Feldmaßstabsüberwachung der zeitlichen Domäne der spektralen induzierten Polarisation geochemischer Veränderungen, die durch injiziertes CO2 in einem flachen Aquifer verursacht werden

ZUSAMMENFASSUNG Die Kontamination von trinkbarem Grundwasser durch leaky CO2 ist ein potenzielles Risiko der Kohlenstoffspeicherung. Mithilfe eines FeldeExperiments untersuchten wir, ob die Oberflächenüberwachung des Gleichstroms (DC) elektrischer Widerstand und induzierte Polarisation (IP) geochemische Veränderungen erkennen konnte, die durch CO2 in einem flachen Aquifer verursacht wurden. Zu diesem Zweck injizierten wir CO2 in Tiefen von 5 und 10 m und überwachten seine Migration mit 320 Elektroden in einem 126 × 25 m großen Oberflächennetz. Gemessene Widerstände und IP-Abklingkurven fanden ein deutliches Signal, das mit dem injizierten CO2 verbunden war und nach Ende der Injektion auf Werte vor der Injektion zurückging. Die vollständige 2D DC-IP-Inversion wurde verwendet, um die unterirdische Verteilung in Cole-Cole-Parametern und Veränderungen dieser Parameterfelder über die Zeit zu invertieren. Die Zeitraummessungen fanden Plumes mit verringerter Resistivität und erhöhter normierter Ladungsfähigkeit. Die beiden Plumes hatten unterschiedliche Formen, wobei die Resistivitätsanomalie größer war. Der Vergleich mit Messungen der elektrischen Leitfähigkeit und Aluminium (Al)-Konzentrationen deutete darauf hin, dass zwei geochemische Prozesse abgebildet wurden. Wir interpretierten die Veränderung der Resistivität als mit dem Anstieg frei beweglicher Ionen verbunden, der direkt durch die Auflösung von CO2 verursacht wurde, während die Veränderung der normierten Ladungsfähigkeit höchstwahrscheinlich mit anhaltender Versauerung verbunden war und am besten durch Al-Konzentrationen angezeigt wurde. Die Ergebnisse heben das Potenzial hervor, geochemische Veränderungen im Feldmaßstab mittels Oberflächen-DC-IP-Messungen zu überwachen. Besonders die unterschiedlichen Entwicklungen der DC-Resistivitäts- und normierten Ladungsfähigkeitsanomalien und die damit verbundenen geochemischen Prozesse unterstreichen den Mehrwert von IP für die Widerstandsmessung.