کاهش و معکوس کردن اثرات تغییرات آب و هوایی مهمترین چالش علمی پیش روی بشر است. ترسیب کربن طیفی از فناوری ها را با پتانسیل کاهش غلظت دی اکسید کربن (CO) توصیف می کند.2) در جو. بیشتر این طرح‌ها شامل ذخیره‌سازی گاز در زیر زمین است، با این حال، این بدون خطر نیست، و دانشمندان نگران هستند که ذخیره‌سازی زیرزمینی می‌تواند منجر به افزایش فعالیت لرزه‌ای شود (پدیده‌ای که به عنوان «لرزه‌خیزی القایی» شناخته می‌شود).
اکنون، محققان در ایالات متحده و سوئیس، ریز لرزه‌خیزی، رویدادهای لرزه‌ای کوچک ناشی از تزریق کربن به سنگ میزبان را در پروژه Decatur حوضه ایلینوی (IBDP) در غرب میانه آمریکا مورد مطالعه قرار داده‌اند. در سال های 2011-2014، IBDP یک میلیون تن CO تزریق کرد2 به یک مخزن زیرزمینی درست بالای یک حوضه کریستالی ریولیت. نیکیتا بوندارنکو و رومن ماخنکو در دانشگاه ایلینوی و یوری پودلچیکوف در دانشگاه لوزان از ترکیبی از مشاهدات میدانی و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای استفاده کرده‌اند تا نشان دهند که چگونه ریز لرزه‌خیزی در IBDP به شدت به ساختار ریزمقیاس سنگ میزبان وابسته است.
حلقه محور
اساس رویکرد محققان مفهومی به نام "دایره مور" است که نموداری را توصیف می کند که می توان برای به تصویر کشیدن یک تانسور استرس ترسیم کرد. حلقه‌های موهر که در بسیاری از تلاش‌های مهندسی ژئوفیزیک ضروری است، می‌توانند برای توصیف واکنش خاک‌ها، کانی‌ها و سایر مواد ژئوفیزیکی به تنش در جهت‌های مختلف ترسیم شوند. هدف محققان ایجاد درک عمیق‌تر از ریز لرزه‌خیزی محلی، با در نظر گرفتن تنها رویدادهایی با قدر 2.0 یا کمتر در مقیاس ریشتر، در طول تزریق CO بود.2 به مخزن سنگ IBDP.
این گروه برای تکمیل محاسبات دایره Mohr خود، چگونگی CO را در نظر گرفته است2 مانند یک سیال رفتار می کند و شکاف ها و منافذ سنگ میزبان را پر می کند. نتایج آنها از مشاهده فعالیت لرزه ای IBDP نشان می دهد که تزریق CO2 وارد شدن به "زیرزمین کریستالی" (لایه سنگ زیر یک رسوب) می تواند شکاف ها و گسل های موجود را تشدید کند و در نتیجه حوضه را بی ثبات کند. علاوه بر این، ترک‌خوردگی ناشی از تزریق می‌تواند در لایه صلب مستقیماً بالای زیرزمین کریستالی رخ دهد که به عنوان «لایه با کفایت سفت» نیز شناخته می‌شود.
در IBDP، CO2 به واحد پایینی ماسه سنگ کوه سیمون در چینه شناسی حوضه ایلینوی تزریق می شود (شکل را ببینید). به دلیل وجود مهرهای درون شکلی (رگه های معدنی غیرقابل نفوذ در سنگ) در مجموعه کوه سیمون، CO تزریق شده2 بر گسل‌های زیرزمین کریستالی زیر مخزن تأثیر می‌گذارد و امکان فعال‌سازی مجدد هر ساختار گسلی که جهت‌گیری مطلوب دارند را ممکن می‌سازد.
اثر Poroelastic
پدیده دیگری که باید در طول CO مورد توجه قرار گیرد2 تزریق اثر پورروالاستیک است که به فشار منافذ و تنش مکانیکی مربوط می شود. این بخش از مطالعه بر روی ماسه سنگ آرژانتا و ریولیت پرکامبرین از چاه TR McMillen #2، که در 25 کیلومتری جنوب غربی محل تزریق IBDP است، متمرکز شد. هدف اندازه گیری خواص پورومکانیکی سایت بود. هسته های ماسه سنگ آرژانتا و ریولیت پرکامبرین هر دو در محدوده عمق 1900-2000 متر استخراج شدند.
ریولیت پرکامبرین، سنگ زیرزمین کریستالی، شناخته شده است که دارای شکستگی هایی است که اجازه مهاجرت مایع داخلی را می دهد، در نتیجه سنگ را ضعیف می کند و مدول الاستیک آن را کاهش می دهد. نمونه های دست نخورده یا ناهمگن از طریق آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی بر روی نمونه با اندازه 10-100 میلی متر به دست آمد. اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده در این مقیاس کوچک سپس از طریق «کد عددی هیدرومکانیکی کاملاً جفت‌شده» تیم انجام شد، بر اساس مجموعه معادلات مشتق جزئی Biot برای سیال منفذی و رفتار، برای مدل‌سازی لرزه‌خیزی ناشی از CO.2 تزریق در IBDP
مدل سازی عددی
پاک کردن کربن
علاوه بر اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی، برخی مدل‌سازی‌های عددی برای ارتباط چینه‌نگاری ماسه‌سنگ و ریولیت با ریز لرزه‌خیزی در محل تزریق انجام شد. نتایج بررسی‌های لرزه‌ای انجام‌شده توسط سازمان زمین‌شناسی ایالت ایلینویز، مقداری رسوب‌گذاری ناهموار را در لایه‌های چینه‌شناسی زیر IBDP نشان می‌دهد که ممکن است منجر به تغییر در تنش درون سنگ شود. علاوه بر این، استحکام سنگ اندازه‌گیری شد و مقایسه زاویه اصطکاک با خط مماس به دایره موهر به محققان این امکان را داد که آستانه ترک‌خوردگی ناشی از تزریق و شکست سنگ را درک کنند. به طور خلاصه، آنها نتیجه می گیرند که تزریق CO2 بعید است که منجر به فعالیت لرزه ای قابل توجهی شود.
محققان نتایج خود را در گزارش علمیو نکته اصلی از مقاله آنها این است که لرزه خیزی یک پدیده بسیار پیچیده است. ویژگی های چینه شناسی محلی تجزیه و تحلیل لرزه خیزی ناشی از تزریق را پیچیده می کند. در نتیجه، محل تزریق IBDP را نمی توان به طور موثر با یک دایره Mohr توصیف کرد، و همچنین نمی توان پاسخ ریز لرزه ای را تنها با تغییرات فشار منفذی توضیح داد. کوپلینگ هیدرومکانیکی، جریان دو فازی، اثرات چینه شناسی و دما باید به عنوان بخشی از تصویر بزرگتر از مشخصات لرزه خیزی IBDP در نظر گرفته شوند. در واقع، کار بیشتری باید انجام شود تا نیاز به ترسیب کربن با گسترش مداوم صنعت سازگار شود. لرزه خیزی یک خطر ایمنی را به همراه دارد که بر درک مردم از اقدامات ترسیب کربن تأثیر می گذارد. تا زمانی که به درک بهتری از لرزه خیزی ناشی از تزریق کربن برسیم، کاهش خطر بهترین اقدام است.
