気候変動の影響を緩和し、元に戻すことは、人類が直面している最も重要な科学的課題です。 炭素隔離は、二酸化炭素 (CO2) 大気中。 これらのスキームのほとんどは、ガスを地下に貯蔵することを伴いますが、これにはリスクがないわけではなく、科学者は、地下貯蔵が地震活動の増加につながる可能性があることを懸念しています (「誘発地震」として知られる現象)。
現在、米国とスイスの研究者は、米国中西部のイリノイ盆地ディケーター プロジェクト (IBDP) で、母岩への炭素注入によって引き起こされる小さな地震イベントである微小地震を研究しています。 2011 年から 2014 年にかけて、IBDP は XNUMX 万トンの CO を圧入しました2 流紋岩結晶盆地のすぐ上の地下貯水池に。 ニキータ・ボンダレンコ & ロマン・マクネンコ イリノイ大学と ユーリー・ポドラチコフ ローザンヌ大学では、フィールド観測とコンピューター シミュレーションを組み合わせて使用し、IBDP での微小地震活動が母岩の微小構造に大きく依存していることを示しました。
モールのサークル
研究者のアプローチの基礎は、応力テンソルを描くために描くことができるグラフを記述する「モールの円」と呼ばれる概念です。 多くの地球工学の取り組みに不可欠なモールの円は、複数の方向の応力に対する土壌、鉱物、およびその他の地球物理学的物質の応答を表すためにプロットできます。 研究者の目標は、CO 注入中のリヒタースケールでマグニチュード 2.0 以下のイベントのみを考慮して、局所的な微小地震活動をより深く理解することでした。2 IBDP ロック貯水池に。
モールの円の計算を補完するために、グループは CO2 流体として振る舞い、母岩の割れ目や気孔を埋めます。 IBDP の地震活動の観察からの彼らの結果は、CO の圧入が2 「結晶質の基盤」（堆積物の下の岩層）に侵入すると、既存の亀裂や断層が悪化し、それによって盆地が不安定になる可能性があります。 さらに、注入誘起の亀裂は、「硬いコンピテント層」としても知られる、結晶基盤の真上にある硬い層で発生する可能性があります。
コロラド州IBDPにて2 イリノイ盆地の層序内のサイモン山砂岩の下部ユニットに注入されます (図を参照)。 マウント サイモン コンプレックスにはイントラフォメーショナル シール (岩石内の不浸透性の鉱物脈) が存在するため、注入された CO2 貯留層の下の結晶基盤の断層に影響を与え、有利な方向にある断層構造の再活性化を可能にします。
多孔弾性効果
CO中に対処する必要があるもうXNUMXつの現象2 注入は細孔弾性効果であり、細孔圧力と機械的応力に関連しています。 調査のこの部分では、IBDP 注入サイトの南西 2 km にある TR McMillen #25 井戸からの Argenta 砂岩と先カンブリア流紋岩に焦点を当てました。 目標は、サイトのポロメカニカル特性を測定することでした。 Argenta 砂岩と先カンブリア流紋岩のコアは、どちらも 1900 ～ 2000 m の深度範囲内で抽出されました。
結晶質の基盤岩である先カンブリア紀の流紋岩には、内部流体の移動を可能にする割れ目があることが知られています。これにより、岩が弱まり、弾性率が低下します。 無傷の、または不均一なサンプルは、サイズが 10 ～ 100 mm 程度の標本で実験室規模の実験を介して取得されました。 この非常に小さなスケールで得られた測定値は、間隙流体と挙動に関する一連の偏微分ビオ方程式に基づいて、チームの「完全に結合された流体力学数値コード」を介して実行され、CO によって引き起こされる地震活動がモデル化されました。2 IBDPでの注射。
数値モデリング
炭素を掃く
実験室での測定に加えて、砂岩と流紋岩の層序を注入サイトで発生する微小地震活動に関連付けるために、いくつかの数値モデリングが行われました。 Illinois State Geological Survey によって実施された地震調査の結果は、IBDP の下の層序層に不均一な堆積が見られることを示しており、岩石内の応力に変化をもたらす可能性があります。 さらに、岩石の強度が測定され、モールの円の接線に対する摩擦角を比較することで、研究者は噴射による亀裂と岩石の破損のしきい値を理解することができました。 要するに、彼らは、COの注入が2 重大な地震活動をもたらす可能性は低い。
研究者は、その結果を次のように説明しています。 科学的なレポート、そして彼らの論文からの主なポイントは、地震活動が非常に複雑な現象であるということです。 局所的な層序の特徴は、注入によって生成された地震活動の分析を複雑にします。 その結果、IBDP 注入サイトは、単一のモールの円によって効果的に説明することはできません。 流体力学的カップリング、二相流、層序効果、および温度は、IBDP の地震活動プロファイルの全体像の一部として考慮する必要があります。 実際、炭素隔離の必要性と産業の継続的な普及とを調和させるために、さらに多くの作業を行う必要があります。 地震活動は安全上の問題の前兆であり、炭素隔離対策に対する人々の認識に影響を与えます。 炭素注入による誘発地震についての理解が深まるまでは、ハザードを軽減することが最善の方法です。
