Poretryksdiffusion førte til mikroseismicitet ved kulstofbindingsstedet i Illinois-bassinet, viser en modelundersøgelse

Poretryksdiffusion genereret af kuldioxid injiceret under jorden på et kulstoflagringssted i Illinois-bassinet er den sandsynlige årsag til hundredvis af mikrojordskælv, der fandt sted på stedet mellem 2011 og 2012, ifølge en ny analyse.

Modelleringsundersøgelsen offentliggjort i Bulletin of the Seismological Society of America indikerer, at trykdiffusion langs eksisterende forkastninger ind i kælderklippen kunne have destabiliseret de forkastninger, hvor mikroseismiciteten - lige fra Mw -2 til 1 - opstod, sagde Ruben Juanes fra MIT og kolleger.

Der er nogle ligheder mellem CO₂ injektion og spildevandsinjektion fra olie- og gasaktiviteter, selvom mængderne af injiceret spildevand globalt set langt overstiger mængden af ​​injiceret CO₂ . Spildevandsinjektion har forårsaget små til moderate jordskælv rundt om i verden, hvilket gør det vigtigt at undersøge, hvordan CO₂ injektion producerer seismicitet og om det også kan fremkalde større jordskælv.

De nye resultater bekræfter vigtigheden af ​​at karakterisere underjordiske forkastninger på steder udvalgt til CO₂ sekvestrering, konstaterer forskerne.

Den første injektionsperiode ved Illinois Basin-Decatur Project (IBDP) løb fra november 2011 til november 2014, i hvilket tidsrum en million tons CO₂ blev injiceret i en dybde på 2 kilometer under jorden. Forskerne fokuserede på det første år af CO₂ injektion på projektet.

IBDP-injektionslaget er adskilt fra kælderstenen af ​​et sandstenslag, der ikke er særlig porøst eller permeabelt, hvilket får forskere til at undre sig over, hvordan CO₂ injektion kunne have nået kælderen for at udløse seismicitet.

Modellen skabt af Juanes og kolleger viser, at ændringer i klippeporetrykket fra injektionen gik langs forkastninger, der forbandt injektionslaget og kælderen.

"Under væskeinjektion stiger poretrykket ved injektionsbrønden og diffunderer væk fra brønden på grund af væskemigrering. Dette er analogt med, hvordan temperaturen 'diffuserer væk' fra varme områder til kolde områder," forklarede Juanes.

"Som et resultat af denne trykstigning vil den effektive belastning af en fejl falde, hvilket resulterer i destabilisering af fejlen."

Væskeinjektion kan også udvide sten, i en mekanisme kaldet poroelastisk stress. Den deformerende bjergart kan føre til spændingsændringer, der enten destabiliserer eller stabiliserer forkastninger. I IBDP-sagen stabiliserede den porelastiske effekt fejlene, fandt Juanes og kolleger.

Deres analyse tyder også på, at de fejl, der var vært for mikrojordskælvene, var meget tæt på at fejle før CO₂ indsprøjtning. At karakterisere disse små fejl – hvor de er, og hvor tæt de er på fejl – udgør en betydelig udfordring for kulstofbindingsprojekter, bemærkede Juanes.

"Den største udfordring er, at fjernmålingsmetoder for det meste er afhængige af udbredelse af seismiske bølger gennem overfladen," sagde Josimar Silva, førsteforfatter til undersøgelsen og postdoc ved MIT under projektet. "Seismiske bølger dæmpes hurtigt i afstande væk fra kilden og har derfor begrænset opløsning, når de når dybden af ​​interesse."

En måde at belyse mindre fejl på et kulstoflagringssted på kunne være at starte med injektion i lille skala, tilføjede han.

"CO₂ injektion hos Decatur er et godt eksempel. Den første injektionsperiode, den vi analyserede i avisen, førte til hundredvis af mikrojordskælv. Den anden injektionsperiode, som fandt sted på en lavere dybde og ikke så tæt på den fejlbehæftede kælder, resulterede i praktisk talt ingen seismicitet," sagde Juanes.

Injektionshastigheder i CO₂ projekter har været "meget, meget lavere" end spildevandsinjektionsraterne i 2000'erne og 2010'erne, sagde Juanes, hvilket kan forklare, hvorfor moderat størrelse induceret seismicitet ikke er blevet set ved kulstofbindingsprojekter.

"Men en anden forklaring er, at der generelt er foretaget bedre karakterisering af undergrunden for CO₂ sekvestrering før injektion end i de tidlige dage af geologisk spildevandsbortskaffelse, hvor det var almindeligt at sprøjte ind i eller meget tæt på den forkastede kældersten," tilføjede han.

Flere oplysninger: Josimar A. Silva et al., Mechanisms for Microseismicity Occurrence Due to CO2 Injection at Decatur, Illinois:A Coupled Multiphase Flow and Geomechanics Perspective, Bulletin of the Seismological Society of America (2024). DOI:10.1785/0120230160

Journaloplysninger: Bulletin fra Seismological Society of America

Leveret af Seismological Society of America