郭建強(qiáng)， 文冬光， 張森琦， 許天福， 李旭峰， 刁玉杰， 賈小豐

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心， 河北 保定　071051；

2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局， 北京　100037； 3. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春　130021)

中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程

郭建強(qiáng)1， 文冬光2， 張森琦1， 許天福3， 李旭峰1， 刁玉杰1， 賈小豐1

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心， 河北 保定071051；

2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局， 北京100037； 3. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春130021)

摘要：2010—2012年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)完成的“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程計(jì)劃項(xiàng)目”，全面建立了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)技術(shù)方法，評(píng)價(jià)了主要沉積盆地的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性，完成了全國(guó)1∶500萬(wàn)評(píng)價(jià)圖系和主要盆地評(píng)價(jià)圖集編制，圈定出一批二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)；構(gòu)建了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程選址、場(chǎng)地勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)方法；與神華集團(tuán)合作，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗成功實(shí)施了我國(guó)首個(gè)深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程，基本形成了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存基本理論和技術(shù)方法體系。

關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存； 潛力與適宜性評(píng)價(jià)； 圖集； 示范工程； 技術(shù)方法體系

投稿日期： 2015-02-02； 改回日期： 2015-02-25。
基金項(xiàng)目： 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查 “全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程”和“二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查與資源化利用示范”計(jì)劃項(xiàng)目資助。

全球氣候變化已嚴(yán)重威脅著人類(lèi)賴(lài)以生存的地球環(huán)境，減少二氧化碳排放予以應(yīng)對(duì)是世界各國(guó)保證可持續(xù)發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn)。2009年哥本哈根氣候變化峰會(huì)，我國(guó)提出到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，需要付出艱苦卓絕的努力。因此，開(kāi)展全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程，對(duì)于應(yīng)對(duì)全球氣候變化、履行國(guó)際承諾、樹(shù)立負(fù)責(zé)任大國(guó)的形象和提高國(guó)際談判地位具有重大意義。2014年11月12日的《中美氣候變化聯(lián)合聲明》提出“中國(guó)計(jì)劃2030年左右二氧化碳排放達(dá)到峰值且將努力早日達(dá)峰”的減排目標(biāo)，同時(shí)提出“推進(jìn)碳捕集、利用和儲(chǔ)存重大示范”，再次肯定了二氧化碳捕集與封存(CCS)技術(shù)的重要性。

二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的科學(xué)原理是利用二氧化碳具有的超臨界特點(diǎn)，即當(dāng)溫度高于31.1℃、壓力高于7.38 MPa時(shí)，二氧化碳進(jìn)入超臨界狀態(tài)，其體積也隨之急劇變小[1]。在該溫度和壓力條件下，超臨界的二氧化碳既可以像氣體一樣具有較好的可壓縮性，有助于注入的二氧化碳在儲(chǔ)層中擴(kuò)散運(yùn)移；又可以像液體一樣具有較大的密度(200～900 kg/m3)，有利于在相同的空間內(nèi)儲(chǔ)存更多的二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存，進(jìn)而達(dá)到減少二氧化碳向大氣環(huán)境排放以應(yīng)對(duì)全球氣候變化的目的。

為充分發(fā)揮地質(zhì)工作在應(yīng)對(duì)全球氣候變化方面的優(yōu)勢(shì)，2010年5月，國(guó)土資源部下發(fā)了《關(guān)于做好“應(yīng)對(duì)全球氣候變化地質(zhì)響應(yīng)與對(duì)策”有關(guān)工作的通知》(國(guó)土資廳發(fā)〔2010〕30號(hào))。根據(jù)通知要求，開(kāi)展我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查研究的主要目標(biāo)任務(wù)是，圈定我國(guó)具有二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力的區(qū)域，選擇典型地區(qū)開(kāi)展二氧化碳儲(chǔ)存示范工程，并初步形成二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存基本理論和技術(shù)方法體系，為我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存提供科學(xué)、技術(shù)與工程依據(jù)。為此，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2010年設(shè)立了“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程”計(jì)劃項(xiàng)目，組織中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、吉林大學(xué)等20余家專(zhuān)業(yè)調(diào)查隊(duì)伍與科研院所近300名專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員聯(lián)合攻關(guān)，取得了一系列成果。

1取得的主要成果

1.1　中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)工作劃分及框架體系

借鑒碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇(CSLF)等科研機(jī)構(gòu)[1-4]和學(xué)者[5-7]已開(kāi)展的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存研究成果，及我國(guó)地下水、礦產(chǎn)勘查經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)地質(zhì)條件，集成創(chuàng)新了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)技術(shù)方法體系。首次將我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)階段由低到高劃分為區(qū)域級(jí)(E)、盆地級(jí)(D)、目標(biāo)區(qū)級(jí)(C)、場(chǎng)地級(jí)(B)和灌注級(jí)(A)5個(gè)階段(圖1)，建立了不同階段相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法(表1)，為我國(guó)開(kāi)展二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程提供了技術(shù)支撐。

圖1　中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)階段金字塔示意圖Fig.1　Stage pyramid diagram of CO2geological storage potential assessment in China

表1　我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)地質(zhì)工作階段劃分及目的任務(wù)

1.2　中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)

在國(guó)內(nèi)缺乏可資借鑒的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)方法的研究現(xiàn)狀下，制定出切合我國(guó)地質(zhì)條件的潛力與適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)要求，并依此完成了全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)，編制出全國(guó)性系列成果圖和盆地級(jí)圖集。《中國(guó)主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)圖集》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“圖集”)是“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程”計(jì)劃項(xiàng)目的主要成果之一?！秷D集》以文圖并茂的形式展示中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)的最新評(píng)價(jià)結(jié)果，反映中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存基本地質(zhì)條件、潛力與適宜儲(chǔ)存的區(qū)域，如圖2所示。

圖2　松遼盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)圖Fig.2　Map of suitability evaluation of CO2geological storage in Songliao Basin1. 盆地邊界；2. 一級(jí)構(gòu)造單元界；3. 遠(yuǎn)景區(qū)邊界；4.目標(biāo)靶區(qū)；5.較適宜區(qū)；6.一般適宜區(qū)；7.較不適宜區(qū)

潛力評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在我國(guó)盆地級(jí)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力構(gòu)成中，按儲(chǔ)存介質(zhì)類(lèi)型劃分，深部咸水層的儲(chǔ)存潛力占95.6%；油氣藏及深部不可采煤層的潛力占4.4%，表明深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了油田、天然氣田和煤層氣田，是未來(lái)我國(guó)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；趸嫉刭|(zhì)儲(chǔ)存的主力。因此，我國(guó)若要以二氧化碳捕集與封存(CO2Captrue and Storage, CCS)技術(shù)為主來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題，僅僅依靠二氧化碳提高石油采收率技術(shù)(CO2-EOR)和二氧化碳提高煤層氣采收率技術(shù)(CO2-ECBM)等碳捕集、利用與封存(CO2Captrue, Utilization and Storage, CCUS)技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，但因油藏、天然氣藏和煤層氣藏勘探程度高，對(duì)于開(kāi)展CO2地質(zhì)儲(chǔ)存資源化利用工程相對(duì)有利，且具資源與環(huán)境雙贏效應(yīng)。評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)我國(guó)陸域13個(gè)與海域16個(gè)沉積盆地，儲(chǔ)存潛力大，儲(chǔ)蓋層條件相對(duì)較好，應(yīng)作為下一階段調(diào)查評(píng)價(jià)的重點(diǎn)區(qū)域。

適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果表明(圖3)，適宜—較適宜二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的盆地或一、二級(jí)構(gòu)造單元有92個(gè)(處)，總面積224.04×104km2，占全國(guó)評(píng)價(jià)盆地總面積的39%；一般適宜CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的盆地或一、二級(jí)構(gòu)造單元有185個(gè)(處)，總面積181.64×104km2，占全國(guó)評(píng)價(jià)盆地總面積的31.6%；較不適宜—不適宜二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的盆地或一、二級(jí)構(gòu)造單元有499個(gè)(處)，總面積168.34×104km2，占全國(guó)評(píng)價(jià)盆地總面積的29.3%。另有26.96×104km2的海域沉積盆地因勘探程度低，資料匱乏，作為待評(píng)價(jià)區(qū)域有待今后調(diào)查評(píng)價(jià)。通過(guò)地質(zhì)安全性、儲(chǔ)存規(guī)模、社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)適宜性等條件的綜合比選，圈定出341處二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)。這些目標(biāo)靶區(qū)分布在69個(gè)盆地之中，總面積約51×104km2，為我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存選址和相關(guān)規(guī)劃的制定奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖3　中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性綜合評(píng)價(jià)圖Fig.3　Map of potential and suitability evaluation of CO2geological storage in China

1.3　鄂爾多斯深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程

與神華集團(tuán)合作[8]，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗實(shí)施了我國(guó)首個(gè)煤基全流程深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程(圖4)，突破了鉆探、灌注、采樣、監(jiān)測(cè)等技術(shù)難題，建立并掌握了一整套基于實(shí)踐、具有自主技術(shù)的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程技術(shù)體系，可用于指導(dǎo)我國(guó)深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程。

圖4　鄂爾多斯二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程儲(chǔ)存場(chǎng)地實(shí)景照片F(xiàn)ig.4　CO2geological storage demonstration project in　Ordos Basin

同時(shí)，成功組織實(shí)施了示范工程中神監(jiān)2井鉆探工程，突破了示范工程場(chǎng)地31～75 m的3眼灌注井與監(jiān)測(cè)井小井間距，2 500 m大井深的井斜控制等鉆、完井關(guān)鍵技術(shù)。制定了切實(shí)可行的二氧化碳灌注試驗(yàn)和工程性灌注方案。通過(guò)示范工程設(shè)計(jì)、施工、注入、監(jiān)測(cè)和成果解釋等技術(shù)方法的不斷研究與實(shí)踐，提高了對(duì)鄂爾多斯深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程儲(chǔ)層性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)在類(lèi)似地質(zhì)條件下實(shí)施儲(chǔ)存工程奠定了良好的基礎(chǔ)。

截至2014年12月31日，示范工程已成功灌注二氧化碳27萬(wàn)余噸，工程運(yùn)行正常，未發(fā)現(xiàn)二氧化碳泄漏及對(duì)周邊環(huán)境的影響。示范工程及相應(yīng)的科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)，為我國(guó)開(kāi)展規(guī)?；趸嫉刭|(zhì)儲(chǔ)存工程奠定了基礎(chǔ)。2013年8月16日—8月23日第二期時(shí)移VSP監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)累計(jì)二氧化碳灌注量達(dá)到13萬(wàn)噸時(shí)，二氧化碳羽狀體集中在中神監(jiān)注1井350 m范圍內(nèi)，且劉家溝組儲(chǔ)層內(nèi)含氣量最多；石千峰組含氣量次之；石盒子組和馬家溝組含氣量較少。監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)未顯示二氧化碳泄漏，表明目前二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存是安全的。

1.4　深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存機(jī)理與數(shù)值模擬系統(tǒng)研發(fā)

(1)揭示出二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存礦物固碳機(jī)理與主要固碳礦物類(lèi)型。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、測(cè)試分析表明，當(dāng)二氧化碳注入到深部咸水層/砂巖后，部分二氧化碳將溶于水形成H2CO3，H2CO3解離出CO32-，CO32-與Ca2+、Mg2+和Fe2+結(jié)合形成方解石、白云石和菱鐵礦，與Al3+、Na+結(jié)合形成片鈉鋁石。所形成的方解石、鐵白云石、菱鐵礦和片鈉鋁石等碳酸鹽礦物即為固碳礦物，其固碳(C)量由高到低依次為：菱鐵礦(147 kg/m3)>方解石(119 kg/m3)>鐵白云石(113 kg/m3)>片鈉鋁石(75 kg/m3)。

(2)明確了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存有利于礦物固碳的巖石地球化學(xué)和環(huán)境特征。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，礦物固碳形成碳酸鹽礦物的發(fā)生程度與地層水溶液中的Na+、Al3+、Ca2+、Mg2+和Fe2+離子含量關(guān)系密切，這些離子的含量越高，越有利于礦物固碳作用。對(duì)礦物固碳而言，富含長(zhǎng)石的砂巖最為有利。

(3)肯定了蓋層自封閉作用機(jī)理。以二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程區(qū)石千峰組為例，蓋層短時(shí)間內(nèi)由于受奧長(zhǎng)石的溶解和高嶺石的沉淀共同作用，孔隙度將小幅度增加，以溶蝕為主；隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，方解石的沉淀占主導(dǎo)作用，蓋層的孔隙度將持續(xù)減小，自封閉作用發(fā)生。

(4)明確了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存各儲(chǔ)層的微生物種類(lèi)及其對(duì)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的影響。微生物對(duì)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存水巖作用中礦物的溶蝕和沉淀作用影響較大，土著微生物有加速固定二氧化碳的作用，固碳效果隨著生物量的增大而變得顯著，從而提高了礦物捕獲的速率。同時(shí)，細(xì)菌作用促進(jìn)了含鈣碳酸鹽的形成，真菌使固碳離子的溶出量增大，放線(xiàn)菌促進(jìn)了含鐵碳酸鹽的形成；細(xì)菌對(duì)碳酸鹽礦物的形成作用較真菌、放線(xiàn)菌的大。

(5)研發(fā)出的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)具有國(guó)際先進(jìn)水平，豐富了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)建模、儲(chǔ)層性能改造預(yù)測(cè)與二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存數(shù)值模擬等技術(shù)選擇。CO2-GSM模擬系統(tǒng)由流場(chǎng)-溫度場(chǎng)-化學(xué)場(chǎng)并行計(jì)算軟件(THC-MP)、流場(chǎng)-溫度場(chǎng)-化學(xué)場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)四場(chǎng)耦合軟件(CO2-THCM)和人機(jī)交互界面軟件(VISUAL-THC)三大軟件構(gòu)成，均經(jīng)過(guò)算例驗(yàn)證，并應(yīng)用于示范工程二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬，表現(xiàn)出能夠客觀地模擬多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，且功能強(qiáng)大、界面友好、易于普及和推廣等優(yōu)勢(shì)，整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1.5　二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法與監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)

(1)基于二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與示范研究，有效地整合項(xiàng)目承擔(dān)單位現(xiàn)有技術(shù)方法優(yōu)勢(shì)，全面構(gòu)建了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)高效的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存遙感監(jiān)測(cè)、地球物理監(jiān)測(cè)、鉆孔深井原位監(jiān)測(cè)等“大氣—地表—地下”立體監(jiān)測(cè)技術(shù)方法體系(圖5)，為二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程安全性、環(huán)境影響與環(huán)境監(jiān)管奠定了基礎(chǔ)。

圖5　示范工程監(jiān)測(cè)體系構(gòu)成示意圖Fig.5　The monitoring system in CO2geological storage demonstration project

(2)研制出的pH值深層原位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)pH值深層原位監(jiān)測(cè)技術(shù)空白，能夠滿(mǎn)足位于1 500 m以下的二氧化碳儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)的要求，見(jiàn)圖6。研制出的2套pH值深層原位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備耐壓、超低功耗、高精度溫度補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)，并通過(guò)了嚴(yán)格的環(huán)境適應(yīng)性和性能測(cè)試，取得相應(yīng)鑒定證書(shū)，授權(quán)專(zhuān)利一項(xiàng)，編制的控制管理平臺(tái)軟件，獲得了軟件著作權(quán)受理。

圖6　pH值深層原位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)物與安裝示意圖Fig.6　Deep in-situ pH automatic monitoring system

(3)成功研制出深部井下狹窄空間原位流體U型管取樣器，為深部狹小空間取樣積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)具開(kāi)創(chuàng)性成果。該取樣設(shè)備通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試和野外性能測(cè)試(圖7)，表明運(yùn)行參數(shù)、采樣效率等性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，并取得了較好的應(yīng)用效果，在深部狹小空間取樣技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，且已通過(guò)了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專(zhuān)利授理。

(4)與長(zhǎng)安大學(xué)共建了國(guó)內(nèi)首個(gè)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響問(wèn)題研究的原位試驗(yàn)場(chǎng)(圖8)，綜合考慮二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存特征，人為模擬二氧化碳泄漏場(chǎng)景，監(jiān)測(cè)土壤、植被以及微生物等的生長(zhǎng)發(fā)育狀況與二氧化碳濃度的相關(guān)性，建立了二氧化碳泄漏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。申請(qǐng)了包氣帶負(fù)壓傳感器等實(shí)用新型專(zhuān)利5項(xiàng)。以原位試驗(yàn)場(chǎng)為基地，通過(guò)栽種指示性作物、搭建監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、生化分析等手段，對(duì)超常濃度二氧化碳泄漏條件下植物、土壤及土壤微生物、土壤動(dòng)物等的響應(yīng)機(jī)制有了初步的認(rèn)知。通過(guò)多光譜遙感技術(shù)和高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用驗(yàn)證，重點(diǎn)以高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)建立了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)方法，總結(jié)了該方法的工作流程，獲得了該方法能夠標(biāo)志二氧化碳泄漏的直接或間接遙感影像光譜特征，初步甄別出了對(duì)遙感監(jiān)測(cè)具有較好指示性作用的植物，對(duì)今后動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作具指導(dǎo)意義。

(5)將二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存泄漏通道分為人為泄漏通道、地質(zhì)構(gòu)造泄漏通道以及跨越蓋層和水力圈閉泄漏通道3類(lèi)，構(gòu)建出綜合二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存工程場(chǎng)地、灌注工程、地質(zhì)環(huán)境擾動(dòng)、環(huán)境容量、生態(tài)影響和人群環(huán)境感應(yīng)五大指標(biāo)層的環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；探索性地提出了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，認(rèn)為二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是二氧化碳泄漏造成的對(duì)人身安全與環(huán)境的影響和損害程度，而安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)在于二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存可能發(fā)生的泄漏、地面變形和誘發(fā)地震三類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)事件的評(píng)價(jià)。

圖7　深井U型管采樣試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及安裝示意圖Fig.7　U tube sampling test in deep wellbore

1.6　集成創(chuàng)新了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)方法體系

集成創(chuàng)新了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存從場(chǎng)地選址調(diào)查評(píng)價(jià)、鉆探與灌注工程、監(jiān)測(cè)到環(huán)境影響與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的完整技術(shù)方法體系，在河套盆地、重慶合川地區(qū)和鄂爾多斯盆地等典型地區(qū)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存選址和灌注工程實(shí)踐中得到證明，具有重要的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

1.7　搭建了全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地理信息系統(tǒng)管理平臺(tái)

圖8　二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響問(wèn)題原位試驗(yàn)場(chǎng)及二氧化碳監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)塔Fig.8　In-situ testing site of environmental impacts of CO2geological storage and monitoring tower

建立了功能齊全的全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地理信息系統(tǒng)，搭建了調(diào)查、研究與工程開(kāi)發(fā)的管理平臺(tái)。在構(gòu)建區(qū)域級(jí)→盆地級(jí)→場(chǎng)地級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合全國(guó)陸域及淺海沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)、示范工程建設(shè)，組織實(shí)施并完善了區(qū)域級(jí)→盆地級(jí)→場(chǎng)地級(jí)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，初步實(shí)現(xiàn)了成果的數(shù)字化與系統(tǒng)化；充分利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和地理信息空間分析技術(shù)，建立了集數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、適宜性評(píng)價(jià)、自動(dòng)或手動(dòng)編圖、成果展示于一體的地理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)管理和靈活應(yīng)用。

2主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)集成創(chuàng)新了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)方法體系，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。

(2)首次全面完成了全國(guó)區(qū)域級(jí)和盆地級(jí)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)，表明我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力可觀。

(3)首次編制出了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)成果圖系和主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)成果圖集，全面反映了中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存基本地質(zhì)條件。

(4)與企業(yè)合作建成了我國(guó)首個(gè)深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程，實(shí)踐了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存全流程工程技術(shù)。

(5)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存機(jī)理研究取得諸多突破，基本明確了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的機(jī)理。

(6)研發(fā)了具有國(guó)際先進(jìn)水平的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)，完全滿(mǎn)足二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)建模、儲(chǔ)層性能改造預(yù)測(cè)與二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存數(shù)值模擬等技術(shù)需求。

(7)搭建了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、完成了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響問(wèn)題原位試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)，為下一步基礎(chǔ)理論和環(huán)境影響問(wèn)題研究奠定了基礎(chǔ)。

(8)成功研發(fā)出深層pH值原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和U型管深層取樣系統(tǒng)，為二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存環(huán)境影響監(jiān)測(cè)提供了關(guān)鍵技術(shù)裝備。

(9)構(gòu)建了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存“大氣—地表—地下”立體監(jiān)測(cè)技術(shù)方法體系；探索性地提出了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存蓋層力學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境影響與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法。

(10)搭建了功能齊全的全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地理信息系統(tǒng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)管理和靈活應(yīng)用。

3經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及應(yīng)用情況

3.1　經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目取得的全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)成果、技術(shù)方法體系、儀器設(shè)備與數(shù)值模擬軟件等一系列成果，主要針對(duì)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存開(kāi)展，潛在的經(jīng)濟(jì)效益巨大。項(xiàng)目取得的開(kāi)創(chuàng)性成果為我國(guó)開(kāi)展規(guī)?；趸嫉刭|(zhì)儲(chǔ)存工程奠定了有力的技術(shù)儲(chǔ)備。項(xiàng)目部分成果直接服務(wù)我國(guó)首個(gè)，也是世界最大規(guī)模的神華集團(tuán)煤基全流程深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程，在儲(chǔ)存選址、示范工程監(jiān)測(cè)等方面直接帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益。隨著二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)在二氧化碳提高石油、煤層氣、天然氣等資源采收率、核廢料處置等方面的應(yīng)用推廣，將為我國(guó)深部地下資源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2　社會(huì)效益

本項(xiàng)目首次全面完成了全國(guó)區(qū)域級(jí)和盆地級(jí)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)所取得的成果，為我國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化國(guó)際談判、制定相關(guān)規(guī)劃等方面提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)和依據(jù)，也為我國(guó)規(guī)?；趸嫉刭|(zhì)儲(chǔ)存選址工作奠定了基礎(chǔ)。項(xiàng)目建立的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)方法體系，在為儲(chǔ)存工程建設(shè)企業(yè)帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也建立了一支穩(wěn)定的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存研究團(tuán)隊(duì)，形成了一批該研究領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，縮短了我國(guó)在二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存研究領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，提升了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)研究水平。項(xiàng)目產(chǎn)生的儀器、軟件等成果，能夠快速應(yīng)用到二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程實(shí)踐中，從而產(chǎn)生顯著的社會(huì)效益。

3.3　應(yīng)用情況

項(xiàng)目形成的本行業(yè)具有指導(dǎo)性的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存場(chǎng)地勘查、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬等方面的技術(shù)方法體系，以及研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)均進(jìn)行了示范應(yīng)用，促進(jìn)了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)在本行業(yè)內(nèi)的發(fā)展。

首次系統(tǒng)編制了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)成果圖系和主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)成果圖集，既可為我國(guó)氣候談判會(huì)議爭(zhēng)取國(guó)家利益提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，亦可廣泛應(yīng)用于二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查、研究和工程實(shí)踐。部分項(xiàng)目成果已被中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司、天大資源(中國(guó))有限公司、中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司、青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院、安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站、廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院等企業(yè)、科研院所用于浙江東部、內(nèi)蒙古蘇里格/準(zhǔn)格爾地區(qū)、青海、重慶、安徽、廣西等地區(qū)的電廠二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存選址、政府利用二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)減緩氣候變化規(guī)劃等實(shí)際工作中。

項(xiàng)目編著出版了《中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)與示范工程》、《中國(guó)主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)圖集》、《中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)基礎(chǔ)及場(chǎng)地地質(zhì)評(píng)價(jià)》、《西寧盆地地?zé)岬刭|(zhì)》、《國(guó)外二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存現(xiàn)狀與進(jìn)展》、《中國(guó)二氧化碳地質(zhì)封存選址指南研究》、《中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程》等著作。部分專(zhuān)著正式出版后，被中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)、中國(guó)石油大學(xué)(北京)、西安石油大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、北京大學(xué)工學(xué)院等高校指定為地球探測(cè)與信息技術(shù)、提高采收率、地下水科學(xué)與工程、水文環(huán)境地質(zhì)、環(huán)境科學(xué)、能源動(dòng)力與資源工程等專(zhuān)業(yè)研究生的參考教材。這些專(zhuān)著得到二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查、研究和工程實(shí)踐領(lǐng)域科研人員應(yīng)用的同時(shí)，也不斷向石油、煤層氣、干熱巖、頁(yè)巖氣等地下資源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域推廣。

4結(jié)論與展望

通過(guò)全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)，基本掌握了我國(guó)可儲(chǔ)存的區(qū)域和儲(chǔ)存潛力；與神華集團(tuán)合作，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗成功實(shí)施了我國(guó)首個(gè)深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程，突破了鉆探、灌注、采樣、監(jiān)測(cè)等技術(shù)難題，實(shí)踐了二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的一整套工程技術(shù)，表明我國(guó)具有自主技術(shù)實(shí)現(xiàn)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的能力；在潛力與適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法、二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選與工程選址、場(chǎng)地勘查與評(píng)價(jià)、灌注井與監(jiān)測(cè)井建造、二氧化碳灌注試驗(yàn)與工程性灌注、示范工程場(chǎng)地與原位試驗(yàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與儀器設(shè)備研發(fā)、儲(chǔ)蓋層巖石學(xué)和地球化學(xué)行為研究、儲(chǔ)存過(guò)程中的物理、化學(xué)與微生物作用等二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存機(jī)理研究、天然二氧化碳?xì)馓镱?lèi)比研究、二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)研發(fā)、環(huán)境影響與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等理論與評(píng)價(jià)方法研究等方面取得了重要成果，基本形成了我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)方法體系。

在減排溫室氣體呼聲日益高漲的國(guó)際大形勢(shì)下，二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存作為一項(xiàng)能夠凈減少化石能源利用向大氣環(huán)境排放二氧化碳的工程技術(shù)措施，是我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略選擇之一。然而CCUS技術(shù)在我國(guó)乃至全球范圍內(nèi)仍處于發(fā)展的初期階段，為了使我國(guó)充分掌握和儲(chǔ)備CCUS技術(shù)，建議：①進(jìn)一步加強(qiáng)深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存調(diào)查評(píng)價(jià)和相關(guān)研究工作；②不斷支持二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存與資源利用基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實(shí)踐；③繼續(xù)支持環(huán)境影響與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)理論與技術(shù)方法發(fā)展；④鼓勵(lì)我國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存理論與技術(shù)方法創(chuàng)新。

致謝：感謝國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與專(zhuān)家對(duì)“全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程”項(xiàng)目的大力支持；感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院以及其他參與本項(xiàng)目的研究人員做出的努力和貢獻(xiàn)。

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Potential Evaluation and Demonstration Project of CO2Geological Storage in China

GUO Jian-qiang1, WEN Dong-guang2, ZHANG Sen-qi1, XU Tian-fu3, LI Xu-feng1,

DIAO Yu-jie1, JIA Xiao-feng1

(1.CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeologySurvey,ChinaGeologicalSurvey,Baoding,Hebei071051,China;

2.ChinaGeologySurvey,Beijing100037,China; 3.CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,

Changchun,Jilin130026,China)

Abstract:From 2010 to 2012, Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey, China Geological Survey launched a project “CO2geological storage potential and suitability evaluation and demonstration project in China”. In this project, basing on the geological condition in China, we have established evaluation index system and technical methods of CO2geological storage potential and suitability. The CO2geological storage potential and suitability of main basins have been evaluated;series of 1∶5 000 000 regional maps and atlas of main sedimentary basin in China have been compiled; potential targets area for CO2storage have been delineated; techniques and methods of site selection, exploration and evaluation on CO2geological storage in deep saline aquifers have been established.Furthermore, cooperating with Shenhua Group, we have successfully launched the first coal-based CO2geological storage demonstration project in deep saline aquifers in Ejin Horo County of Ordos City within Inner Mongolia Autonomous Region.On these bases, the preliminary basic theories, techniques and methods of CO2geological storage potential and suitability evaluation in China have been established.

Key words:CO2geological storage; potential and suitability evaluation; atlas; demonstration project; technique and method system

通信作者：刁玉杰(1983—)，男，工程師，主要從事CO2地質(zhì)儲(chǔ)存領(lǐng)域方面的研究。Email：diaoyujie1983@163.com。

作者簡(jiǎn)介：郭建強(qiáng)(1964—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方向的研究。Email：gjq@vip.163.com。

中圖分類(lèi)號(hào)：TE822

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8706(2015)04-0036-11