Park, Donghee;Cho, Sung-il;Lee, Yong Hee;Choi, Weon Hack;Lee, Dong Hun;Kim, Hak-sung
Economic and Environmental Geology
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v.51
no.2
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pp.185-201
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2018
Nuclear power plants(NPP) are constructed and operated to ensure safety against natural disasters and man-made disasters in all processes including site selection, site survey, design, construction, and operation. This paper will introduce a series of efforts conducted in Korea Hydro and Nuclear Power Co. Ltd., to assure the safety of nuclear power plant against earthquakes and other natural hazards. In particular, the present status of the earthquake, fault, and slope safety monitoring system for nuclear power plants is introduced. A earthquake observatory network for the NPP sites has been built up for nuclear safety and providing adequate seismic design standards for NPP sites by monitoring seismicity in and around NPPs since 1999. The Eupcheon Fault Monitoring System, composed of a strainmeter, seismometer, creepmeter, Global Positioning System, and groundwater meter, was installed to assess the safety of the Wolsung Nuclear Power Plant against earthquakes by monitoring the short- and long-term behavioral characteristics of the Eupcheon fault. Through the analysis of measured data, it was verified that the Eupcheon fault is a relatively stable fault that is not affected by earthquakes occurring around the southeastern part of the Korean peninsula. In addition, it was confirmed that the fault monitoring system could be very useful for seismic safety analysis and earthquake prediction study on the fault. K-SLOPE System for systematic slope monitoring was successfully developed for monitoring of the slope at nuclear power plants. Several kinds of monitoring devices including an inclinometer, tiltmeter, tension-wire, and precipitation gauge were installed on the NPP slope. A macro deformation analysis using terrestrial LiDAR (Light Detection And Ranging) was performed for overall slope deformation evaluation.
During the selection and characterization of target formations in the Small-scale Offshore $CO_2$ Storage Demonstration Project in the Pohang Basin, we have carefully investigated the possibility of induced earthquakes and leakage of $CO_2$ during the injection, and have designed the storage processes to minimize these effects. However, people in Pohang city have a great concern on $CO_2$-injection-intrigued seismicity, since they have greatly suffered from the 5.4 magnitude earthquake on Nov. 15, 2017. The research team of the project performed an extensive self-investigation on the safety issues, especially on the possible $CO_2$ leakage from the target formation and induced earthquakes. The target formation is 10 km apart from the epicenter of the Pohang earthquake and the depth is also quite shallow, only 750 to 800 m from the sea bottom. The project performed a pilot injection in the target formation from Jan. 12 to Mar. 12, 2017, which implies that there are no direct correlation of the Pohang earthquake on Nov. 15, 2017. In addition, the $CO_2$ injection of the storage project does not fracture rock formations, instead, the supercritical $CO_2$ fluid replaces formation water in the pore space gradually. The self-investigation results show that there is almost no chance for the injection to induce significant earthquakes unless injection lasts for a very long time to build a very high pore pressure, which can be easily monitored. The amount of injected $CO_2$ in the project was around 100 metric-tonne that is irrelevant to the Pohang earthquake. The investigation result on long-term safety also shows that the induced earthquakes or the reactivation of existing faults can be prevented successfully when the injection pressure is controlled not to demage cap-rock formation nor exceed Coulomb stresses of existing faults. The project has been performing extensive studies on critical stress for fracturing neighboring formations, reactivation stress of existing faults, well-completion processes to minimize possible leakage, transport/leakage monitoring of injected $CO_2$, and operation procedures for ensuring the storage safety. These extensive studies showed that there will be little chance in $CO_2$ leakage that affects human life. In conclusion, the Small-scale Offshore $CO_2$ Storage Demonstration Project in the Pohang Basin would not cause any induced earthquakes nor signifiant $CO_2$ leakage that people can sense. The research team will give every effort to secure the safety of the storage site.
Korean Peninsula, located on the southeastern part of Eurasian plate, belongs to the intraplate region. The characteristics of intraplate earthquake show the low and rare seismicity and the sparse and irregular distribution of epicenters comparing to interplate earthquake. To evaluate the exact seismic activity in intraplate region, long-term seismic data including historical earthquake data should be archived. Fortunately the long-term historical earthquake records about 2,000 years are available in Korea Peninsula. By the analysis of this historical and instrumental earthquake data, seismic activity was very high in 16-18 centuries and is more active at the Yellow sea area than East sea area. Comparing to the high seismic activity of the north-eastern China in 16-18 centuries, it is inferred that seismic activity in two regions shows close relationship. Also general trend of epicenter distribution shows the SE-NW direction. In Korea Peninsula, the first seismic station was installed at Incheon in 1905 and 5 additional seismic stations were installed till 1943. There was no seismic station from 1945 to 1962, but a World Wide Standardized Seismograph was installed at Seoul in 1963. In 1990, Korean Meteorological Adminstration(KMA) had established centralized modem seismic network in real-time, consisted of 12 stations. After that time, many institutes tried to expand their own seismic networks in Korea Peninsula. Now KMA operates 35 velocity-type seismic stations and 75 accelerometers and Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources operates 32 and 16 stations, respectively. Korea Institute of Nuclear Safety and Korea Electric Power Research Institute operate 4 and 13 stations, consisted of velocity-type and accelerometer. In and around the Korean Peninsula, 27 intraplate earthquake mechanisms since 1936 were analyzed to understand the regional stress orientation and tectonics. These earthquakes are largest ones in this century and may represent the characteristics of earthquake in this region. Focal mechanism of these earthquakes show predominant strike-slip faulting with small amount of thrust components. The average P-axis is almost horizontal ENE-WSW. In north-eastern China, strike-slip faulting is dominant and nearly horizontal average P-axis in ENE-WSW is very similar with the Korean Peninsula. On the other hand, in the eastern part of East Sea, thrust faulting is dominant and average P-axis is horizontal with ESE-WNW. This indicate that not only the subducting Pacific Plate in east but also the indenting Indian Plate controls earthquake mechanism in the far east of the Eurasian Plate. Crustal velocity model is very important to determine the hypocenters of the local earthquakes. But the crust model in and around Korean Peninsula is not clear till now, because the sufficient seismic data could not accumulated. To solve this problem, reflection and refraction seismic survey and seismic wave analysis method were simultaneously applied to two long cross-section traversing the southern Korean Peninsula since 2002. This survey should be continuously conducted.
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