Intorno all'inizio del 21° secolo, l'economia mondiale è entrata in un nuovo ciclo di sviluppo e la domanda di risorse di petrolio e gas naturale in tutto il mondo è salita alle stelle. Di fronte a questa enorme domanda di energia, le persone stanno iniziando a prestare maggiore attenzione alle risorse non convenzionali di petrolio e gas naturale. Il metano carbonato (CBM) è una risorsa gassosa associata e simbiotica con il carbone. Il CBM è principalmente gas idrocarburico adsorbito sulla superficie dei pori della matrice di carbone e parzialmente liberato nei pori o disciolto in acqua. È, in quanto risorsa minerale associata al carbone, una materia prima energetica e chimica pulita e di alta qualità. È noto che la profondità di sepoltura dei giacimenti CBM varia da centinaia di metri a diverse migliaia di metri e il suo meccanismo di interazione gas-liquido-solido è complesso. Pertanto, è spesso necessario ottenere le informazioni fluido-carbone mediante, ad esempio, la registrazione acustica. Attualmente molti studiosi hanno svolto la ricerca acustica sul sistema fluido-carbone. Tuttavia, ci sono relativamente pochi studi sulle caratteristiche acustiche dell'effetto di collegamento gas-liquido-solido, in particolare l'effetto di saturazione del fluido in diverse condizioni di rango del carbone.

Un nuovo studio, incentrato sulle caratteristiche acustiche dell'effetto di collegamento gas-liquido-solido nei giacimenti CBM, ha rivelato la risposta dell'onda P e dell'onda S della saturazione del fluido in diverse condizioni di rango del carbone. Questo lavoro è stato svolto dal gruppo di ricerca del Prof. Dr. Dameng Liu, della China University of Geosciences (Pechino), ed è stato pubblicato online su Frontiers of Earth Science .

In questo studio, campioni di carbone tipici con metamorfismo da basso ad alto sono stati selezionati dalle miniere di carbone nel margine meridionale del bacino di Junggar e nel bacino di Qinshui. Prima della ricerca acustica, sono stati condotti esperimenti di base tra cui l'analisi industriale del carbone, la misurazione della riflettanza della vetrinite e l'analisi del macerale. Su questa base sono stati effettuati esperimenti di test con onde P e onde S ad ultrasuoni di carbone su campioni di carbone secco e su campioni di carbone contenenti gas-acqua con diversa saturazione. Infine, sono state analizzate le influenze del tipo di carbone e della saturazione gas-acqua sulla risposta acustica delle formazioni CBM.

Gli autori hanno notato che per i campioni di carbone secco, la velocità acustica era lineare con la riflettanza e la densità della vetrinite. Nel frattempo, il rapporto (velocità dell'onda P Vp)/(velocità dell'onda S Vs), l'anisotropia relativa di Vp e Vs dei campioni di carbone secco tendeva ad aumentare con l'aumento della riflettanza della vetrinite e della densità dei campioni di carbone, ma la correlazione tra loro non era molto forte.

Lo studio ha anche mostrato che Vp e Vs di campioni di carbone saturo di gas e acqua aumentavano gradualmente con l'aumento della saturazione dell'acqua (Sw) e della riflettanza della vetrinite. Tuttavia, con l'aumento della riflettanza e della densità della vetrinite, e Sw è aumentato da 0 a 100% e l'intervallo di aumento di Vp e Vs è stato gradualmente ridotto. Per i campioni di carbone con riflettanza della vetrinite simile, il rapporto Vp/Vs dei carboni tettonici era maggiore di quello dei carboni primari e anche il rango di aumento di Vp e Vs del carbone tettonico era significativamente più alto quando il Sw aumentava da 0 a 100%.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l'anisotropia relativa di Vp e Vs aumentava linearmente con Sw. Per campioni di carbone con riflettanza vetrinitica simile, l'anisotropia relativa di Vp e Vs e il suo tasso di crescita del carbone tettonico era maggiore di quello del carbone primario in generale allo stesso Sw. Ciò suggerisce che l'anisotropia acustica fosse più forte nel carbone tettonico con pori e fratture ben sviluppati. L'anisotropia è maggiormente influenzata dalla saturazione dell'acqua Sw.

Le analisi di questo studio sulle caratteristiche acustiche delle interazioni gas-liquido-solido hanno costituito la base per l'esplorazione geofisica dei giacimenti di CBM. Una più chiara comprensione delle caratteristiche di distribuzione gas-acqua nei giacimenti CBM può essere ottenuta combinando questi modelli con quelli dei precedenti lavori acustici. Lo studio fornisce anche una base di ricerca per un'analisi approfondita dei metodi di esplorazione geofisica acustica in condizioni di fluidi complessi in giacimenti reali.