减轻和扭转气候变化的影响是人类面临的最重要的科学挑战。 碳封存描述了一系列有可能降低二氧化碳浓度（CO2）大气中。 大多数这些计划都涉及将天然气储存在地下，然而，这并非没有风险，科学家们担心地下储存可能会导致地震活动增加（一种称为“诱发地震活动”的现象）。
现在，美国和瑞士的研究人员在美国中西部的伊利诺斯盆地迪凯特项目 (IBDP) 研究了微震活动，即由碳注入主岩引起的小地震事件。 2011-2014 年，IBDP 注入了 XNUMX 万吨二氧化碳2 进入流纹岩结晶盆地上方的地下水库。 尼基塔邦达连科 和 罗曼·马赫年科 在伊利诺伊大学和 尤里·波德拉奇科夫 在洛桑大学结合实地观察和计算机模拟来展示 IBDP 的微震活动如何高度依赖于主岩的微尺度结构。
莫尔圆
研究人员方法的基础是一个叫做“莫尔圆”的概念，它描述了可以用来描绘应力张量的图表。 作为许多地球工程努力的组成部分，可以绘制莫尔圆来描述土壤、矿物和其他地球物理材料对多个方向应力的响应。 研究人员的目标是加深对当地微震活动的了解，在注入 CO 期间仅考虑里氏震级 2.0 或以下的事件2 进入 IBDP 岩石储层。
为了补充他们的莫尔圆计算，该小组考虑了 CO 如何2 表现为流体并填充主岩的裂缝和孔隙。 他们对 IBDP 地震活动的观察结果表明，注入 CO2 进入“结晶基底”（沉积物下方的岩石层）会加剧现有的裂缝和断层，从而破坏盆地的稳定。 此外，在结晶基底正上方的刚性层（也称为“刚性主管层”）中可能会发生注射诱导开裂。
在 IBDP，CO2 被注入伊利诺斯盆地地层内西蒙山砂岩的下部单元（见图）。 由于 Mt. Simon 复合体中存在地层内密封层（岩石中不可渗透的矿脉），注入的 COXNUMX2 影响储层下方结晶基底的断层，使任何方向有利的断层结构重新激活成为可能。
多孔弹性效应
在 CO 期间需要解决的另一个现象2 注入是孔隙弹性效应，它与孔隙压力和机械应力有关。 这部分研究的重点是 TR McMillen #2 井的 Argenta 砂岩和前寒武纪流纹岩，该井位于 IBDP 注入点西南 25 公里处。 目标是测量场地的孔隙力学性能。 Argenta砂岩和前寒武纪流纹岩的岩心均在1900~2000米的深度范围内被提取。
众所周知，前寒武纪流纹岩是结晶基岩，其裂缝允许内部流体迁移，从而削弱岩石并降低其弹性模量。 完整的或异质的样品是通过实验室规模的实验在尺寸为 10-100 毫米的样本上获得的。 然后通过团队的“完全耦合流体力学数值代码”运行在这个微小尺度上获得的测量值，该代码基于孔隙流体和行为的偏导数 Biot 方程组，以模拟 CO 诱发的地震活动2 在 IBDP 注射。
数值建模
扫碳
除了实验室测量外，还进行了一些数值模拟，将砂岩和流纹岩的地层与注入地点发生的微震活动联系起来。 伊利诺斯州地质调查局进行的地震勘测结果显示，IBDP 下方地层的沉积不均匀，这可能导致岩石内的应力发生变化。 此外，还测量了岩石的强度，并将摩擦角与莫尔圆的切线进行比较，使研究人员能够了解注入引起的开裂和岩石破坏的阈值。 简而言之，他们得出结论，注入 CO2 不太可能导致显着的地震活动。
研究人员描述了他们的结果 Scientific Reports，他们论文的主要内容是地震活动是一种高度复杂的现象。 当地地层特征使注入地震活动的分析复杂化。 因此，IBDP 注入点不能通过单一莫尔圆有效描述，微震响应也不能仅通过孔隙压力的变化来解释。 流体力学耦合、两相流、地层效应和温度必须作为 IBDP 地震活动剖面图的一部分加以考虑。 事实上，必须做更多的工作来协调碳封存的需要与工业的持续盛行； 地震活动预示着安全隐患，这会影响人们对碳封存措施的看法。 在我们更好地了解碳注入引起的地震活动之前，减灾是最好的行动方案。
