Ondergrondse koolstofvastlegging - opslag van koolstof in rotsen diep onder de grond - biedt een gedeeltelijke oplossing voor het verwijderen van koolstof uit de atmosfeer. Gebruikt naast emissiereducties, geologische koolstofvastlegging kan de antropogene klimaatverandering helpen verminderen. Maar net als bij andere ondergrondse operaties, het brengt risico's met zich mee, waaronder aardbevingen.

Geofysici zijn nog steeds bezig om te begrijpen wat door de mens veroorzaakte aardbevingen kan veroorzaken, die sinds de jaren zestig zijn gedocumenteerd. nieuwe studie, gepubliceerd in Geologie op donderdag, onderzoekt waarom een ​​deel van een zwaar geproduceerd olieveld in de VS aardbevingen heeft, en een deel ervan niet. Voor de eerste keer, de auteurs tonen aan dat de invloed van veranderingen in olieboringen in het verleden de druk op fouten zodanig legt dat het injecteren van vloeistoffen minder snel leidt tot, of trigger, aardbevingen vandaag.

De studie richt zich op het Delaware Basin, een olie- en gasproducerend veld over de grens tussen West-Texas en New Mexico. Daar wordt al sinds de jaren zeventig geboord, met meer dan 10, 000 actieve individuele bronnen in de regio. Daar, Stanford-geofysici No'am Dvory en Mark Zoback merkten een interessant patroon op in seismische activiteit. Recente ondiepe aardbevingen vonden vooral plaats in de zuidelijke helft van het bekken, terwijl de noordelijke helft seismisch stil is, ondanks ondiepe afvalwaterinjectie over het bassin.

"De dwingende vraag, dan, is waarom alle ondiepe aardbevingen beperkt zijn tot één gebied en niet meer wijdverbreid?" zegt Zoback.

Aardbevingen kunnen worden veroorzaakt door vloeistoffen zoals afvalwater ondergronds te injecteren. Wanneer afvalwater in de rotsen wordt geïnjecteerd, de druk neemt toe, het plaatsen van de rotsen en eventuele fouten die aanwezig zijn onder hogere spanning. Als die druk en spanningen hoog genoeg worden, een aardbeving kan gebeuren.

Aardbevingen door injectie in het zuidelijke Delaware Basin hebben de neiging om ondiep en relatief klein te zijn, typisch sterk genoeg om de gerechten te laten rammelen, maar niet genoeg om schade te veroorzaken. Echter, als diepere fouten worden geactiveerd, aardbevingen met een grotere kracht kunnen optreden en schade veroorzaken. Bijvoorbeeld, in maart 2020, een aardbeving met een kracht van 4,6 op de schaal van Richter in Mentone, Texas, waarschijnlijk als gevolg van diepe injectie die in wisselwerking stond met fouten in het kristallijne keldergesteente ongeveer vijf mijl onder de grond.

"De grootte van een aardbeving wordt beperkt door de grootte van de fout die wegglijdt, "Dvory legt uit. Waar fouten ondiep en klein zijn (slechts een paar kilometer groot), aardbevingsmagnitudes zijn meestal klein. "Je voelt het nog, maar het is minder gevaarlijk."

Het minimaliseren van het risico op aardbevingen is een doel voor elke ondergrondse operatie, of het nu gaat om olie- en gasproductie of koolstofvastlegging. Dat maakte het Delaware Basin, met zijn vreemde patroon van aardbevingen, een geweldig doelwit voor Dvory en Zoback. Het was een natuurlijk experiment in geomechanica, het "waarom" achter geïnduceerde aardbevingen.

Om het patroon te ontcijferen, Dvory en Zoback hebben eerst de ondergrondse druk gemodelleerd die nodig is om breuken in het bassin te laten slippen en deze waarden te koppelen aan geschatte spanningswaarden. Toen ze die basislijn eenmaal hadden vastgesteld, ze berekenden de poriedrukken rond het Delaware Basin. Hun resultaten lieten een duidelijk patroon zien:geologische formaties in het noordelijke bekken waar eerder koolwaterstoffen waren geproduceerd, hadden een lagere poriedruk dan in "ongestoorde" rots, en er waren geen aardbevingen. Het zuidelijke bassin, die bijna geen eerdere productie had van dezelfde formaties, had hogere initiële druk en aardbevingen.

"In sommige gebieden hebben we bewijs van olie- en gasontwikkeling zelfs vanaf de jaren vijftig, " zegt Dvory. "Waar er een aanzienlijke koolwaterstofproductie was, druk was uitgeput, en de formaties werden in wezen stabieler."

Nutsvoorzieningen, wanneer vloeistoffen terug worden geïnjecteerd in die 'stabiele, ' eerder geboorde rotsen, de startdruk is lager dan de eerste keer dat ze werden geboord.

"Dus waar de olieproductie eerder plaatsvond, huidige injectie resulteert in een onbeduidend lagere druk, zodat het veel minder waarschijnlijk is dat aardbevingen worden veroorzaakt, Zoback legt uit. "Het is niet ondenkbaar dat op een gegeven moment, als je genoeg hebt geïnjecteerd, je zou waarschijnlijk een aardbeving kunnen veroorzaken. Maar hier in het gebied dat we bestuderen, we zijn in staat om te documenteren dat wat er eerder is gebeurd, een sterke invloed heeft op de manier waarop huidige operationele processen de kans op aardbevingen beïnvloeden."

Door zich te richten op deze locaties van vroegere olieproductie, met hun lagere aardbevingsrisico, zou een goede aanpak kunnen zijn voor koolstofvastlegging.

"We hebben een wereldwijde uitdaging om de komende tien tot twintig jaar enorme hoeveelheden koolstofdioxide in de ondergrond op te slaan, " Zegt Zoback. "We hebben plaatsen nodig om honderden jaren lang enorme hoeveelheden koolstofdioxide veilig op te slaan, wat uiteraard inhoudt dat drukverhogingen niet worden toegestaan ​​om aardbevingen te veroorzaken. Het belang van geowetenschap bij het aangaan van deze uitdaging kan niet worden overschat. Het is een enorm probleem, maar geowetenschap is de kritieke plek om te beginnen."