Mitigar e reverter os efeitos das mudanças climáticas é o mais importante desafio científico da humanidade. O sequestro de carbono descreve uma gama de tecnologias com potencial para reduzir a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. A maioria desses esquemas envolve armazenar o gás no subsolo, no entanto, isso não é isento de riscos, e os cientistas estão preocupados que o armazenamento subterrâneo possa levar ao aumento da atividade sísmica (um fenômeno conhecido como “sismicidade induzida”).
Agora, pesquisadores nos EUA e na Suíça estudaram a microssismicidade, os pequenos eventos sísmicos causados pela injeção de carbono na rocha hospedeira, no Projeto Decatur da Bacia de Illinois (IBDP), no meio-oeste dos EUA. Em 2011-2014, o IBDP injetou um milhão de toneladas de CO2 em um reservatório subterrâneo logo acima de uma bacia cristalina de riolito. Nikita Bondarenko e Roman Makhnenko na Universidade de Illinois e Iúri Podladchikov da Universidade de Lausanne usaram uma combinação de observações de campo e simulações de computador para mostrar como a microssismicidade no IBDP é altamente dependente da estrutura em microescala da rocha hospedeira.
O círculo de Mohr
A base da abordagem dos pesquisadores é um conceito chamado “círculo de Mohr”, que descreve o gráfico que pode ser desenhado para representar um tensor de tensão. Parte integrante de muitos empreendimentos de geoengenharia, os círculos de Mohr podem ser plotados para descrever a resposta de solos, minerais e outros materiais geofísicos ao estresse em várias direções. O objetivo dos pesquisadores foi desenvolver uma compreensão mais profunda da microssismicidade local, considerando apenas eventos de magnitude 2.0 ou menos na escala Richter, durante a injeção de CO2 no reservatório de rocha IBDP.
Para complementar os cálculos do círculo de Mohr, o grupo considerou como o CO2 se comporta como um fluido e preenche as rachaduras e poros da rocha hospedeira. Seus resultados da observação da atividade sísmica do IBDP indicam que a injeção de CO2 no “porão cristalino” (a camada de rocha abaixo de um depósito de sedimentos) pode exacerbar rachaduras e falhas existentes, desestabilizando assim a bacia. Além disso, a trinca induzida por injeção pode ocorrer na camada rígida diretamente acima do embasamento cristalino, também conhecida como “camada rígida competente”.
No IBDP, CO2 é injetado na unidade inferior do arenito Mt. Simon dentro da estratigrafia da Bacia de Illinois (veja a figura). Devido à presença de selos intraformacionais (veios minerais impermeáveis na rocha) no complexo do Monte Simon, o CO injetado2 afeta as falhas no embasamento cristalino abaixo do reservatório, tornando possível a reativação de quaisquer estruturas de falha que estejam orientadas favoravelmente.
efeito poroelástico
Outro fenômeno que precisa ser abordado durante o CO2 injeção é o efeito pororoelástico, que está relacionado com a pressão dos poros e estresse mecânico. Esta parte do estudo se concentrou no arenito Argenta e no riolito pré-cambriano do poço TR McMillen #2, que fica 25 km a sudoeste do local de injeção do IBDP. O objetivo era medir as propriedades poromecânicas do local. Núcleos de arenito Argenta e riolito pré-cambriano foram extraídos na faixa de profundidade de 1900 a 2000 m.
O riolito pré-cambriano, a rocha cristalina do embasamento, é conhecido por ter fraturas que permitem a migração interna de fluidos, enfraquecendo assim a rocha e diminuindo seu módulo de elasticidade. Amostras intactas ou heterogêneas foram obtidas por meio de experimentos em escala de laboratório no espécime com tamanho da ordem de 10-100 mm. As medições obtidas nesta escala minúscula foram então executadas através do “código numérico hidromecânico totalmente acoplado” da equipe, com base no conjunto de equações derivadas parciais de Biot para fluido e comportamento dos poros, para modelar a sismicidade induzida por CO2 injeção no IBDP.
modelagem numérica
Limpando o carbono
Além das medições de laboratório, alguns modelos numéricos foram feitos para relacionar a estratigrafia do arenito e do riolito com a microssismicidade que ocorre no local da injeção. Resultados de pesquisas sísmicas conduzidas pelo Illinois State Geological Survey mostram alguma sedimentação irregular nas camadas estratigráficas abaixo do IBDP, o que pode resultar em uma mudança no estresse dentro da rocha. Além disso, a resistência da rocha foi medida e a comparação do ângulo de atrito com a linha tangente ao círculo de Mohr permitiu aos pesquisadores entender o limite para rachaduras induzidas por injeção e falha da rocha. Em suma, eles concluem que a injeção de CO2 é improvável que resulte em atividade sísmica significativa.
Os pesquisadores descrevem seus resultados em Relatórios Científicos, e a principal conclusão de seu artigo é que a sismicidade é um fenômeno altamente complexo. As feições estratigráficas locais complicam a análise da sismicidade gerada por injeção. Como resultado, o local de injeção do IBDP não pode ser efetivamente descrito por um único círculo de Mohr, nem uma resposta microssísmica pode ser explicada apenas pelas mudanças na pressão dos poros. Acoplamento hidromecânico, fluxo bifásico, efeitos estratigráficos e temperatura devem ser considerados como parte do quadro maior do perfil de sismicidade do IBDP. De fato, mais trabalho deve ser feito para conciliar a necessidade de sequestro de carbono com a prevalência contínua da indústria; sismicidade pressagia um risco de segurança, que afeta a percepção das pessoas sobre as medidas de sequestro de carbono. Até chegarmos a uma melhor compreensão da sismicidade induzida pela injeção de carbono, a mitigação do risco é o melhor curso de ação.
