Az éghajlatváltozás hatásainak mérséklése és visszafordítása az emberiség előtt álló legfontosabb tudományos kihívás. A szénmegkötés egy sor olyan technológiát ír le, amelyek képesek csökkenteni a szén-dioxid (CO.) koncentrációját2) a légkörben. A legtöbb ilyen rendszer magában foglalja a gáz föld alatti tárolását, ez azonban nem veszélytelen, és a tudósok aggódnak amiatt, hogy a föld alatti tárolás megnövekedett szeizmikus aktivitáshoz vezethet (ez a jelenség „indukált szeizmicitásként” ismert).
Most amerikai és svájci kutatók tanulmányozták a mikroszeizmicitást, azokat a kis szeizmikus eseményeket, amelyeket a szénhordozó kőzetbe való befecskendezése okoz az Illinois Basin Decatur Project (IBDP) keretében az Egyesült Államok középnyugati részén. 2011 és 2014 között az IBDP egymillió tonna CO-t fecskendezett be2 egy föld alatti tározóba közvetlenül egy riolit kristályos medence felett. Nyikita Bondarenko és a Roman Makhnenko az Illinoisi Egyetemen és Jurij Podladcsikov A Lausanne Egyetemen terepi megfigyelések és számítógépes szimulációk kombinációját alkalmazták annak bemutatására, hogy az IBDP mikroszeizmicitása nagymértékben függ a befogadó kőzet mikroméretű szerkezetétől.
Mohr köre
A kutatók megközelítésének alapja a „Mohr-kör” elnevezés, amely leírja a feszültségtenzor ábrázolására rajzolható gráfot. Számos geomérnöki törekvés szerves része, Mohr körei ábrázolhatók, hogy leírják a talajok, ásványok és más geofizikai anyagok többirányú stresszre adott válaszát. A kutatók célja az volt, hogy mélyebben megértsék a helyi mikroszeizmicitást, csak a Richter-skála szerinti 2.0 vagy annál kisebb nagyságrendű eseményeket figyelembe véve a CO befecskendezése során.2 az IBDP kőzettározójába.
A Mohr-kör számításaik kiegészítéseként a csoport megvizsgálta, hogy a CO2 folyadékként viselkedik, és kitölti a befogadó kőzet repedéseit és pórusait. Az IBDP szeizmikus aktivitásának megfigyeléséből származó eredményeik azt mutatják, hogy a CO befecskendezése2 a „kristályos aljzatba” (az üledéklerakódás alatti kőzetréteg) súlyosbíthatja a meglévő repedéseket és hibákat, ezáltal destabilizálva a medencét. Ezenkívül a közvetlenül a kristályos aljzat feletti merev rétegben, amelyet „merev kompetens rétegnek” is neveznek, injektálás okozta repedés léphet fel.
Az IBDP, CO2 az Illinois-medence rétegrétegén belül a Mt. Simon homokkő alsó egységébe fecskendezik (lásd az ábrát). A Mt. Simon komplexumban lévő intraformációs tömítések (a kőzetben áthatolhatatlan ásványi vénák) miatt a beinjektált CO2 befolyásolja a tározó alatti kristályos aljzat hibáit, lehetővé téve a kedvezően orientált hibaszerkezetek újraaktiválását.
Poroelasztikus hatás
Egy másik jelenség, amellyel foglalkozni kell a CO során2 Az injekció a pororoelasztikus hatás, amely a pórusnyomással és a mechanikai igénybevétellel kapcsolatos. A tanulmány ezen része az argentai homokkőre és a prekambriumi riolitra összpontosított a TR McMillen #2 kútból, amely 25 km-re délnyugatra található az IBDP befecskendezési helyétől. A cél a helyszín pormechanikai tulajdonságainak mérése volt. Az argentai homokkő és a prekambriumi riolit magjait egyaránt 1900-2000 m mélységben vonták ki.
Ismeretes, hogy a prekambriumi riolit, a kristályos alapkőzet olyan repedésekkel rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a folyadék belső vándorlását, ezáltal gyengítik a kőzetet és csökkentik annak rugalmassági modulusát. A 10-100 mm-es nagyságrendű mintákon laboratóriumi méretű kísérletekkel ép, vagy heterogén mintákat vettünk. Az ezen a csekély skálán kapott méréseket azután a csapat „teljesen csatolt hidromechanikus numerikus kódján” futtatták, a pórusfolyadék és viselkedés részleges derivált Biot egyenletén alapulva, hogy modellezzék a CO által kiváltott szeizmicitást.2 injekció az IBDP-nél.
Numerikus modellezés
Szén felmosása
A laboratóriumi mérések mellett numerikus modellezést is végeztünk, hogy a homokkő és riolit rétegződését összefüggésbe hozzuk a befecskendezési helyen végbemenő mikroszeizmicitással. Az Illinois Állami Geológiai Szolgálat által végzett szeizmikus felmérések egyenetlen ülepedést mutatnak az IBDP alatti rétegrétegekben, ami a kőzeten belüli feszültség változását eredményezheti. Ezenkívül megmérték a kőzet szilárdságát, és a súrlódási szög összehasonlítása a Mohr-kör érintővonalával lehetővé tette a kutatóknak, hogy megértsék az injektálás okozta repedés és a kőzet tönkremenetelének küszöbét. Röviden arra a következtetésre jutottak, hogy a CO befecskendezése2 nem valószínű, hogy jelentős szeizmikus aktivitást eredményez.
A kutatók eredményeiket a következő helyen írják le Tudományos jelentései, és a cikkükből az a legfontosabb, hogy a szeizmicitás rendkívül összetett jelenség. A lokális rétegtani jellemzők megnehezítik a befecskendezéssel generált szeizmicitás elemzését. Ennek eredményeként az IBDP injekció helye nem írható le hatékonyan egyetlen Mohr-körrel, és a mikroszeizmikus válasz sem magyarázható csak a pórusnyomás változásával. A hidromechanikus csatolást, a kétfázisú áramlást, a rétegtani hatásokat és a hőmérsékletet az IBDP szeizmicitási profiljának nagyobb képének kell tekinteni. Valójában több munkát kell végezni a szén-dioxid-megkötés szükségességének és az ipar folyamatos elterjedtségének összeegyeztetése érdekében; a szeizmicitás biztonsági kockázatot jelent, ami befolyásolja az emberek szénmegkötési intézkedésekkel kapcsolatos elképzeléseit. Amíg el nem értjük a széninjektálásból származó szeizmicitás jobb megértését, a veszélycsökkentés a legjobb lépés.
