Ingewikkelde structuren in de ondergrond vormen regelmatig een obstakel bij het zoeken naar nieuwe olie- of gasvelden. Geofysicus Joost van der Neut ontwikkelde de afgelopen jaren bij de TU Delft een nieuwe techniek voor het analyseren van geluidsgolven waarmee een complexe ondergrond beter in kaart is te brengen. Maar er zijn meer praktische toepassingen denkbaar: dezelfde techniek zou ook een uitkomst kunnen bieden voor medische ingrepen en kankeronderzoek.

Veel bedrijven en onderzoekers gebruiken de techniek van reflectieseismiek om een afbeelding te kunnen maken van structuren diep in de bodem, vertelt Van der Neut. "Hierbij sturen onderzoekers een geluidsgolf, zoals bijvoorbeeld het geluid van een explosie, de ondergrond in. Bepaalde lagen in de bodem weerkaatsen deze geluidsgolven, en dit signaal vang je aan het aardoppervlak weer op. Met deze informatie probeer je dan een afbeelding te maken."

Het komt echter regelmatig voor dat structuren in de bodem een geluidsgolf meerdere keren reflecteren. Van der Neut: "Dit geeft nog altijd veel problemen, vooral in de situatie wanneer er bodemlagen aanwezig zijn die een geluidsgolf sterk reflecteren, terwijl je juist meer wilt weten over nog dieper liggende structuren. Je krijgt weliswaar een signaal terug, maar het is in zo'n situatie lastig om te achterhalen welk gedeelte van het signaal interessante informatie bevat. Wat ik, samen met mijn collega's bij CiTG en de Colorado School of Mines, de afgelopen jaren heb ontwikkeld is een techniek waarbij je deze meervoudige reflecties toch kunt verwerken."

Gespiegelde geluidsgolf

Van der Neut gebruikt hiervoor een specifiek golfveld met een signatuur dat in het terugkerende signaal valt te herkenen. "Dit golfveld, dat je focust op een plek in de ondergrond waarover je meer informatie wilt hebben, heeft bepaalde eigenschappen en keert in gespiegelde vorm terug aan het aardoppervlak. Dat geeft je een manier om deze geluidsgolven te herkennen in het signaal dat je opvangt, die je daarna kunt gebruiken om de ondergrond te interpreteren."

Het idee is oorspronkelijk afkomstig uit de kwantummechanica, vertelt Van der Neut. "Pas begin deze eeuw is het opgepikt voor toepassingen in geluidsonderzoek, maar het werk lag een tijd stil omdat de wiskundige vergelijken alleen toepasbaar waren voor één dimensie. De afgelopen jaren is in Delft veel werk verricht om de vergelijkingen om te bouwen voor gebruik in drie dimensies."

 

" Deze methode biedt hoop, juist omdat het zo lastig blijkt om onder complexe structuren in de bodem te kijken."

 

Vanuit de olie-industrie is er nu al veel interesse voor de nieuwe techniek. "Deze methode biedt hoop, juist omdat het zo lastig blijkt om onder complexe structuren in de bodem te kijken. Zo zijn er in het Midden-Oosten bijvoorbeeld veel bodems met kalksteen met gaten, zogeheten karstbodems. Deze bodems geven sterke reflecties van geluidsgolven die het signaal verstoren. Zeker in het Midden-Oosten zijn er veel belangen om hiervoor een oplossing te vinden. Ook voor het kijken onder zoutlichamen, die veel voorkomen in de bodem bij de Golf van Mexico, kan deze techniek een relevante toepassing bieden."

Medische toepassingen

Inmiddels onderzoekt Van der Neut of de techniek ook op een heel ander vlak van nut is: medische toepassingen. "Het principe van verstorende reflecties geldt namelijk ook voor fotoakoestiek in de medische wereld, waarbij men licht met een bepaalde golflengte in het menselijk lichaam schijnt. Zodra dit licht een bloedvat raakt, wordt het instantaan omgezet in geluid. Met deze techniek kunnen bloedvaten in bijvoorbeeld een vinger of een hand zichtbaar worden gemaakt. Maar botjes veroorzaken ruis en verstoringen van het signaal. We kunnen proberen om deze ruis weg te filteren op basis van dezelfde principes."

 

"Ook voor kankeronderzoek is deze techniek heel relevant."

 

"Ook voor kankeronderzoek is deze techniek heel relevant. In de eerste plaats omdat in tumoren extra bloedvaten groeien, die men hiermee beter zou kunnen opsporen. Daarnaast wordt er de laatste jaren veel onderzoek gedaan om tumoren kapot te maken met hulp van lokaal gefocuste golfvelden – wat een chirurgische ingreep overbodig zou kunnen maken. Dat laatste vind ik het meest fascinerend."

Van der Neut benadrukt dat het nog veel te vroeg is om te kunnen zeggen of dit haalbaar is. "Het is echt nog maar een droom. Ik ben nog zoekende naar de juiste richting en ben mij aan het verdiepen in de medische literatuur. Data is er bijvoorbeeld nog niet. Maar ik ben wel hoopvol gestemd, zulke toepassingen klinken veelbelovend."

Gepubliceerd: oktober 2016


Contact

Dr. ir. Joost van der Neut 


VENI Beurs


In 2013 ontving Joost van der Neut een Veni-subsidie van NWO voor zijn onderzoeksproject: "Beyond seismic interferometry: imaging of subsurface shadow zones with multiply reflected waves. Een Veni bedraagt maximaal 250.000 euro en geeft pas gepromoveerde onderzoekers de kans om gedurende drie jaar hun ideeën verder te ontwikkelen. Een artikel dat Joost over zijn onderzoek schreef met collega Kees Wapenaar werd door het wetenschappelijke tijdschrift Geyphysical Prospecting in 2016 uitgeroepen tot Best Paper.