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实验室地震研究证明将二氧化碳泵入地下以防止气候变暖是合理的

导读 来自挪威地震台阵和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的 Skoltech 教授及其同事进行了一项实验,该实验重现了将温室气体二氧化碳注入地下进行...

来自挪威地震台阵和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的 Skoltech 教授及其同事进行了一项实验,该实验重现了将温室气体二氧化碳注入地下进行半永久储存,以防止全球气候变暖。他们发现,尽管有些担心,但如果以常用压力注入CO 2,这个过程不会引起地震。该研究发表在《科学报告》上。

碳储存是低碳经济的支柱之一,还有许多实际减少 CO 2排放的方法。结合CO 2的主要方式是在生物质中——例如,通过种植树木——以及在深层地下储层中,例如枯竭的油田。后一种方法被称为地质隔离,由于感知到的压力泵送气体可能引发地震,因此备受争议。

“我们的实验表明,只要我们做出正确的判断并限制气体泵送压力,就有可能将二氧化碳安全地沉入地下深处的岩石储层而不会引起破坏性地震,”研究合著者、Skoltech 教授谢尔盖·斯坦奇茨评论道。

这项研究依赖于斯伦贝谢的设备,Stanchits 在俄罗斯 Skoltech 正在进行的工作都涉及对巨大的立方体形岩石进行的实验,这些岩石被锯成两半(见图),以模拟地质断层的两侧相互滑动。立方体被压在所有六个面上,以模拟驱动板块构造的力。向岩石中注入化学惰性硅油以模拟现场注入CO 2引起的孔隙压力增加。

“我们通过对砂岩立方体的不同面施加不均匀的压力来开启我们的即兴板块构造,每面大约一米,”Stanchits 解释说。“‘盘子’开始慢慢地相互摩擦,我们可以听到它们发出微弱的噼啪声,非常灵敏的麦克风放置在立方体的四面八方。”

然而,这本身就构成了正常的地震活动。“这就是构造板块的方式,总是缓慢移动,”研究人员补充道。“除非它们卡住一段时间,否则它永远不会成为问题,应变会积聚,然后立即释放。断层的突然滑动就是地震。”

该团队想看看将流体泵入相对靠近断层的钻孔中是否会触发比微弱的噼啪声更多的东西——实验室中的真正地震!但它没有。“所以我们做了一些你不应该在现实生活中的封存项目中做的事情:我们有另一个洞,它一直延伸到断层,这就是我们现在在二氧化碳期间在地球预期的压力下注入流体的地方2封存,”Stanchits 回忆道。“不过,有点令人失望的是,岩石只是继续以同样不那么灾难性的速度滑行。”

因此,研究人员调整了实验神话终结者的风格。“我们认为,好吧,也许我们可以使用第一个孔,即距离断层 10 厘米处的那个孔,但将压力提高到导致岩石破裂的程度,”这位科学家说。“这是你绝对不想在碳储存项目中做的事情,但它有点类似于水力压裂。” 能源公司这样做是为了让石油或天然气从非常规储层中流出,但也有可能通过由此产生的裂缝进入地球温暖的深处,并产生可再生的地热能。

长话短说,该团队不得不从最初实验中正常大气压的 45 倍一路上升到高达 180 个大气压,然后砂岩开始屈服,导致直接进入断层的裂缝打开。“我们停止了注入,井筒内的压力下降,大约 10 分钟内一切都安静了下来。但我们很快了解到,这是流体在断层带重新分配的时间到了最后,在之前平稳的盘子运动中出现了相当明显的抖动。这绝对符合实验室地震的要求,”Stanchits 说,并补充说,如果在断层附近进行水力压裂,地震准备可能需要一天左右的时间。

总结一下这个相当令人兴奋的实验的发现,研究人员得出结论,通常是出于目的和正确选择的位置的压力下的碳固换地下,应该是安全的,并且不应将地震和气体渗入地下水或回到大气中。如果适当考虑当地地质情况,即使是水力压裂似乎也是安全的:与任何断层有足够的距离。该研究的作者认为,类似的实验室实验对于最大限度地减少任何此类地质干预的费用和固有风险至关重要。“这不是你想通过反复试验来做的事情,”Stanchits 总结道。