Kliimamuutuste mõjude leevendamine ja tagasipööramine on inimkonna kõige olulisem teaduslik väljakutse. Süsinikdioksiidi sidumine kirjeldab mitmeid tehnoloogiaid, mis võivad vähendada süsinikdioksiidi (CO2) atmosfääris. Enamik neist skeemidest hõlmab gaasi ladustamist maa all, kuid see ei ole riskivaba ja teadlased on mures, et maa-alune ladustamine võib põhjustada seismilise aktiivsuse suurenemist (nähtust, mida nimetatakse "indutseeritud seismilisuseks").
Nüüd on USA ja Šveitsi teadlased uurinud USA kesk-lääneosas Illinois Basin Decatur Projectis (IBDP) mikroseismilisust, väikeseid seismilisi sündmusi, mis on põhjustatud süsiniku süstimisest põhikivimitesse. Aastatel 2011–2014 süstis IBDP miljon tonni süsinikdioksiidi2 maa-alusesse reservuaari, mis asub vahetult rüoliidi kristalse basseini kohal. Nikita Bondarenko ja Roman Makhnenko Illinoisi ülikoolis ja Juri Podladtšikov Lausanne'i ülikoolis on kasutatud välivaatluste ja arvutisimulatsioonide kombinatsiooni, et näidata, kuidas IBDP mikroseismilisus sõltub suuresti peremeeskivimi mikroskaala struktuurist.
Mohri ring
Teadlaste lähenemisviisi aluseks on kontseptsioon, mida nimetatakse "Mohri ringiks", mis kirjeldab graafikut, mida saab joonistada pingetensori kujutamiseks. Paljude geoinseneri ettevõtmiste lahutamatu osana saab Mohri ringe joonistada, et kirjeldada pinnase, mineraalide ja muude geofüüsikaliste materjalide reageerimist stressile mitmes suunas. Teadlaste eesmärk oli süsinikdioksiidi süstimise ajal arendada sügavamat arusaamist kohalikust mikroseismilisusest, võttes arvesse ainult sündmusi, mille suurusjärk on Richteri skaalal 2.0 või vähem.2 IBDP kivimite reservuaari.
Mohri ringi arvutuste täiendamiseks on rühm kaalunud, kuidas CO2 käitub vedelikuna ja täidab peremeeskivimi praod ja poorid. Nende tulemused IBDP seismilise aktiivsuse vaatlusest näitavad, et CO süstimine2 "kristallisse keldrisse" (kivimikiht, mis asub settekihi all) võib olemasolevaid pragusid ja rikkeid süvendada, destabiliseerides nõnda basseini. Lisaks võib otse kristalse keldri kohal asuvas jäigas kihis, mida tuntakse ka kui "jäik kompetentne kiht", tekkida süstimisest põhjustatud pragunemine.
Ettevõttes IBDP, CO2 süstitakse Illinoisi basseini stratigraafias asuva Simoni mäe alumisse liivakivisse (vt joonist). Mt. Simoni kompleksis esinevate intraformatsiooniliste tihendite (kivimites läbilaskmatud mineraalveenide) tõttu on süstitud CO2 mõjutab reservuaari all oleva kristalse keldri rikkeid, võimaldades mis tahes soodsalt orienteeritud rikkestruktuuride taasaktiveerimist.
Poroelastne toime
Teine nähtus, millega tuleb CO ajal tegeleda2 süstimine on pororoelastne toime, mis on seotud pooride rõhu ja mehaanilise pingega. Uuringu see osa keskendus Argenta liivakivile ja eelkambriumi rüoliidile TR McMillen #2 kaevust, mis asub IBDP süstekohast 25 km edelas. Eesmärk oli mõõta saidi pormehaanilisi omadusi. Argenta liivakivi ja prekambriumi rüoliidi südamikud kaevandati sügavusvahemikus 1900–2000 m.
Eelkambriumi rüoliit, kristalne aluskivi, on teadaolevalt murtud, mis võimaldavad vedeliku sisemist migratsiooni, nõrgestades seeläbi kivimit ja alandades selle elastsusmoodulit. Terved või heterogeensed proovid saadi laboratoorsete katsetega prooviga, mille suurus oli 10–100 mm. Sellel väikesel skaalal saadud mõõtmised viidi seejärel läbi meeskonna "täielikult seotud hüdromehaanilise numbrikoodi", mis põhines pooride vedeliku ja käitumise osalise tuletisega Bioti võrrandite komplektil, et modelleerida CO poolt põhjustatud seismilisust.2 süstimine IBDP-s.
Numbriline modelleerimine
Süsiniku eemaldamine
Lisaks laboratoorsetele mõõtmistele viidi läbi ka arvuline modelleerimine, et seostada liivakivi ja rüoliidi stratigraafiat süstekohas toimuva mikroseismilisusega. Illinoisi osariigi geoloogiateenistuse läbi viidud seismiliste uuringute tulemused näitavad IBDP all olevates stratigraafilistes kihtides ebaühtlast settimist, mis võib põhjustada kivimi pinge muutumist. Lisaks mõõdeti kivimi tugevust ning Mohri ringi puutujajoone hõõrdenurga võrdlemine võimaldas teadlastel mõista süstimisest põhjustatud pragunemise ja kivimi purunemise läve. Lühidalt järeldavad nad, et CO süstimine2 ei põhjusta tõenäoliselt märkimisväärset seismilist aktiivsust.
Teadlased kirjeldavad oma tulemusi Teaduslikud aruanded, ja nende paberi peamine järeldus on see, et seismilisus on väga keeruline nähtus. Kohalikud stratigraafilised tunnused raskendavad süstimisega tekitatud seismilisuse analüüsi. Selle tulemusena ei saa IBDP süstekohta tõhusalt kirjeldada ühe Mohri ringiga, samuti ei saa mikroseismilist reaktsiooni seletada ainult poorirõhu muutustega. Hüdromehaanilist sidumist, kahefaasilist voolu, stratigraafilisi efekte ja temperatuuri tuleb käsitleda osana IBDP seismilisuse profiili suuremast pildist. Tõepoolest, tuleb teha rohkem tööd, et ühitada vajadus süsinikdioksiidi sidumise järele tööstuse jätkuva levikuga; seismilisus kujutab endast ohtu turvalisusele, mis mõjutab inimeste ettekujutust süsiniku sidumise meetmetest. Kuni me ei mõista paremini süsiniku sissepritsest põhjustatud seismilisust, on ohtude leevendamine parim viis.
