기후 변화의 영향을 완화하고 역전시키는 것은 인류가 직면한 가장 중요한 과학적 도전입니다. 탄소 격리는 이산화탄소(CO2) 분위기에서. 이러한 계획의 대부분은 지하에 가스를 저장하는 것과 관련이 있지만 위험이 없는 것은 아니며 과학자들은 지하에 저장하면 지진 활동이 증가할 수 있다고 우려합니다("유도 지진"으로 알려진 현상).
이제 미국과 스위스의 연구원들은 미국 중서부의 IBDP(Illinois Basin Decatur Project)에서 모암에 탄소를 주입하여 발생하는 작은 지진 현상인 미세 지진을 연구했습니다. 2011~2014년에 IBDP는 백만 톤의 CO를 주입했습니다.2 유문암 결정 분지 바로 위의 지하 저수지로. 니키타 본다렌코 와 로만 마크넨코 일리노이 대학교와 유리 포들라치코프 University of Lausanne에서 IBDP의 미세 지진이 호스트 암석의 미세 구조에 크게 의존하는 방식을 보여주기 위해 현장 관찰과 컴퓨터 시뮬레이션의 조합을 사용했습니다.
모어 서클
연구원 접근 방식의 기초는 응력 텐서를 묘사하기 위해 그릴 수 있는 그래프를 설명하는 "모어의 원"이라는 개념입니다. 많은 지구 공학 노력의 핵심인 Mohr의 원은 여러 방향의 응력에 대한 토양, 광물 및 기타 지구물리학적 재료의 반응을 설명하기 위해 플롯할 수 있습니다. 연구원들의 목표는 CO 주입 중 리히터 규모 2.0 이하의 사건만을 고려하여 국지적인 미세 지진에 대한 더 깊은 이해를 개발하는 것이 었습니다.2 IBDP 암석 저수지로.
Mohr의 원 계산을 보완하기 위해 그룹은 CO가 어떻게2 유체처럼 행동하고 모암의 균열과 공극을 채운다. IBDP의 지진 활동을 관찰한 그들의 결과는 CO 주입이2 "결정성 기저부"(퇴적물 퇴적물 아래의 암석층)로 들어가면 기존의 균열과 단층이 악화되어 유역이 불안정해질 수 있습니다. 또한 주입으로 인한 균열은 "강성 컴피턴트 레이어"라고도 하는 결정 기반 바로 위의 단단한 레이어에서 발생할 수 있습니다.
CO, IBDP에서2 일리노이 분지(Illinois Basin)의 층서학 내에 있는 시몬 산(Mt. Simon) 사암 하부에 주입됩니다(그림 참조). 시몬 산 단지에 있는 내부 봉인(암석의 불침투성 광맥)의 존재로 인해 주입된 CO2 저수지 아래 결정 지하실의 단층에 영향을 주어 유리한 방향의 단층 구조를 재활성화할 수 있습니다.
다공탄성 효과
CO 동안 해결해야 할 또 다른 현상2 주입은 공극압 및 기계적 응력과 관련된 다공탄성 효과입니다. 연구의 이 부분은 IBDP 주입 지점에서 남서쪽으로 2km 떨어진 TR McMillen #25 우물의 Argenta 사암과 선캄브리아기 유문암에 초점을 맞췄습니다. 목표는 현장의 다공성 기계적 특성을 측정하는 것이었습니다. Argenta 사암과 선캄브리아기 유문암의 코어는 모두 1900-2000m 깊이 범위 내에서 추출되었습니다.
결정질 기저암인 선캄브리아기 유문암은 내부 유체 이동을 허용하는 균열이 있어 암석을 약화시키고 탄성 계수를 낮추는 것으로 알려져 있습니다. 10-100mm 크기의 표본에 대한 실험실 규모 실험을 통해 온전하거나 이질적인 표본을 얻었습니다. 이 극소 규모에서 얻은 측정값은 공극 유체 및 거동에 대한 편미분 Biot 방정식 세트를 기반으로 팀의 "완전 결합 유체 역학 수치 코드"를 통해 실행되어 CO에 의해 유도된 지진을 모델링했습니다.2 IBDP에서 주입.
수치 모델링
탄소 청소
실험실 측정 외에도 사암과 유문암의 층서학을 주입 지점에서 발생하는 미세 지진과 관련시키기 위해 일부 수치 모델링이 수행되었습니다. Illinois State Geological Survey에서 수행한 지진 조사 결과에 따르면 IBDP 아래의 층서학적 층에서 약간의 고르지 않은 퇴적물이 나타나 암석 내 응력의 변화를 초래할 수 있습니다. 또한 암석의 강도를 측정하고 Mohr의 원에 대한 접선에 대한 마찰각을 비교하여 연구원이 주입으로 인한 균열 및 암석 파손의 임계값을 이해할 수 있었습니다. 요컨대, 그들은 CO 주입이2 심각한 지진 활동을 일으킬 가능성이 없습니다.
연구자들은 결과를 다음과 같이 설명합니다. 과학 보고서, 그리고 그들의 논문에서 얻은 주요 내용은 지진이 매우 복잡한 현상이라는 것입니다. 지역 층서학적 특징은 주입으로 생성된 지진의 분석을 복잡하게 합니다. 결과적으로, IBDP 주입 부위는 단일 Mohr's circle로 효과적으로 기술될 수 없으며, 미시진동 반응은 공극압의 변화만으로는 설명될 수 없다. 유체역학적 결합, XNUMX상 흐름, 층서학적 효과 및 온도는 IBDP 지진 프로파일의 더 큰 그림의 일부로 고려되어야 합니다. 실제로 산업의 지속적인 보급과 탄소 격리의 필요성을 조화시키기 위해 더 많은 작업이 수행되어야 합니다. 지진은 탄소 격리 조치에 대한 사람들의 인식에 영향을 미치는 안전 위험을 예고합니다. 탄소 주입으로 인한 유도 지진에 대해 더 잘 이해할 때까지 위험 완화가 최선의 조치입니다.
