Západočeské mofety a zemětřesení - co mají společného?
Tomáš Fischer 18. 9. 2015
Výstup CO2 • Uhličité minerálky – rozpuštěný CO2 • Mofety – ‘suchý’ CO2 • Celkem >500 m3/h
Průtok CO2 l/h
VRF
(Weinlich et al., 2006)
Výstup CO2 – mofety Hartoušov • Mapování koncentrace CO2 v půdním vzduchu na 3700 bodech • CO2 vystupuje nejen v mofetách, ale i v širším okolí => dosavadní odhady podceněny 20-100 tun CO2 denně v celém poli
VRF
(Nickschick et al., 2015)
Odkud CO2 pochází 3He/4He
= 1 Ra
Atmosféra Západní Čechy:
4He
Kůra
10 km 100 km
Plášť
3He
CO2 obsahuje helium s vysokým poměrem 3He/4He (6x více než v atmosféře)
CO2 pochází ze zemského pláště (hloubky přes 30 km) ! magmatický původ !
Výskyt plášťového helia Poměr 3He/4He až 6x vyšší než v atmosféře - Chebská pánev - Slavkovský les (více než 50% He je z pláště)
2-3 přívodní kanály CO2
VRF
(Bräuer el al., JGR 2014)
Možné výstupní cesty CO2
kůra litosféra plášť
astenosféra (Bräuer el al., JGR 2008)
CO2 a ohniska zemětřesení Plyn: - prochází seismogenní hloubkou ! - zúčastní se procesu porušení zlomu ?
(!) Donedávna nebylo přímé pozorování prokazující, že CO2 vystupující na povrchu prochází aktivními zlomy
Tlaková voda ve zlomech kapalina pod tlakem – snižuje sevření zlomu
Smax
P
snazší posun bloků proti sobě
Smin
častější (a slabší) zemětřesení τ střižná trhlina
P 0
σn− p
hloubka
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy ? - co říkají zemětřesení -
západočeský roj 2008 – svislý řez barva = čas
hloubka
Migrace hypocenter – zvláště, pokud převládá směrem nahoru
a2(t)
x
Nahoru Dolů a1(t)
sever
dny
=> injektážní tlak 25 MPa
27#
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy ? - co říkají zemětřesení Aktivace zlomů s nevýhodnou orientací 31.5.2014 – silné zemětřesení ML 4.4: zlomová plocha skoro kolmá k směru největšího napětí
Pohyb na zlomu musel být usnadněn – tlakem fluid?
27#
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy ? - co říkají výrony CO2 Různé chování fluid - změny kladné, záporné, nebo žádné - před, během, nebo po zemětřesení - Příklad: slabý roj 1994 – pozorování v Bad Brambachu - vzestup CO2 po 4 měsících - okamžitý vzestup metanu a helia
(Bräuer el al., JGR 2008)
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy ? - co říkají výrony CO2 mofety Hartoušov
Monitorování ve vrtu (30 m) • CO2 od 2009 • hladiny od 2007
CO2 Flow, ltr/min
4 3 2 1 0 −1
40 30 20 10 0 Jan−10
2010
Jan−11
2011
Jan−12
2012
Jan−13
2013
Jan−14
2014
• Dlouhodobý pokles průtoku CO2 z 30 l/min v r. 2010 na 6 l/min na jaře 2014 • Rychlá reakce průtoku CO2 na zemětřesení ML3.5 z 24 května 2014: zpoždení jen < 12 h (!) • Postupný nárůst po dobu ~40 dní • Nekompletní data
Magnitude
Průtok CO2 ve vrtu Hartoušov
Mainschock ML 3.5, 24-May-2014
Hladina vody a průtok plynu ve vrtu Hartoušov průtok CO2
hladina vody
h
pm
z P
Hladina ukazuje stejný vzestup jako průtok CO2 Měřená hladina závisí na • samotné hladině vody • množství bublin (průtoku plynu) => z hladiny lze odvodit koncentraci bublin !
20 15
4 3 2 1 0
roj 2008
Magnitude
CO2 concentration [%]
Průtok CO2 (koncentrace bublin) a seismicita
zemětřesení 2014
roj 2011
10 5 0 Jan−08
Jan−09
Jan−10
Jan−11
Jan−12
Jan−13
Jan−14
Jan−15
Identická CO2 anomálie bezprostředně po začátku aktivity 2008 a 2014 Pracovní model: 1. Trhlina na zlomu porušila strop rezervoáru CO2 => vypouštění 2. Postupné ucpávání zlomu => pokles průtoku
Numerický model vypouštění rezervoáru Je možné, aby zvýšení průtoku nastalo již 12 h po zemětřesení ? Předpoklad: zemětřesení porušilo těsnicí vrstvu nad tlakovým CO
1 km
propustný zlom (kanál)
10 km
svrchní kůra
9 km spodní kůra CO2 pod tlakem
Numerický model vypouštění rezervoáru flow loglogprůtoku
max průtoku @ t=0.5 radek/tlaky_expz_detail/, log flow
d=0 d = 0.5 d = 0.55
−1 −1.5 −2 −2.5
−1
0.1 0.2
Hloubka depth
0.3 −1.5
0.4 0.5 0.6
−2
0.7 0.8 0.9 1
1
2
3
prasknutí stropu rezervoáru
4
5
Čas time
6
7
8
9
−2.5 log(f) log
průtoku
Při reálné propustnosti hornin může nárůst tlaku - nastat již po 12h - trvat 2 měsíce
Proč si myslíme, že západočeská zemětřesení jsou hnána fluidy - co říkají výrony CO2 Anomálie 2008 a 2014: CO2 pozorovaný na povrchu prochází přes zlomovou plochu aktivovanou zemětřesnými roji => CO2 SE ÚČASTNÍ PROCESŮ VEDOUCÍCH KE VZNIKU PORUŠENÍ NA ZLOMU !
Mezinárodní projekt ICDP – síť mělkých vrtů
• S1 – S4: seismické vrty, 200-400 m • F1 – F3: fluidní vrty, 30, 100, 300 m Cíle • vyšší citlovost seismické detekce • monitorování CO2 v různých hloubkách • studium huboké biosféry
Fluida a zemětřesení Co mají společného ? - ‘poslové z hlubin’ - zemětřesení otevírají ucpané zlomy (trhlina) => migrace fluid podél zlomů - tlak fluid snižuje sevření zlomů => zemětřesení - fluida ucpávají otevřené zlomy (krystalizace) - poslední data: CO2 putuje (také) po zlomech, na nichž vznikají zemětřesení - nový vrtní projekt – nové odpovědi ?
