Seisminen tutkimus Otaniemen geotermisen voimalahankkeen stimulointivaiheen vaikutuksista Espoossa ja Helsingissä

Helsingin yliopiston Seismologian instituutin johtama tutkimusryhmä esittää artikkelissaan seismisiä havaintoja Espoon Otaniemessä sijaitsevan St1 Deep Heat Oy:n geotermisen voimalan stimuloinnista.

Geotermisen voimalan ympäristöön asennettiin vuoden 2018 aikana seisminen asemaverkko valvomaan hydraulisen stimulaation aiheuttamia maanjäristyksiä. Artikkeli on julkaistu Seismological Research Letters –lehdessä 5. helmikuuta 2020.

Map of seismic stations around the drill site in Otaniemi

Kartta seismisestä asemaverkosta Otaniemen Geotermisen voimalan ympäristössä. Punaiset, siniset ja mustat symbolit ovat erityyppisiä asemia. Kuusi pienempää lisäkarttaa (EV, PM, RS, TL, PK, ja SS) näyttävät seismisten monipiste-asemien kokoonpanon. Oikeanpuoleinen lisäkartta esittää suurimman, magnitudin 1.8, maanjäristyksen aiheuttaman tärinän alueellisen jakauman. Mustat pisteet ovat asukkaiden havaintoilmoituksia.  Munkkivuori ympäristöineen on korostettu valkoisella ellipsillä. Lähde: Hillers et al., 2020.

Kesä-heinäkuussa 2018 St1 Deep Heat Oy pumppasi kallioperään 6 kilometrin syvyyteen 18 000 kuutiometriä vettä avartaakseen kallioperän rakoja.  Tämä niin kutsuttu hydraulinen stimulointi aiheutti tuhansia pieniä maanjäristyksiä. Maanjäristysten aiheuttamat murtumat olivat suurimmillaan noin metrin pituisia. Hydraulinen stimulointi on välttämätön osa tehostetun geotermisen voimalan rakentamista, koska se tehostaa vedenkiertoa syvällä kallioperässä ja siten myös lämmön siirtymistä kallioperästä voimalan hyödynnettäväksi.  

Suurin osa stimuloinnin aiheuttamista maanjäristyksistä oli niin pieniä, että ihmiset eivät niitä havainneet. Seismisen havaintoaineiston analyysi antoi kuitenkin selityksen sille, miksi eritoten voimalasta koilliseen suuntautuvalla alueella (Munkkivuori ja sitä ympäröivät alueet) asuvat ihmiset raportoivat tärinästä sekä ukkosen tai räjähdyksen kaltaisesta äänestä stimulaation aikana.

Tämä havaintojen epätasainen jakauma voidaan selittää maanjäristyksen lähdemekanismin (eli järistyksessä liikahtaneen siirroksen asennon ja liikesuunnan) perusteella. Lähdemekanismi määritettiin suurimmille stimuloinnin aiheuttamille maanjäristyksille, ja niiden avulla tutkijat selvittivät miksi maanjäristyksen vaikutukset vaihtelevat geotermisen voimalan eri puolilla.

Tutkimuksessa oli käytössä seismistä aineistoa yli sadalta asemalta. Aineistoa saatiin käyttöön myös St1 Deep Heat Oy:n kairanreikiin asentamilta asemilta. Suuri seisminen aineisto mahdollisti kattavan indusoitujen (eli ihmisen toiminnan aiheuttamien) seismisten signaalien analyysin, jonka avulla voidaan optimoida seismisten havaintoverkkojen asentamista tulevissa geotermisissä voimalahankkeissa.

Tehostettua geotermistä voimalaa varten on porattava kaksi reikää, syöttö- ja tuotantoreikä. Tällä hetkellä St1 Deep Heat Oy poraa voimalan toista syvää kairanreikää Otaniemessä.  Tämän toisen pienimuotoisempi stimulointi on suunniteltu tapahtuvan keväällä 2020. Pieniä maanjäristyksiä voi esiintyä myös tulevan stimuloinnin yhteydessä, kuten myös myöhemmin voimalan toiminnan aikana. Geotermisen voimalan on valmistuttuaan tarkoitus toimia usean vuosikymmenen ajan.

Referenssi:

Hillers, G., T. A. T. Vuorinen, M. R. Uski, J. T. Kortström, P. B. Mäntyniemi, T. Tiira, P. E. Malin, and T. Saarno (2020). The 2018 Geothermal Reservoir Stimulation in Espoo/Helsinki, Southern Finland: Seismic Network Anatomy and Data Features, Seismol. Res. Lett., doi: 10.1785/0220190253. 
Lisätietoa: bit.ly/HILatHEL

Yhteystiedot:

GH
Gregor
Hillers
apulaisprofessori, toinen kausi
Geotieteiden ja maantieteen osasto
Tieteenala Geotieteet