Laut einer neuen Studie, die in veröffentlicht wurde, gehören Forscher an einem Feldstandort in Victoria, Australien, zu den ersten, die faseroptische verteilte akustische Sensorik (DAS) zur hochpräzisen Verfolgung der induzierten Seismizität durch eine kleine Kohlendioxid-Injektion (CO2) einsetzen Seismologische Forschungsbriefe.
Das CO2CRC Otway-Projekt in Victoria ist ein Forschungsteststandort für die unterirdische Speicherung von Kohlendioxid, als eine mögliche Möglichkeit, die Auswirkungen klimaerwärmender Kohlenstoffemissionen zu reduzieren. Es besteht jedoch die Gefahr induzierter Erdbeben, wenn über mehrere Jahrzehnte hinweg durch mehrere Speicherprojekte Gigatonnen Kohlendioxid in dasselbe geologische Becken injiziert werden, und Wissenschaftler möchten besser verstehen, wie diese Seismizität ausgelöst wird und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt.
Zu den interessanten Details, die durch den neuen DAS-Einsatz in Otway aufgedeckt wurden, gehört Folgendes: Die winzigen Erdbeben, die zwei Injektionsphasen am Standort begleiteten, scheinen eher der Sättigungsfront der CO2-Fahne im Gestein zu folgen als der Druckfront der Injektion.
„Soweit wir wissen, bleibt das Otway-Projekt das einzige CO2-Speicherprojekt, bei dem die induzierte Seismizität zumindest mit der Bewegung der Sättigungsfront und nicht mit der Druckfront zusammenfiel“, sagte der Hauptautor der Studie, Stanislav Glubokovskikh vom Lawrence Berkeley National Laboratory.
„Wir haben uns auf die häufigen Schnappschüsse der Speicherformation verlassen, um die Entwicklung der CO2-Fahne mit der induzierten Seismizität in Verbindung zu bringen“, fügte er hinzu. „Man kann sich kaum ein anderes praktisches Überwachungssystem vorstellen als das vertikale seismische Multi-Bohrloch-DAS-Profiling, das eine solche zeitliche und räumliche Auflösung für eine kleine CO2-Fahne liefern könnte.“
Das seismische Überwachungssystem wurde von einer Gruppe von Geophysikern an der Curtin University in Perth, Australien, unter der Leitung von Roman Pevzner und Boris Gurevich entwickelt. Es basiert auf fünf tiefen Bohrlöchern, die mit empfindlichen Glasfaserkabeln ausgestattet sind, um eine 15.000 Tonnen schwere CO2-Injektion, Phase 3 genannt, am Standort Otway über 610 Tage zu überwachen. Sie entdeckten in diesem Zeitraum 17 winzige seismische Ereignisse mit einer maximalen Stärke von 0,1.
Eine frühere CO2-Injektion der „Stufe 2C“ gleicher Größe am Standort wurde damals mithilfe von unter der Oberfläche vergrabenen Geophonen überwacht, die mehrere mikroseismische Ereignisse registrierten.
Ein Schwerpunkt der Phase-3-Injektion lag darin, die mögliche kosteneffektive Langzeitüberwachung der geologischen Kohlenstoffspeicherung genauer zu untersuchen, sagte Glubokovskikh. „Um die Langzeitüberwachung zu ermöglichen, mussten wir die seismischen Sensoren dauerhaft im Bohrloch installieren. Andernfalls wäre der Einsatz und die Demobilisierung des Arrays für jede aktive seismische Untersuchung unerschwinglich kostspielig und würde zu viele Unterbrechungen für die Landbesitzer verursachen. DAS ist die optimale Technologie für solche Bedingungen.“
Die DAS-Beobachtungen enthüllten auch die seismogene Verwerfung unter der Oberfläche, die in früheren seismischen Bildern nicht erfasst wurde.
Glubokovskikh sagte, es sei immer noch unklar, welche genauen Mechanismen die kleinen Erdbeben an der Stätte auslösen, obwohl die interessante Beobachtung, dass die Seismizität mit der CO2-Sättigung zusammenfällt, einige Hinweise liefern könnte.
„Die geochemische Schwächung der Lagerstättenverwerfungen durch CO2 scheint eine plausible Erklärung zu sein, wenn man bedenkt, dass einige der Kernproben aus dem Injektionsintervall während CO2-Kernflutungsexperimenten zerfielen“, erklärte Glubokovskikh im Labor.
Aber die mineralogische Zusammensetzung des Verwerfungsmaßes sowie die Strömungs- und Porenflüssigkeitszusammensetzung an der Stelle seien noch unbekannt, was es schwierig mache, eine geochemische Schwächung zu bestätigen, bemerkte er.
Abgesehen von den seismischen Ereignissen, die innerhalb der CO2-Fahne der Stufe 2C ausgelöst wurden, ereignete sich eine zweite Gruppe von Ereignissen außerhalb von CO2-Anreicherungsgebieten. „Diese [second group] „Ereignisse traten nur während der Injektionsvorgänge auf, zeigten jedoch keinen klaren Zusammenhang mit dem Injektionsdruck oder der Bewegung der Sättigungsfahne“, sagte Glubokovskikh.
Das Otway-Projekt strebe eine Injektion der Stufe 4 an, die in der Nähe der beiden vorherigen CO2-Fahnen erfolgen werde, sagte er. „Wir werden daher wahrscheinlich eine weitere Reihe induzierter seismischer Ereignisse erhalten, die mehr Einblicke in den Auslösemechanismus liefern werden. Selbst wenn die neue Injektion keine nachweisbaren Ereignisse hervorrufen wird, kann diese Tatsache als ein weiterer Beweis für die strömungsbedingte Natur der Otway-Seismizität angesehen werden.“
Mehr Informationen:
Stanislav Glubokovskikh et al., Multiwell Fiber Optic Sensing enthüllt Auswirkungen des CO2-Flusses auf ausgelöste Seismizität, Seismologische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1785/0220230025