沙特阿拉伯CO2 封存被动地震监测网络优化：基于多阵列敏感性与定位精度的比较研究

为解决CO2 封存中微震事件检测与定位难题，研究人员评估了地表阵列、浅孔阵列和分布式声波传感（DAS）阵列的性能。结果表明，地表和浅孔阵列对浅层弱震（Mw ≤0.5）更敏感，而DAS阵列需2-4 km间距以平衡覆盖与精度，为沙特大型CCS项目提供了经济高效的监测方案。

　　

随着全球碳减排压力加剧，碳捕获与封存（CCS）技术成为沙特阿拉伯实现2035年4400万吨CO₂
封存目标的核心策略。然而，CO₂
注入可能诱发断层活化或密封层破裂，引发泄漏风险与有感地震。传统监测手段如深孔传感器易腐蚀且成本高昂，而地表阵列受限于垂直分辨率。针对这一挑战，King Abdullah University of Science and Technology的研究团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表论文，首次系统评估了适用于沙特东部省地质条件的四种地震监测阵列设计。

研究采用基于阿拉伯板块典型地层结构的1D速度模型，结合实测噪声数据，通过数值模拟量化了阵列敏感性与定位精度。关键技术包括：1）构建包含密封层（Hith组）、储层（Arab组）和基底的三层深度模型；2）基于P/S波走时分析事件定位不确定性；3）对比地表阵列（4 km间距）、浅孔（100 m）、DAS浅井（1.7 km）和DAS深井（2.2 km）的性能差异。

Modelling parameters
研究基于沙特东部省公开地质数据建立速度模型，其中Hith密封层（1715-1840 m）与Arab储层（1840-2180 m）的声波特性通过近地表露头井岩心标定。噪声水平参考KNMI（1993）地表观测数据，DAS灵敏度则依据有限公开数据估算。

Monitoring design criteria
提出"多震级阈值"设计理念，要求阵列能检测密封层M_w
0.5级微震，同时区分储层与基底事件。模拟显示，10×10 km监测区域需扩展至16×16 km以覆盖潜在压力扰动范围（深达4 km）。

Evaluation of monitoring array designs

• 地表阵列（Array 1）在密封层检测中表现最佳，但深部事件定位误差达300 m；
• 浅孔阵列（Array 2）信噪比提升50%，可识别更弱信号；
• DAS阵列（Array 3-4）在水平波检测中存在衰减问题，距监测井2 km外灵敏度下降80%，需2-4 km井间距优化。

Discussion and conclusions
研究首次证实：1）地表阵列是监测密封层完整性的最优选择；2）DAS阵列需穿透储层才能提供足够垂直分辨率；3）阿拉伯板块厚沉积层（3 km）显著降低基底断层活化风险。该成果为沙特CCS枢纽的监测网络设计提供了关键科学依据，同时提出的经济型阵列配置方案可节省30%部署成本。

局限性包括1D模型未考虑横向非均质性和各向异性，且DAS噪声数据不足。未来需结合3D速度模型与实时噪声监测进一步优化。这项研究不仅为沙特实现9 Mt/年封存目标奠定技术基础，更为全球类似地质条件下的CCS监测树立了新标准。