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 CO 2 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 CO 2 pochází 3 He/ 4 He = 1 Ra Atmosféra Západní Čechy: CO 2 obsahuje 4 He Kůra 10 km helium s vysokým poměrem 3 He/ 4 He 100 km (6x více než v atmosféře) Plášť 3 He CO 2 pochází ze zemského pláště (hloubky přes 30 km)! magmatický původ!
Výskyt plášťového helia Poměr 3 He/ 4 He až 6x vyšší než v atmosféře - Chebská pánev - Slavkovský les (více než 50% He je z pláště) 2-3 přívodní kanály CO 2 VRF (Bräuer el al., JGR 2014)
Možné výstupní cesty CO 2 kůra litosféra plášť astenosféra (Bräuer el al., JGR 2008)
CO 2 a ohniska zemětřesení Plyn: - prochází seismogenní hloubkou! - zúčastní se procesu porušení zlomu? (!) Donedávna nebylo přímé pozorování prokazující, že CO 2 vystupující na povrchu prochází aktivními zlomy
S max Tlaková voda ve zlomech kapalina pod tlakem snižuje sevření zlomu P S min snazší posun bloků proti sobě častější (a slabší) zemětřesení τ střižná trhlina P 0 σ n p
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy? - co říkají zemětřesení - 27# Migrace hypocenter zvláště, pokud převládá směrem nahoru hloubka západočeský roj 2008 svislý řez barva = čas x sever hloubka dny a 2 (t) Nahoru Dolů a 1 (t) => injektážní tlak 25 MPa
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy? - co říkají zemětřesení - 27# Aktivace zlomů s nevýhodnou orientací 31.5.2014 silné zemětřesení M L 4.4: zlomová plocha skoro kolmá k směru největšího napětí Pohyb na zlomu musel být usnadněn tlakem fluid?
Proč jsou západočeská zemětřesení hnána fluidy? - co říkají výrony CO 2 - 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
Průtok CO 2 ve vrtu Hartoušov CO 2 Flow, ltr/min 40 30 20 4 3 2 1 0 1 Magnitude Mainschock M L 3.5, 24-May-2014 10 0 Jan 10 Jan 11 Jan 12 Jan 13 Jan 14 2010 2011 2012 2013 2014 Dlouhodobý pokles průtoku CO 2 z 30 l/min v r. 2010 na 6 l/min na jaře 2014 Rychlá reakce průtoku CO 2 na zemětřesení M L 3.5 z 24 května 2014: zpoždení jen < 12 h (!) Postupný nárůst po dobu ~40 dní Nekompletní data
Hladina vody a průtok plynu ve vrtu Hartoušov průtok CO2 hladina vody h p m z P Hladina ukazuje stejný vzestup jako průtok CO 2 Měřená hladina závisí na samotné hladině vody množství bublin (průtoku plynu) => z hladiny lze odvodit koncentraci bublin!
Průtok CO2 (koncentrace bublin) a seismicita CO 2 concentration [%] 20 15 10 roj 2008 roj 2011 4 3 2 1 0 zemětřesení 2014 Magnitude 5 0 Jan 08 Jan 09 Jan 10 Jan 11 Jan 12 Jan 13 Jan 14 Jan 15 Identická CO 2 anomálie bezprostředně po začátku aktivity 2008 a 2014 Pracovní model: 1. Trhlina na zlomu porušila strop rezervoáru CO 2 => 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 10 km 1 km propustný zlom (kanál) svrchní kůra 9 km spodní kůra CO 2 pod tlakem
Hloubka log flow depth log průtoku Numerický model vypouštění rezervoáru max průtoku @ t=0.5 1 1.5 2 2.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 radek/tlaky_expz_detail/, log flow d = 0 d = 0.5 d = 0.55 1 2 3 4 5 6 7 8 9 time prasknutí stropu rezervoáru Čas 1 1.5 2 2.5 log(f) 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 CO 2 - Anomálie 2008 a 2014: CO2 pozorovaný na povrchu prochází přes zlomovou plochu aktivovanou zemětřesnými roji => CO 2 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?