Ssst! Luister naar het gefluister van de aarde. Met de juiste apparatuur lukt het steeds beter om betekenisvolle informatie te halen uit het geruis dat de bodem voortbrengt. Delftse onderzoekers hebben de mogelijkheden weer een stuk verder opgerekt.
De aarde heeft steeds meer te vertellen. Met de juiste wiskundige procedures, kun je uit de ruis die onze planeet voortbrengt ook informatie halen over bijvoorbeeld stromende ondergrondse massa’s of elektrische bodemverschijnselen. In het statige vakblad Physical Review Letters brengen prof.dr.ir. Kees Wapenaar en dr.ir. Evert Slob van de afdeling geotechnologie de wiskunde daarvoor in stelling.
De techniek van het ‘ruis luisteren’ geldt als een van de recente paradepaardjes van de geofysica. Tot voor kort moesten onderzoekers de aarde eerst aan de praat brengen met trilplaten, explosieven of hoogfrequente microgolven. Een eindje verderop kun je dan informatie oogsten over het binnenste van de aarde . ongeveer zoals je uit het geluid van de televisie van de buren kunt afleiden of je muur van beton is, of van hout.
Sinds een jaar of vijf is duidelijk dat het ook kan zonder explosieven. De aarde brengt immers zelf ook geluidsgolven voort. Gepruttel van minieme ondergrondse seismische verschuivingen, of het beuken van golven tegen verre kusten, bijvoorbeeld. Zet twee grondmicrofoons (‘geofoons’) op enige afstand van elkaar, laat ze langdurig naar het geruis vanuit de aarde luisteren, en uit de verschillen tussen de beide opnames valt wel degelijk zinvolle informatie te halen. Het is dan alsof de ene geofoon de geluidsbron is, en de andere de ontvanger.
Beperkingen heeft de methode ook. Zo kan de techniek niet goed uit de voeten met ondergrondse stromingen, poreuze bodems of met voor geofysici belangrijke gegevens zoals elektrische signalen. De laatste jaren waren er diverse voorstellen om zulke informatie alsnog wiskundig uit de ruis af te leiden, maar een overkoepelende theorie ontbrak.
Oliewinning
Die plooi menen Wapenaar en Slob en hun Amerikaanse collega prof. Roel Snieder van de Colorado School of Mines nu glad te hebben gestreken. Met stevig rekenwerk slaagden de onderzoekers erin om een aantal recente ruisverwerkingsmethodes aan elkaar te knopen tot één geheel. De wiskunde van de ruisverwerking komt daardoor een stuk steviger in zijn schoenen te staan. En er zit meer informatie in bodemruis dan verwacht: voortaan moet het ook mogelijk zijn om zaken als ondergrondse stromingen en elektroseismische effecten in poreuze bodems af te leiden uit de ruis. Het gevolg: een beter beeld van wat er zoal onder de grond zit.
Zo voorspellen Wapenaar en Slob dat de methode ook moet werken voor elektromagnetische verschijnselen. De aarde ‘ruist’ immers ook in elektromagnetisch opzicht: door geluidsgolven die minieme elektriciteitsstroompjes opwekken, of door zonnestraling die diep in de aarde doordringt. ‘Uit onze uitbreiding volgt bijvoorbeeld dat de kruiscorrelatie van twee ontvangers de respons geeft die je bij een van de ontvangers zou waarnemen als er een elektrische impuls was bij de ander’, schrijven de onderzoekers in Physical Review Letters.
In de praktijk zal het ruis luisteren trouwens vooral de andere technieken aanvullen, verwachten Slob en Wapenaar. “Dit zal niet alle bestaande methodes vervangen”, meent Wapenaar. “Je blijft altijd afhankelijk van wat er aan ruis aanwezig is. Belangrijk is wel dat we laten zien dat we elektromagnetische ontvangers kunnen combineren met seismische ontvangers.”
En dat is goed nieuws voor bijvoorbeeld de olie-exploratie, vertelt Slob. Zeg poreuze gesteenten en ondergrondse stromingen, en je hebt het al snel over oliewinning. “Deze techniek is goedkoper, en gebruikt geen destructief mechanisme zoals explosies. Een paar jaar geleden was het al spectaculair dat je uit ruis iéts kon halen. En al blijven er grenzen, veel van de beperkingen die we aanvankelijk zagen, blijken we nu in één klap weg te kunnen nemen.”
De aarde heeft steeds meer te vertellen. Met de juiste wiskundige procedures, kun je uit de ruis die onze planeet voortbrengt ook informatie halen over bijvoorbeeld stromende ondergrondse massa’s of elektrische bodemverschijnselen. In het statige vakblad Physical Review Letters brengen prof.dr.ir. Kees Wapenaar en dr.ir. Evert Slob van de afdeling geotechnologie de wiskunde daarvoor in stelling.
De techniek van het ‘ruis luisteren’ geldt als een van de recente paradepaardjes van de geofysica. Tot voor kort moesten onderzoekers de aarde eerst aan de praat brengen met trilplaten, explosieven of hoogfrequente microgolven. Een eindje verderop kun je dan informatie oogsten over het binnenste van de aarde . ongeveer zoals je uit het geluid van de televisie van de buren kunt afleiden of je muur van beton is, of van hout.
Sinds een jaar of vijf is duidelijk dat het ook kan zonder explosieven. De aarde brengt immers zelf ook geluidsgolven voort. Gepruttel van minieme ondergrondse seismische verschuivingen, of het beuken van golven tegen verre kusten, bijvoorbeeld. Zet twee grondmicrofoons (‘geofoons’) op enige afstand van elkaar, laat ze langdurig naar het geruis vanuit de aarde luisteren, en uit de verschillen tussen de beide opnames valt wel degelijk zinvolle informatie te halen. Het is dan alsof de ene geofoon de geluidsbron is, en de andere de ontvanger.
Beperkingen heeft de methode ook. Zo kan de techniek niet goed uit de voeten met ondergrondse stromingen, poreuze bodems of met voor geofysici belangrijke gegevens zoals elektrische signalen. De laatste jaren waren er diverse voorstellen om zulke informatie alsnog wiskundig uit de ruis af te leiden, maar een overkoepelende theorie ontbrak.
Oliewinning
Die plooi menen Wapenaar en Slob en hun Amerikaanse collega prof. Roel Snieder van de Colorado School of Mines nu glad te hebben gestreken. Met stevig rekenwerk slaagden de onderzoekers erin om een aantal recente ruisverwerkingsmethodes aan elkaar te knopen tot één geheel. De wiskunde van de ruisverwerking komt daardoor een stuk steviger in zijn schoenen te staan. En er zit meer informatie in bodemruis dan verwacht: voortaan moet het ook mogelijk zijn om zaken als ondergrondse stromingen en elektroseismische effecten in poreuze bodems af te leiden uit de ruis. Het gevolg: een beter beeld van wat er zoal onder de grond zit.
Zo voorspellen Wapenaar en Slob dat de methode ook moet werken voor elektromagnetische verschijnselen. De aarde ‘ruist’ immers ook in elektromagnetisch opzicht: door geluidsgolven die minieme elektriciteitsstroompjes opwekken, of door zonnestraling die diep in de aarde doordringt. ‘Uit onze uitbreiding volgt bijvoorbeeld dat de kruiscorrelatie van twee ontvangers de respons geeft die je bij een van de ontvangers zou waarnemen als er een elektrische impuls was bij de ander’, schrijven de onderzoekers in Physical Review Letters.
In de praktijk zal het ruis luisteren trouwens vooral de andere technieken aanvullen, verwachten Slob en Wapenaar. “Dit zal niet alle bestaande methodes vervangen”, meent Wapenaar. “Je blijft altijd afhankelijk van wat er aan ruis aanwezig is. Belangrijk is wel dat we laten zien dat we elektromagnetische ontvangers kunnen combineren met seismische ontvangers.”
En dat is goed nieuws voor bijvoorbeeld de olie-exploratie, vertelt Slob. Zeg poreuze gesteenten en ondergrondse stromingen, en je hebt het al snel over oliewinning. “Deze techniek is goedkoper, en gebruikt geen destructief mechanisme zoals explosies. Een paar jaar geleden was het al spectaculair dat je uit ruis iéts kon halen. En al blijven er grenzen, veel van de beperkingen die we aanvankelijk zagen, blijken we nu in één klap weg te kunnen nemen.”
Comments are closed.