يعد التخفيف من آثار تغير المناخ وعكس مسارها التحدي العلمي الأكثر أهمية الذي يواجه البشرية. يصف عزل الكربون مجموعة من التقنيات التي لديها القدرة على تقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي. تتضمن معظم هذه المخططات تخزين الغاز تحت الأرض ، ومع ذلك ، فإن هذا لا يخلو من المخاطر ، ويخشى العلماء من أن التخزين تحت الأرض يمكن أن يؤدي إلى زيادة النشاط الزلزالي (ظاهرة تعرف باسم "الزلازل المستحثة").
الآن ، درس الباحثون في الولايات المتحدة وسويسرا الزلزالية الدقيقة ، الأحداث الزلزالية الصغيرة الناتجة عن حقن الكربون في الصخور المضيفة ، في مشروع حوض إلينوي ديكاتور (IBDP) في وسط غرب الولايات المتحدة. في 2011-2014 ، حقنت خطة تطوير الأعمال الدولية (IBDP) مليون طن من ثاني أكسيد الكربون2 في خزان تحت الأرض فوق حوض بلوري من الريوليت. نيكيتا بوندارينكو و رومان مخنينكو في جامعة إلينوي و يوري بودلادشيكوف في جامعة لوزان ، استخدمت مجموعة من الملاحظات الميدانية والمحاكاة الحاسوبية لإظهار كيف تعتمد النزعة الدقيقة في IBDP بشكل كبير على البنية الدقيقة للصخور المضيفة.
دائرة موهر
أساس نهج الباحثين هو مفهوم يسمى "دائرة موهر" ، والتي تصف الرسم البياني الذي يمكن رسمه لتصوير موتر الإجهاد. جزء لا يتجزأ من العديد من مساعي الهندسة الجيولوجية ، يمكن رسم دوائر مور لوصف استجابة التربة والمعادن والمواد الجيوفيزيائية الأخرى للتوتر في اتجاهات متعددة. كان هدف الباحثين هو تطوير فهم أعمق للزُّمعة الدقيقة المحلية ، مع الأخذ في الاعتبار فقط الأحداث التي تبلغ قوتها 2.0 أو أقل على مقياس ريختر ، أثناء حقن ثاني أكسيد الكربون.2 في خزان الصخور IBDP.
لاستكمال حسابات دائرة Mohr الخاصة بهم ، نظرت المجموعة في كيفية قيام CO2 يتصرف كسوائل ويملأ شقوق ومسام الصخور المضيفة. تشير نتائجهم من مراقبة النشاط الزلزالي لـ IBDP إلى أن حقن ثاني أكسيد الكربون2 في "القبو البلوري" (الطبقة الصخرية أسفل رواسب الرواسب) يمكن أن يؤدي إلى تفاقم الشقوق والصدوع الموجودة ، وبالتالي زعزعة استقرار الحوض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يحدث التكسير الناجم عن الحقن في الطبقة الصلبة مباشرة فوق الطابق السفلي البلوري ، والمعروف أيضًا باسم "الطبقة المختصة الصلبة".
في IBDP، CO2 يتم حقنها في الوحدة السفلية من الحجر الرملي لجبل سيمون ضمن طبقات طبقات حوض إلينوي (انظر الشكل). نظرًا لوجود أختام intraformational (عروق معدنية غير منفذة في الصخور) في مجمع Mt. Simon ، فإن ثاني أكسيد الكربون المحقون2 يؤثر على العيوب في الطابق السفلي البلوري أسفل الخزان ، مما يجعل من الممكن إعادة تنشيط أي هياكل صدع موجهة بشكل إيجابي.
تأثير Poroelastic
ظاهرة أخرى يجب معالجتها خلال CO2 الحقن هو التأثير المرن المسامي ، والذي يرتبط بضغط المسام والضغط الميكانيكي. ركز هذا الجزء من الدراسة على الحجر الرملي Argenta و rhyolite ما قبل الكمبري من بئر TR McMillen # 2 ، على بعد 25 كم جنوب غرب موقع حقن IBDP. كان الهدف هو قياس الخصائص الميكانيكية المسامية للموقع. تم استخراج كلا من قلب الحجر الرملي أرجنتا وريوليت ما قبل الكمبري في نطاق عمق 1900-2000 متر.
من المعروف أن الريوليت ما قبل الكمبري ، وهو صخور القاعدة البلورية ، به كسور تسمح بهجرة السوائل الداخلية ، وبالتالي إضعاف الصخور وتقليل معامل المرونة. تم الحصول على عينات سليمة أو غير متجانسة من خلال تجارب معملية على العينة بحجم يتراوح بين 10 و 100 مم. تم بعد ذلك إجراء القياسات التي تم الحصول عليها على هذا المقياس الصغير من خلال "الكود العددي الهيدروميكانيكي المقترن بالكامل" للفريق ، استنادًا إلى مجموعة معادلات Biot المشتقة الجزئية لسوائل المسام والسلوك ، لنمذجة الزلازل التي يسببها ثاني أكسيد الكربون.2 الحقن في الـ IBDP.
النمذجة العددية
تطهير الكربون
بالإضافة إلى القياسات المختبرية ، تم إجراء بعض النمذجة العددية لربط طبقات الحجر الرملي والريوليت باليزم الدقيق الذي يحدث في موقع الحقن. تظهر نتائج المسوحات الزلزالية التي أجراها المسح الجيولوجي لولاية إلينوي بعض الترسيب غير المتكافئ في الطبقات الطبقية أسفل IBDP ، مما قد يؤدي إلى تغيير في الضغط داخل الصخر. بالإضافة إلى ذلك ، تم قياس قوة الصخر ، ومقارنة زاوية الاحتكاك بخط المماس بدائرة موهر ، سمحت للباحثين بفهم عتبة التكسير الناجم عن الحقن وفشل الصخور. باختصار ، استنتجوا أن حقن ثاني أكسيد الكربون2 من غير المحتمل أن يؤدي إلى نشاط زلزالي كبير.
يصف الباحثون نتائجهم في تقارير علمية، والخلاصة الرئيسية من ورقتهم هي أن الزلازل هي ظاهرة معقدة للغاية. تُعقِّد الميزات الطبقية المحلية تحليل الزلزالية الناتجة عن الحقن. نتيجة لذلك ، لا يمكن وصف موقع حقن IBDP بشكل فعال من خلال دائرة Mohr الفردية ، ولا يمكن تفسير استجابة microseismic فقط بالتغيرات في ضغط المسام. يجب اعتبار الاقتران الهيدروميكانيكي والتدفق ثنائي الطور والتأثيرات الطبقية ودرجة الحرارة جزءًا من الصورة الأكبر لملف تعريف الزلازل الخاص بـ IBDP. وبالفعل ، يجب بذل المزيد من العمل للتوفيق بين الحاجة إلى عزل الكربون وبين استمرار تفشي الصناعة ؛ تنذر الزلازل بخطر على السلامة ، مما يؤثر على تصور الناس لتدابير عزل الكربون. حتى نتوصل إلى فهم أفضل للزلازل المستحثة من حقن الكربون ، فإن التخفيف من المخاطر هو أفضل مسار للعمل.
