.105396
Leong JA, Nielsen M, McQueen N et al. H2 and CH4 outgassing rates in the Samail ophiolite, Oman. Geochim Cosmochim Acta 2023;347:1–15. https://doi.org/10.1016/j.gca.2023.02.008
LiC, MosherCC, Shan S et al.“Marine towed streamer data reconstruction based on compressive sensing”. SEG Technical Program Expanded Abstracts, 2013; 3597–602. https://doi.org/10.1190/segam2013-0401.1
Li Y, Oldenburg DW. 3D inversion of magnetic data. Geophysics 1996;61:394–408. https://doi.org/10.1190/1.1443968
Li Y, Oldenburg DW. 3D inversion of gravity data. Geophysics 1998;63:109–19. https://doi.org/10.1190/1.1887478
Lollar BS, Onstott TC, Lacrampe-Coulome G et al. The contribution of Precambrian continental lithosphere to global H2 production. Nature 2014;516:379–82. https://doi.org/10.1038/nature14017 Marfurt KJ, Kirlin RL, Farmer SL et al. 3-D seismic attributes using a semblance-based coherency algorithm. Geophysics 1998;63:1150–65, https://doi.org/10.1190/1.1444415
McCollom TM, Bach W. Thermodynamic constraints on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks.Geochim Cosmochim Acta 2009;73:856–75. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.10.032
McCollom TM, Klein F, Ramba M. Hydrogen generation from serpentinization of iron-rich olivine on Mars, icy moons, and other planetary bodies. Icarus 2022;372:114754, https://doi.org/10.1016/j. icarus.2021.114754
McCollom TM, Klein F, Robbins M et al. Temperature trends for reaction rates, hydrogen generation, and partitioning of iron during experimental serpentinization of olivine. Geochim Cosmochim Acta 2016;181: 175–200. https://doi.org/10.1016/j.gca.2016.03.002 McCollom TM, Seewald JS. Serpentinites, hydrogen, and life. Elements 2013;9:129–34. https://doi.org/10.2113/gselements.9.2.129
Melo A, Li Y. Geology differentiation by applying unsupervised machine learning to multiple independent geophysical inversions. Geophys J Int 2021;227:2058–78. https://doi.org/10.1093/gji/ggab316
Ménez B. Abiotic hydrogen and methane as fuel for life. Elements 2020;16:39–46. https://doi.org/10.2138/gselements.16.1.39
Milkov AV. Molecular hydrogen in surface and subsurface natural gases: review of abundance, origins and ideas for deliberate exploration. Earth Sci Rev 2022;230:104063. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022. 104063
Mosher CC, Li C, Morley L et al. Non-uniform optimal sampling for simultaneoussource survey design. SEG Technical Program Expanded Abstracts 2014; 105–9. https://doi.org/10.1190/segam2014-0885.1
NabighianMN,AstenMW.Metalliferousmining geophysics—State ofthe art in the last decade of the 20th century and the beginning of the new millennium. Geophysics 2002;67:964–78. https://doi.org/10.1190/1. 3587224
Neal C, Stanger G. Hydrogen generation from mantle source rocks in Oman. Earth Planet Sci Lett 1983;66:315–20. https://doi.org/10. 1016/0012-821X(83)90144-9
Oldenburg DW, Eso R, Napier S et al. Controlled source electromagnetic inversion for resource exploration. First Break 2005; 41–8. https://doi. org/10.3997/1365-2397.23.7.26611
Osselin F, Soulaine C, Fauguerolles C et al. Orange hydrogen is the new green. Nat Geosci 2022;15:765–9. https://doi.org/10.1038/ s41561-022-01043-9
Prinzhofer A, Moretti I, Françolin J et al. Natural hydrogen continuous emission from sedimentary basins: the example of a Brazilian H2- emitting structure. Int J Hydro. Energy 2019;44:5676–85. https://doi. org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.119
Sun J, Li Y. Joint inversion of multiple geophysical data using guided fuzzy c-means clustering. Geophysics 2016;81:ID37–57. https://doi.org/10. 1190/geo2015-0457.1
Virieux J, Operto S. An overview of full-waveform inversion in exploration geophysics. Geophysics 2009;74:WCC1–26. https://doi.org/10.1190/ 1.3238367 Wu Y, McMechan GA. Parametric convolutional neural network-domain full-waveform inversion. Geophysics 2019;84:R881–R896, https://doi. org/10.1190/geo2018-0224.1 Yang H, Wang D, Zhang M et al. Seismic prediction method of pore fluid in tight gas reservoirs, Ordos Basin, NW China. Pet Explor Dev 2017;44:544–51. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(17)30063-0 Yedinak EM. The curious case of geologic hydrogen: assessing its potential as a near-term clean energy source.Joule 2022;6:503–8. https://doi. org/10.1016/j.joule.2022.01.005 Zgonnik V. The occurrence and geoscience of natural hydrogen: a comprehensive review. Earth SciRev 2020;203:103140. https://doi.org/10. 1016/j.earscirev.2020.103140 ZhangM.MarchenkoGreen’sfunctionsfromcompressive sensing acquisition. SEGInternational Exposition and Annual Meeting 2020; SEG-2020- 3424845.1. https://doi.org/10.1190/segam2020-3424845.1
Zhang M.Compressive sensing acquisitionwith application to Marchenko Imaging. Pure Appl Geophys 2022;179:P2383–2404. https://doi.org/ 10.1007/s00024-022-03029-5 (last accessed on April 27, 2024)
Zhang M, Du G, Man W et al. Seismic sedimentary analysis of the tight reservoir based on TT transform. SEG International Exposition and Annual Meeting 2016. https://doi.org/10.1190/segam2016- 13849920.1 1252 Downloaded from https://academic.oup.com/jge/article/21/4/1242/7676857 by guest on 16 December 2024
Zhang and Li Zhang M, Li Y. Irregular acquisition design to maximize information: from cross-lines to ergodic sampling. In Second International Meetingfor Applied Geoscience & Energy, 2022;1150–4. https://doi.org/10.1190/ image2022-3729385.1
Zhang M, Li Y. Geologic H2 resource exploration using geophysics. AGU Fall Meeting Abstracts 2023a;72:435–67. https://agu.confex.com/agu/ fm23/meetingapp.cgi/Paper/1330588
Zhang M, Li Y. Ergodic sampling: acquisition design tomaximize information from limited samples. Geophys Prospect 2023b. https://doi.org/10. 1111/1365-2478.13419
Zhang M, Li Y, Ellis G. Geological Hydrogen exploration: roles of integrated geophysics. In Geological Society of America Annual Meeting 2022. Denver, Colorado, Geological Society of America Abstracts with Programs. 2022;54. https://doi.org/10.1130/abs/2022AM-380199
© Autor(zy) 2024. Opublikowane przez Oxford University Press w imieniu SINOPEC Geophysical Research Institute Co., Ltd.
Autorzy:
Publikacja:
Czasopismo Geofizyki i Inżynierii
Wydawca:
Wydawnictwo Uniwersytetu Oksfordzkiego
Prawa autorskie © 2024, © Autor(zy) 2024. Opublikowane przez Oxford University Press w imieniu SINOPEC Geophysical Research Institute Co., Ltd.
© The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the SINOPEC Geophysical Research Institute Co., Ltd. This is an Open Access article distributed under the
terms of the Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Licencja Creative Commons
To jest artykuł w otwartym dostępie rozpowszechniany na warunkach licencji Creative Commons CC BY, która zezwala na nieograniczone wykorzystanie, dystrybucję i reprodukcję w dowolnym medium, pod warunkiem prawidłowego cytowania oryginalnego dzieła.
Nie musisz uzyskiwać pozwolenia na ponowne wykorzystanie tego artykułu.
Link do artykułu: https://academic.oup.com/jge/article/21/4/1242/7676857?login=false
