Mengurangi dan membalikkan efek perubahan iklim adalah tantangan ilmiah terpenting yang dihadapi umat manusia. Penyerapan karbon menjelaskan berbagai teknologi dengan potensi untuk mengurangi konsentrasi karbon dioksida (COXNUMX).2) di atmosfer. Sebagian besar skema ini melibatkan penyimpanan gas di bawah tanah, namun, ini bukannya tanpa risiko, dan para ilmuwan khawatir bahwa penyimpanan bawah tanah dapat menyebabkan peningkatan aktivitas seismik (fenomena yang dikenal sebagai "kegempaan terinduksi").
Sekarang, para peneliti di AS dan Swiss telah mempelajari microseismicity, peristiwa seismik kecil yang disebabkan oleh injeksi karbon ke batuan induk, di Proyek Decatur Illinois Basin (IBDP) di AS bagian barat tengah. Pada tahun 2011–2014, IBDP menyuntikkan satu juta ton CO2 ke reservoir bawah tanah tepat di atas cekungan kristal riolit. Nikita Bondarenko dan Romawi Makhnenko di Universitas Illinois dan Yuri Podladchikov di University of Lausanne telah menggunakan kombinasi observasi lapangan dan simulasi komputer untuk menunjukkan bagaimana mikroseismisitas di IBDP sangat bergantung pada struktur mikro dari batuan induk.
Lingkaran Mohr
Landasan pendekatan para peneliti adalah konsep yang disebut "lingkaran Mohr", yang menggambarkan grafik yang dapat ditarik untuk menggambarkan tensor tegangan. Terintegrasi dengan banyak upaya geoengineering, lingkaran Mohr dapat diplot untuk menggambarkan respon tanah, mineral, dan bahan geofisika lainnya terhadap tekanan dalam berbagai arah. Tujuan para peneliti adalah untuk mengembangkan pemahaman yang lebih dalam tentang mikroseismisitas lokal, mengingat hanya kejadian berkekuatan 2.0 atau kurang pada skala Richter, selama injeksi COXNUMX.2 ke reservoir batuan IBDP.
Untuk melengkapi perhitungan lingkaran Mohr mereka, kelompok tersebut telah mempertimbangkan bagaimana CO2 berperilaku sebagai cairan dan mengisi retakan dan pori-pori batuan induk. Hasil observasi aktivitas seismik IBDP menunjukkan bahwa injeksi COXNUMX2 ke dalam “ruang bawah tanah kristal” (lapisan batuan di bawah endapan sedimen) dapat memperburuk retakan dan patahan yang ada, sehingga membuat cekungan menjadi tidak stabil. Selain itu, retakan yang diinduksi injeksi dapat terjadi pada lapisan kaku tepat di atas basement kristalin, juga dikenal sebagai "lapisan kaku yang kompeten".
Di IBDP, CO2 disuntikkan ke unit yang lebih rendah dari batu pasir Mt. Simon dalam stratigrafi dari Cekungan Illinois (lihat gambar). Karena adanya segel intraformasional (vena mineral kedap air di batuan) di kompleks Mt. Simon, COXNUMX yang disuntikkan2 mempengaruhi patahan di ruang bawah tanah kristal di bawah reservoir, memungkinkan pengaktifan kembali struktur patahan yang berorientasi baik.
Efek poroelastik
Fenomena lain yang perlu ditangani selama CO2 injeksi adalah efek pororoelastik, yang terkait dengan tekanan pori dan tekanan mekanis. Bagian penelitian ini berfokus pada batupasir Argenta dan riolit Precambrian dari sumur TR McMillen #2, yang berjarak 25 km barat daya tempat injeksi IBDP. Tujuannya adalah untuk mengukur sifat porimekanis situs. Inti batupasir Argenta dan riolit Prakambrium keduanya diekstraksi dalam kisaran kedalaman 1900–2000 m.
Rhyolite prakambrium, batuan dasar kristal, diketahui memiliki rekahan yang memungkinkan migrasi cairan internal, sehingga melemahkan batuan dan menurunkan modulus elastisitasnya. Sampel utuh atau heterogen diperoleh melalui eksperimen skala lab pada spesimen dengan ukuran sekitar 10-100 mm. Pengukuran yang diperoleh pada skala sangat kecil ini kemudian dijalankan melalui "kode numerik hidromekanis yang digabungkan sepenuhnya" oleh tim, berdasarkan kumpulan persamaan Biot turunan parsial untuk cairan pori dan perilaku, untuk memodelkan kegempaan yang disebabkan oleh COXNUMX.2 injeksi di IBDP.
Pemodelan numerik
Mengepel karbon
Selain pengukuran laboratorium, beberapa pemodelan numerik dilakukan untuk menghubungkan stratigrafi batupasir dan riolit dengan mikroseismisitas yang terjadi di lokasi injeksi. Hasil survei seismik yang dilakukan oleh Survei Geologi Negara Bagian Illinois menunjukkan beberapa sedimentasi yang tidak merata pada lapisan stratigrafi di bawah IBDP, yang dapat mengakibatkan perubahan tekanan di dalam batuan. Selain itu, kekuatan batuan diukur, dan perbandingan sudut gesekan dengan garis singgung ke lingkaran Mohr memungkinkan para peneliti untuk memahami ambang retak dan kegagalan batuan akibat injeksi. Singkatnya, mereka menyimpulkan bahwa injeksi CO2 tidak mungkin menghasilkan aktivitas seismik yang signifikan.
Para peneliti menggambarkan hasil mereka di Laporan Ilmiah, dan kesimpulan utama dari makalah mereka adalah bahwa kegempaan adalah fenomena yang sangat kompleks. Fitur stratigrafi lokal memperumit analisis kegempaan yang dihasilkan injeksi. Akibatnya, tempat injeksi IBDP tidak dapat dijelaskan secara efektif oleh satu lingkaran Mohr, dan respons mikroseismik juga tidak dapat dijelaskan hanya dengan perubahan tekanan air pori. Kopling hidromekanis, aliran dua fase, efek stratigrafi, dan temperatur harus dianggap sebagai bagian dari gambaran yang lebih besar dari profil kegempaan IBDP. Memang, lebih banyak pekerjaan harus dilakukan untuk merekonsiliasi kebutuhan penyerapan karbon dengan prevalensi industri yang berkelanjutan; kegempaan menandakan bahaya keselamatan, yang memengaruhi persepsi orang tentang tindakan penyerapan karbon. Sampai kita mencapai pemahaman yang lebih baik tentang kegempaan yang diinduksi dari injeksi karbon, mitigasi bahaya adalah tindakan terbaik.
