2024-05-14 05:02:19
Par Natalie Filatoff 14 mai 2024 8 min de lecture
Points clés
- Notre plateforme scientifique du futur pour l’imagerie de la Terre profonde (DEI-FSP) a développé des technologies d’imagerie innovantes qui améliorent considérablement notre compréhension des structures souterraines de l’Australie.
- L’initiative a favorisé des progrès significatifs dans le domaine des géosciences, permettant aux chercheurs d’intégrer divers ensembles de données pour une analyse complète.
- Comme le conclut le DEI-FSP, son héritage comprend à la fois une boîte à outils scientifique améliorée et une nouvelle génération de chercheurs qualifiés.
Quelles richesses se cachent sous les couches sédimentaires complexes du continent australien ?
C’est la question à laquelle notre plateforme scientifique du futur pour l’imagerie de la Terre profonde (DEI-FSP) a tenté de répondre. Il a combiné différents domaines scientifiques pour développer de nouvelles techniques d’imagerie et de modélisation, révélant ainsi les secrets des zones sous-explorées du pays. Notre DEI-FSP a développé des technologies d’imagerie innovantes qui améliorent notre compréhension des structures souterraines de l’Australie © iStock
Nos futures plateformes scientifiques sont des investissements dans la science qui soutiennent l’innovation. Ils ont le potentiel de contribuer à réinventer et à créer de nouvelles industries pour l’Australie et peuvent nous aider à développer les capacités d’une nouvelle génération de chercheurs.
Les FSP fonctionnent généralement sur un cycle de vie d’environ cinq à huit ans. Après cette période, la technologie et les résultats développés font partie de notre portefeuille scientifique plus large du CSIRO.
Après sept années passées à affiner et fusionner des données difficiles, notre DEI-FSP a mûri. L’équipe se dispersera en juin 2024 vers la terre promise : l’avenir de la découverte des ressources.
Lors de son lancement, la plateforme avait plusieurs mandats. Il s’agit notamment de former des collaborations interdisciplinaires, d’impliquer des étudiants de troisième cycle et de postdoctorat et de renforcer les capacités de recherche. À sa fin, il a enrichi la compréhension nationale et internationale de la manière de cartographier avec plus de précision le sous-sol de la Terre.
Renforcer la sécurité des ressources régionales
Le triple objectif de la plateforme était de comprendre ce qui caractérise les réserves australiennes de minéraux, d’eau et d’énergie. Cela contribuera à rendre l’exploration moins risquée, à gérer les ressources de manière durable et à renforcer la sécurité régionale de l’énergie et des ressources.
La plateforme a débuté en 2016 comme l’une des six plateformes scientifiques de pointe. Ensemble, ils envisageaient de transformer les défis scientifiques de l’Australie en opportunités et d’inventer un avenir meilleur. La DEI-FSP a reconnu la nécessité de rapprocher les groupes d’expertise afin de répondre aux questions complexes émergentes.
Par exemple, la plupart des minéraux récupérés jusqu’à présent en Australie proviennent de seulement 20 % de sa masse continentale – la zone de croûte exposée ou peu profonde. Comment définir et récolter les ressources bloquées dans les 80 pour cent restants ? Nous savons que cela inclut une couverture profonde et variée de sédiments et de matériaux altérés.
Juerg Hauser est géophysicien mathématicien dans notre équipe. Il a dirigé le programme Advanced Inversion Techniques de la plateforme.
«Beaucoup ont suggéré que ces 80 pour cent du territoire couvert pourraient être aussi riches que les 20 pour cent plus accessibles», a déclaré Jerg.
Inférence : quand les données scientifiques rencontrent l’innovation mathématique
L’inférence, dans ce contexte, fait référence aux méthodes mathématiques utilisées par les chercheurs. Ces méthodes leur permettent de déduire (inférer) les propriétés du sous-sol sur la base d’une variété de paramètres mesurables. Vous pouvez utiliser plusieurs propriétés physiques mesurables pour déduire les types de roches ou leurs caractéristiques, telles que leur porosité.
Juerg suggère que les prospecteurs de minéraux ont besoin de moyens plus sophistiqués pour analyser les données anciennes et nouvelles. Cela est nécessaire pour répondre à des questions scientifiques complexes.
«Du côté scientifique, nous avons des experts qui souhaitent utiliser les données pour certaines questions, mais ils ne peuvent plus accéder facilement aux connaissances mathématiques pour réussir», a déclaré Juerg.
«D’un autre côté, il y a des gens qui développent des méthodes d’inférence et des concepts mathématiques sophistiqués, mais ils ne voient peut-être pas directement l’application dans la découverte de ressources.»
Le centre de recherche sur l’inférence de géodonnées aux multiples facettes, ou InLab, y contribue. Il s’agit d’un héritage du DEI-FSP, qui permet aux chercheurs de l’industrie et des géosciences d’utiliser et de comprendre des concepts d’inférence mathématique de pointe. Ces concepts peuvent offrir de nouvelles perspectives pour leur analyse du sous-sol terrestre.
InLab est né d’une collaboration entre le DEI-FSP et l’École de recherche en sciences de la Terre de l’Université nationale australienne.
Tim Munday est un expert dans l’application des méthodes d’exploration géophysiques aéroportées. Il est directeur de recherche du DEI-FSP depuis 2019.
« Nous avons commencé à le diffuser plus largement en tant que plate-forme de collaboration permettant d’expérimenter des idées dans le monde de l’inférence », a déclaré Tim.
Sortir de leurs silos et entrer dans la forge d’idées combinées
Le nombre de chercheurs participant au programme d’imagerie géoscientifique a fluctué au fur et à mesure que les gens atteignaient leurs objectifs et assumaient des rôles ultérieurs dans l’industrie et le monde universitaire. La programmation actuelle (de gauche à droite et de haut en bas) : Dr Mrinal Sinha, Dr Erdinc Saygin, Dr Peng Guo et Dr Mehdi T. Qashqai.
Erdinc Saygin, sismologue informatique et observationnel, a dirigé le pôle Imagerie géoscientifique du DEI-FSP. Il considère le capital humain comme « la plus grande réussite de la DEI-FSP ».
Plus de 20 nouveaux chercheurs scientifiques ont été recrutés, créant ainsi un vivier de nouveaux talents. Certains sont désormais professeurs dans d’autres institutions en Australie et à l’étranger. Pendant ce temps, d’autres ont déménagé dans de nouvelles unités commerciales où ils poursuivent leur travail de destruction de croûtes.
«L’un des avantages les plus importants pour les chercheurs était d’être exposé à des activités multidisciplinaires», a déclaré Erdinc.
« Pour moi, c’était la découverte du monde extérieur à la sismologie qui complète potentiellement mon domaine d’expertise – cela a été un formidable apprentissage. »
Outre les travaux interdisciplinaires, plusieurs articles sur les nouvelles découvertes de la plateforme ont été publiés au cours de son existence. Cela inclut celui de l’équipe d’Erdinc sur une nouvelle technique qui ajoute de la valeur aux données existantes, Chen, Y., Saygin, E. (2020). Récupération empirique de la fonction de Green à l’aide de la corrélation croisée des corrélations du bruit ambiant (C2), J. Geophys. Res.-Terre solide, est ce que je:10.1029/2019JB018261.
« C’est important parce que la collecte de données est un processus coûteux et ardu. Avec cette technique, nous nous appuyons sur les ensembles de données existants et améliorons la résolution », a déclaré Erdinc.
«Une meilleure résolution conduit à de meilleurs résultats d’exploration.»
Exploiter les changements de perspective sismiques
En 2023, Yunfeng Chen (professeur adjoint à l’École des sciences de la Terre de l’Université du Zhejiang en Chine), du groupe, était l’auteur principal du modèle sismique de nouvelle génération de la croûte australienne à partir de l’imagerie synchrone et asynchrone du bruit ambiant. L’article a été publié dans la revue Communications naturelles.
La carte (a) montre les vitesses de cisaillement moyennes entre 0 et 5 km de profondeur. Les carrés indiquent les emplacements des mines en activité. Les cercles noirs indiquent les emplacements des gisements minéraux connus. Les lignes pointillées blanches et noires mettent en évidence les contours de vitesse élevée et faible de 3,6 km/s et 3,3 km/s, respectivement. La carte (c) illustre la résolution accrue du modèle DEI FSP, par rapport à un modèle 202 Geognostics Oz Seebase.
La carte (a) montre les vitesses de cisaillement moyennes entre 0 et 5 km de profondeur. Les carrés indiquent les emplacements des mines en activité. Les cercles noirs indiquent les emplacements des gisements minéraux connus. Les lignes pointillées blanches et noires mettent en évidence les contours de vitesse élevée et faible de 3,6 km/s et 3,3 km/s, respectivement. La carte (c) illustre la résolution accrue du modèle DEI FSP, par rapport à un modèle 202 Geognostics Oz Seebase. Afficher la description de l’image
L’article en libre accès fournit un modèle 3D mis à jour de vitesse de cisaillement des structures souterraines australiennes. Le modèle est dérivé d’un ensemble de données massif, contenant près de 30 ans d’enregistrements sismiques provenant de plus de 1 600 stations.
Il utilise un nouveau flux de travail d’imagerie du bruit ambiant qui permet une analyse améliorée des données en intégrant des réseaux non synchrones à travers le continent. Essentiellement, il utilise des techniques innovantes pour combiner différents ensembles de données sismiques, même si elles n’ont pas été enregistrées en même temps. Cela permet une analyse plus précise et complète des structures géologiques sous la surface.
La technologie développée dans le cadre du programme d’imagerie géoscientifique du DEI-FSP permet désormais de cartographier les changements infimes du sous-sol. Cela permettra une surveillance peu invasive des eaux souterraines, des barrages de résidus et du stockage du dioxyde de carbone (CO2).
La nature et l’utilité des ressources en eaux souterraines
Lorsque le DEI-FSP a été créé pour la première fois, il était entendu que les ensembles de données collectées dans un domaine pourraient s’appliquer à d’autres. D’où l’inclusion de l’exploration de l’énergie et de l’eau dans le périmètre de la plateforme.
Tim prévoit que les nouvelles technologies et flux de travail apporteront une contribution significative au nouvel espace énergétique. Cela pourrait inclure l’identification de réservoirs naturels d’hydrogène et d’opportunités de séquestration du CO2.
« On comprend également de plus en plus qu’on ne peut pas vraiment développer une mine sans avoir de l’eau. Donc, si vous souhaitez développer avec succès une ressource minérale dans des régions reculées d’Australie, il est important de comprendre où se trouve l’eau par rapport aux minéraux », a déclaré Tim.
Le sec Aṉangu Pitjantjatjara Yankunytjatjara (ou terres APY) en Australie du Sud
Le travail de Tim sur le projet G-FLOWS d’Australie du Sud a été mené en collaboration avec des collègues de notre équipe Environnement, de l’Université de Flinders et du gouvernement d’Australie du Sud, sous les auspices du Goyder Institute for Water Research. Ils ont réussi à développer des méthodes permettant d’identifier des solutions à long terme en matière d’eau dans l’arrière-pays sous la forme de paléovallées souterraines ou d’anciennes vallées fluviales enfouies.
Le projet initial s’est concentré sur les terres d’Aṉangu Pitjantjatjara Yankunytjatjara (APY) dans le nord-ouest aride de l’Australie du Sud. Il a étudié le potentiel des paléovallées aquifères pour soutenir les communautés régionales. Ces communautés ont été parfois contraintes de transporter l’eau par camion. Il y avait aussi des entreprises telles que l’exploitation minière et le pâturage qui avaient besoin d’eau.
Vue en perspective de la partie orientale du paysage APY, vers le nord-est. La typographie contemporaine est présentée dans l’image du haut, tandis que l’image du bas représente le paysage tel qu’il aurait pu apparaître il y a environ 50 millions d’années. Les paléovallées incisées, désormais remplies de sédiments, sont clairement définies sur l’image du bas.
Vue en perspective de la partie orientale du paysage APY, vers le nord-est. La typographie contemporaine est présentée dans l’image du haut, tandis que l’image du bas représente le paysage tel qu’il aurait pu apparaître il y a environ 50 millions d’années. Les paléovallées incisées, désormais remplies de sédiments, sont clairement définies sur l’image du bas. Afficher la description de l’image
Une fois de plus, les preuves multidisciplinaires de la plate-forme ont été utilisées pour dresser un tableau plus précis et plus détaillé de l’étendue et de la géométrie des paléovallées. Dans ce cas, cela incluait l’application de levés électromagnétiques aéroportés, l’un des domaines d’expertise de Tim. Lorsqu’elles sont liées aux informations de forage et à la chimie des eaux souterraines, ces informations fournissent un cadre pour le développement durable des ressources.
Repousser les limites de la sismologie
«Je plaisante avec Tim en disant que c’est le sien Mission accomplie moment, mais ce n’est pas ainsi que fonctionne la science. Plus vous en savez, plus vous voyez la prochaine chose à l’horizon, et la suivante, et la suivante », a déclaré Jerg.
Projet passionnant de Juerg, InLab est une ressource précieuse pour l’industrie et les chercheurs afin de tester efficacement de nouvelles méthodes d’inférence. Il est convaincu que notre collaboration continue avec l’Université nationale australienne sur InLab trouvera un modèle de financement favorable.
Erdinc attend avec impatience une pléthore de choix dans les collaborations à venir.
«En sismologie, certaines des choses que nous avons développées au cours des sept dernières années sont d’un grand intérêt pour l’industrie, notamment en termes de réduction des coûts d’exploration et d’amélioration de la résolution de l’imagerie sismique.»
Tim conclut que les progrès réalisés par la plateforme scientifique du futur de l’imagerie de la Terre profonde ont été significatifs.
« Nous avons fait progresser la science de la compréhension du sous-sol. Nous avons renforcé les capacités nationales et mondiales », a-t-il déclaré.
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