Atenuarea și inversarea efectelor schimbărilor climatice este cea mai importantă provocare științifică cu care se confruntă omenirea. Sechestrarea carbonului descrie o serie de tehnologii cu potențialul de a reduce concentrația de dioxid de carbon (CO2) în atmosferă. Cele mai multe dintre aceste scheme implică depozitarea gazului în subteran, însă acest lucru nu este lipsit de riscuri, iar oamenii de știință sunt îngrijorați de faptul că stocarea subterană ar putea duce la creșterea activității seismice (un fenomen cunoscut sub numele de „seismitate indusă”).
Acum, cercetătorii din SUA și Elveția au studiat microseismicitatea, micile evenimente seismice cauzate de injecția de carbon în roca gazdă, la Proiectul Illinois Basin Decatur (IBDP) din vestul mijlociu al SUA. În 2011-2014, IBDP a injectat un milion de tone de CO2 într-un rezervor subteran chiar deasupra unui bazin cristalin de riolit. Nikita Bondarenko și Roman Makhnenko la Universitatea din Illinois și Iuri Podladcikov de la Universitatea din Lausanne au folosit o combinație de observații de teren și simulări pe computer pentru a arăta cum microseismicitatea la IBDP este foarte dependentă de structura la microscală a rocii gazdă.
Cercul lui Mohr
Fundamentul abordării cercetătorilor este un concept numit „cercul lui Mohr”, care descrie graficul care poate fi desenat pentru a descrie un tensor de stres. Parte integrantă a multor eforturi de geoinginerie, cercurile lui Mohr pot fi trasate pentru a descrie răspunsul solurilor, mineralelor și altor materiale geofizice la stres în mai multe direcții. Scopul cercetătorilor a fost de a dezvolta o înțelegere mai profundă a microseismicității locale, luând în considerare doar evenimente de magnitudine 2.0 sau mai puțin pe scara Richter, în timpul injectării de CO.2 în rezervorul de rocă IBDP.
Pentru a completa calculele cercului lui Mohr, grupul a analizat modul în care CO2 se comportă ca un fluid și umple fisurile și porii rocii gazdă. Rezultatele lor din observarea activității seismice a IBDP indică faptul că injectarea de CO2 în „subsolul cristalin” (stratul de rocă de sub un depozit de sedimente) poate exacerba fisurile și faliile existente, destabilizand astfel bazinul. În plus, fisurarea indusă de injecție poate apărea în stratul rigid direct deasupra subsolului cristalin, cunoscut și sub numele de „stratul competent rigid”.
La IBDP, CO2 este injectat în unitatea inferioară de gresie Mt. Simon în stratigrafia Bazinului Illinois (vezi figura). Datorită prezenței de sigilii intraformaționale (venoane minerale impermeabile în rocă) în complexul Mt. Simon, CO injectat2 afectează faliile din subsolul cristalin de sub rezervor, făcând posibilă reactivarea oricăror structuri de falii care sunt orientate favorabil.
Efect poroelastic
Un alt fenomen care trebuie abordat în timpul CO2 injecția este efectul pororoelastic, care este legat de presiunea din pori și stresul mecanic. Această parte a studiului s-a concentrat pe gresie Argenta și riolit precambrian din puțul TR McMillen #2, care se află la 25 km sud-vest de locul de injectare IBDP. Scopul a fost măsurarea proprietăților poromecanice ale amplasamentului. Miezurile de gresie Argenta și riolit precambrian au fost extrase ambele în intervalul de adâncime de 1900-2000 m.
Riolitul precambrian, roca de subsol cristalină, este cunoscută pentru a avea fracturi care permit migrarea fluidelor interne, slăbind astfel roca și scăzând modulul elastic al acesteia. Probele intacte sau eterogene au fost obținute prin experimente la scară de laborator pe specimen cu dimensiunea de ordinul 10-100 mm. Măsurătorile obținute la această scară minusculă au fost apoi efectuate prin „codul numeric hidromecanic complet cuplat” al echipei, bazat pe setul de ecuații Biot derivate parțiale pentru fluidul și comportamentul porilor, pentru a modela seismicitatea indusă de CO.2 injectare la IBDP.
Modelare numerică
Curățarea carbonului
În plus față de măsurătorile de laborator, s-au făcut unele modelări numerice pentru a lega stratigrafia gresie și riolit cu microseismicitatea care are loc la locul de injectare. Rezultatele studiilor seismice efectuate de Illinois State Geological Survey arată o anumită sedimentare neuniformă în straturile stratigrafice de sub IBDP, care ar putea duce la o schimbare a tensiunii din rocă. În plus, s-a măsurat rezistența rocii, iar compararea unghiului de frecare la linia tangentă la cercul lui Mohr a permis cercetătorilor să înțeleagă pragul pentru fisurarea indusă de injecție și defectarea rocii. Pe scurt, ei concluzionează că injecția de CO2 este puțin probabil să aibă ca rezultat o activitate seismică semnificativă.
Cercetătorii își descriu rezultatele în Rapoarte științifice, iar principala concluzie din lucrarea lor este că seismicitatea este un fenomen extrem de complex. Caracteristicile stratigrafice locale complică analiza seismicității generate de injecție. Ca rezultat, locul de injectare IBDP nu poate fi descris în mod eficient de un singur cerc Mohr și nici un răspuns microseismic nu poate fi explicat doar prin modificările presiunii porilor. Cuplajul hidromecanic, curgerea în două faze, efectele stratigrafice și temperatura trebuie să fie considerate ca parte a imaginii de ansamblu a profilului de seismicitate al IBDP. Într-adevăr, trebuie depuse mai multe eforturi pentru a reconcilia nevoia de captare a carbonului cu prevalența continuă a industriei; seismicitatea prezintă un pericol pentru siguranță, care afectează percepția oamenilor cu privire la măsurile de sechestrare a carbonului. Până când ajungem la o mai bună înțelegere a seismicității induse din injecția de carbon, atenuarea pericolelor este cea mai bună cale de acțiune.
