기계 학습은 X의 시간 해상도를 높이는 데 도움이 됩니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10529(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

많은 지하 엔지니어링 기술이나 자연 공정으로 인해 다공성 또는 투과성과 같은 다공성 매질 특성이 시간이 지남에 따라 진화합니다. 기공 규모에서 이러한 과정을 연구하고 이해하는 것은 기공의 기하학적 및 형태학적 변화의 세부 사항을 시각화함으로써 큰 ​​도움이 됩니다. 사실적인 3D 다공성 매체의 경우 X선 컴퓨터 단층촬영(XRCT)이 시각화를 위해 선택되는 방법입니다. 그러나 필요한 높은 공간 분해능을 위해서는 제한된 고에너지 싱크로트론 시설에 대한 접근이 필요하거나 기공 기하학적 변화를 일으키는 프로세스의 시간 규모(예: 분)보다 상당히 긴(예: 몇 시간) 데이터 수집 시간이 필요합니다. 따라서 지금까지 기존 벤치탑 XRCT 기술은 동적 프로세스를 연구하기에는 너무 느린 경우가 많습니다. XRCT 스캔을 수행하기 위한 실험을 중단하는 것도 많은 경우에 실행 가능한 접근 방식이 아닙니다. 우리는 기존 XRCT 기술을 사용하여 다공성 매체 시스템의 동적 강수 과정을 3D로 조사하기 위한 새로운 워크플로우를 제안합니다. 우리의 워크플로우는 고품질 초기 및 최종 단계 스캔에서 재구성된 이미지에 대해 훈련된 기계 학습 알고리즘을 사용하여 투영 수를 줄이고 낮은 품질로 재구성된 이미지를 향상시켜 데이터 수집 시간을 제한하는 데 기반을 두고 있습니다. 우리는 소결 유리 구슬의 다공성 매체 샘플 내에서 유도된 탄산염 침전에 제안된 작업 흐름을 적용합니다. 따라서 우리는 사용 가능한 벤치탑 XRCT 장치를 사용하여 침전물 축적의 시간적 변화를 연구할 수 있을 만큼 시간적 해상도를 높일 수 있었습니다.

지하 저류층은 유체 저장을 위해 점점 더 많이 사용되고 있으며, 응용 기술 중 다수는 사회에서 종종 논란이 되는 에너지 생산 또는 저장과 관련되어 있습니다1. 최근의 많은 지하 활동은 풍력 및 태양광2과 같은 재생 가능 자원의 불안정한 생산에 대처하기 위해 압축 공기, CH\(_4\) 또는 H\(_2\)의 형태로 에너지를 저장하거나 격리를 통해 기후 변화에 직접적으로 대처하는 것을 목표로 합니다. CO\(_2\)3.

지하에 저장된 유체는 경우에 따라 대상 저장소에서 누출될 수 있습니다. 이로 인해 스토리지 효율성이 감소하고 잠재적으로 환경이나 기타 지하 활용도에 위협이 될 수 있습니다1. 예를 들어, 효소적 또는 미생물적(E/MICP)으로 유도된 유도 탄산염 침전(ICP)은 이러한 누출을 완화하는 새로운 기술로 현장 실험에서도 효과적인 것으로 나타났습니다4,5,6,7,8.

ICP에는 지반 강화, 복원, 침식 제어 등과 같은 많은 추가 응용 프로그램이 있습니다9,10,11,12. 토양 특성 개질을 목적으로 하는 ICP의 현장 또는 대규모 적용도 지난 몇 년 동안 점점 더 많이 수행되었습니다13,14,15,16,17,18. 비록 투수성의 변화가 지반 보강을 위한 적용에서 별 관심이 없더라도, 흐름 경로에 영향을 미칠 만큼 충분한 강수량이 있을 수 있으므로 더 큰 규모로 반응물의 수송이 가능하므로 비누수 완화 적용에서도 정확한 다공성-투과성 관계가 중요합니다. ICP의. 효소 유도 탄산염 침전(EICP)은 ICP를 달성할 수 있는 방법 중 하나이지만 탄산염 침전을 유도하는 다른 많은 방법이 존재합니다. EICP 동안 요소분해효소는 요소(\(\mathrm{(NH_2)_2CO}\))의 암모니아(\(\mathrm{NH_{3}}\))와 이산화탄소(\(\mathrm)로의 가수분해 반응을 촉매합니다. {CO_2}\)). 이 반응은 암모니아 수용액이 알칼리성이 됨에 따라 pH를 증가시킵니다. 알칼리성 용액이 많아질수록 탄산염(\(\mathrm{CO_{3}^{2-}}\))의 농도가 증가하는데, 이는 높은 pH 조건에서 무기 탄소의 주요 종이기 때문입니다. 칼슘(\(\mathrm{Ca^{2+}}\))이 있는 경우 탄산염 농도가 높으면 탄산칼슘(\(\mathrm{CaCO_{3}}\))이 침전됩니다. 전반적인 EICP 반응은 다음과 같습니다.