温室性气体地质处置研究进展及其问题

温室性气体地质处置的机理有3个:①将深部含水地层作为容器封闭CO2;②含水(油)介质,即岩石矿物与CO2发生化学反应而消耗掉CO2,使CO2长期安全保存于地下介质中;③在低渗透含水层中,CO2的运移与滞留时间较长,属于水力学控制CO2的机制.尽管CO2的地质处置存在费用和安全稳定性问题,但国际上已开展的研究表明,地质处置温室性气体是人类积极解决全球环境问题极具前景的方法之一.     

盐岩CO2处置相关研究进展

现代工业生产排放了大量的CO2,为了缓解CO2造成的温室效应,对CO2进行捕获并进行地下处置是减少CO2排放量的一个有效可行的措施。在各种地下处置方法和介质中,利用盐岩溶腔进行CO2地下处置具有单个溶腔处置量大、注入速度快等优点。简要介绍了盐岩CO2地下处置存在的主要岩石力学问题,即溶腔内存在长期增压的过程。综述了影响溶腔内压的主要因素及其相互耦合作用的研究进展。这些因素包括：盐岩的蠕变性、CO2的高压缩性、盐岩在高应力下的渗透性、CO2沿管鞋的渗漏等。由于我国CO2排放的持续增加,结合我国层状盐岩的地质条件和力学特性,对各种因素的耦合作用的理论研究是今后的一个重要研究方向。     

高放废物深地质处置：回顾与展望

文章对我国高放废物地质处置研究的历史进行了回顾,并对未来发展进行了展望。我国的高放废物深地质处置研究开发从1985年开始,迄今为止可初步分为3个阶段：①起步和跟踪研究阶段（1985～1998）;②逐步发展阶段（1999～2005）;③政府规划指导阶段（2006至今）。20多年来,我国在国家法律法规、战略规划、选址、工程屏障、核素迁移研究等方面取得了显著进展。我国已经提出在2020年前建成地下实验室、21世纪中叶建成高放废物处置库的目标。研究开发和处置库工程建设分成3个阶段：试验室研究开发和处置库选址阶段（2006～2020）;地下现场试验阶段（2021-2040）和处置库建设阶段（2041～本世纪中叶）。经过全国筛选对比,已初步选定甘肃北山地区为重点预选区,系统的场址评价工作正在进行。已确定采用膨润土作为处置库的回填材料,并初步确定内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料。工程设计、核素迁移研究和安全评价也取得了一定进展。1999年起与国际原子能机构开展了3期高放废物地质处置技术合作项目,对提高我国的技术水平起到了积极作用。20多年的研究开发工作为我国在21世纪完成高放废物地质处置任务奠定了基础。     

原型处置库

论述高放废物地质处置研究中的原型处置库的概念、建造目的和研究的主要内容,以及它在处置库系统性能评价中的作用。原型处置库的研究工作,可以在普通地下实验室中进行（如瑞典的魧sp觟地下实验室）,也可以在特定场址地下实验室中进行（如美国尤卡山的ESF坑道）,它是以往20多年前地下实验室研究中演示阶段的扩展和延伸,是高放废物地质处置研究中最终确认处置库场址的一个必不可少的研究步骤,同时也为处置库地下工程的详细设计提供最接近于当地建库实际的各类技术参数。     

世界各国高放废物地质处置最新进展

核废物的安全处理处置问题一直是困扰核工业全面发展的关键因素，而其中高放废物的处置尤为突出。对于高放废物的处置问题，目前国际上主要倾向采用深地质埋藏的方法，本文根据最新资料（截止２０００年１０月）介绍世界上各主要有核国家在此方面的研究进展。目前已经有３个候选高放废物处置库：芬兰的Ｏｌｋｉｌｕｔｏ、美国的ＹｕｃｃａＭｏｕｎｔａｉｎ与德国的Ｇｏｒｌｅｂｅｎ，但德国的Ｇｏｒｌｅｂｅｎ由于政治方面的原因从而存在问题［１］。俄罗斯：俄罗斯正在进行高放废物深地质处置库的选址工作，目前正在进行大规模的场址调查工…     

基于高密度电阻率成像法的基岩裂隙网络原位识别试验研究

对于以低渗透性基岩为处置围岩的核废物地质处置库来说,基岩中的裂隙网络是地下水进入处置库和放射性核素从处置库向外界环境迁移的主要通道。因此,研究基岩内裂隙网络的空间分布特征,对核废物的地质处置是否安全具有十分重要的意义。本文以花岗岩为例通过野外试验,分析研究了利用高密度电阻率成像法（ERT）,对处于不同状态条件下的基岩中裂隙网络进行三维原位识别的效果及能力。结果表明在以高阻值为主要电特性的基岩中,利用ERT对基岩中三维裂隙网络进行原位识别是可行的,并且裂隙的电阻率特征能较好的反映出裂隙的空间分布位置和形态,但对裂隙网络识别的效果与测线方向有关。     

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

松辽盆地二氧化碳地质埋存研究

CO2地下储存可有效地减少人类活动排放到大气中的CO2量,从而缓解日趋严重的全球气候变化问题。沉积盆地地下深部存在体积巨大的咸水含水层,咸水不宜开发利用,可用来储存大量的CO2。研究结果表明,利用松辽盆地进行CO2的地质埋存是可行的;松辽盆地深部咸含水层的CO2储存容量大约为8.96×109t,约为2003年中国大陆地区CO2放量的25倍。     

加拿大和美国高放废物地质处置研究概况

本文主要介绍了作者2000年对加拿大和美国进行科学访问时实地考察所了解到的加拿大的核素在裂隙和孔隙介质中的迁移模式，地下实验室，白壳实验室（Whiteshell Labs)，高放废物处置库场地预选和美国拟作为高放废物处置库的尤卡山场地和已投入运行的军用超铀废物处置库的废物镉离实验工厂；着重论述了这两个国家的高放废物地质处置研究现状、经验和所取得的成果。     

花岗岩介质中处置中低放核废料的热应力

花岗岩介质是核废料地下处置的理想介质之一。在“中低放核废料地下处置对围岩介质（花岗岩体）温度场的影响”一文基础上,进一步探讨花岗岩介质中处置中低放核废料热应力效应,旨在为核废料的地质处置作一有益的探索。     

工业废气二氧化碳的地下储藏研究

为解决二氧化碳对地球环境的影响,通过水力捕集、溶解捕集和矿物碳化等机制,可将二氧化碳储藏在地下。利用地质媒介存储二氧化碳的方法有：用二氧化碳来强化油气开采;将二氧化碳注入废弃的油气田;用二氧化碳取代煤层中的甲烷;将二氧化碳注入深蓄水层;将二氧化碳存储在盐洞中。现实技术已证明这些方法的可行性。     

盐水层温室气体地质埋存机理及潜力计算方法评价

针对盐水层CO2地质埋存评价要求,提出了盐水层CO2埋存机理以及埋存潜力计算方法。CO2在盐水层中的埋存机理包括水力圈闭、残余气圈闭、溶解埋存和矿物埋存等4种基本方式。水力圈闭是CO2向上运动到达致密隔层受到遮挡后,在地质体中聚集,形成CO2气相埋存;残余气圈闭是由于驱替和吸吮相渗滞后现象存在,部分CO2以残余气形式被圈闭;溶解埋存是CO2溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,实现CO2圈闭;矿物埋存是CO2与储层岩石发生缓慢的化学反应,形成碳酸盐矿物或HCO3-实现CO2封存。各种埋存方式随埋存时间不同,发挥的作用不一样,埋存安全性级别各不相同。埋存潜力只由残余气圈闭和溶解圈闭两部分构成。在此基础上,提出了埋存潜力计算公式及参数确定方法。埋存机理及潜力计算方法的提出为盐水层目标区CO2地质埋存评价提供了方法基础。     

苏南地区温室气体CO2地质处置的探讨

化石能源是现代工业飞速发展的重要保障。但从工业革命以来,无节制的能源消耗导致越来越多的温室气体被排入大气,带来了一系列的环境问题,全球气候变暖就是其中最严重的问题。业已觉悟的国际社会,已经认识到问题的严重性,并开始行动起来,其中二氧化碳(CO₂)的回收及安全处置就是一项减缓大气变暖的重大工程。针对全球温室气体减排的压力,详细分析了CO₂的地质处置机制与措施,并探讨了工业发达的苏南地区进行CO₂地质处置的方式,认为存在苏北油田注CO₂增产、句容盆地深层盐水层或贫油气储层的CO₂地质处置和薄煤层CO₂吸附处置等3种方式,提出句容盆地将是未来苏南地区进行CO₂地质处置的重要场所,同时认为进行CO₂地质处置存在巨大的商机。     

基于数值模拟探讨提高咸水层CO2 封存注入率的途径

咸水层CO2地质封存是减少大气中CO2排放量的有效途径。CO2注入率是衡量咸水层中CO2注入能力的有效因素,因此,研究注入速率的变化规律及提高的措施是很有工程价值的。在很多区域,地层的低渗透性限制了CO2的注入率。针对鄂尔多斯盆地的水文地质条件,通过数值模拟,探讨在低渗透性咸水层中提高CO2注入率的途径,包括改变储层中的盐度、采用水平井注入、增加注入井段的长度以及采取水力压裂等工程措施。其中改变储层中的盐度可通过在注入CO2前向储层中注入一定量的水来实现。模拟结果表明,这些方式可以有效地提高CO2注入率,其中水平井改造方式和水力压裂工程措施效果显著,盐度改造措施在地层初始含盐度较高时,会有更好的效果。研究结果可为鄂尔多斯盆地和类似地区的咸水层CO2地质封存项目提供参考。     

Subsurface sequestration of carbon dioxide — an overview from an Alberta (Canada) perspective

To stabilize the atmospheric concentration of greenhouse gases (GHG), a huge reduction of carbon dioxide (CO₂) emissions is required. Although some people believe that this necessitates a considerable reduction in the use of fossil fuels or fuel switching, other options are available that allow the use of fossil fuels and reduce atmospheric emissions of CO₂. Sequestration of CO₂ from fossil fuel combustion in the subsurface could prevent the CO₂ from reaching the surface for millions of years. Geological sequestration of CO₂ in deep aquifers or in depleted oil and gas reservoirs is a mature technology. Despite the huge quantities of CO₂ that can be sequestered in this way, this approach does not provide any economic benefit. This paper discusses a third option, which consists of injecting CO₂ in deep coal seams to sequester the carbon and enhance the recovery of coalbed methane (CBM). Waste CO₂ from CBM-fueled power plants could be injected into CBM reservoirs to produce more methane (CH₄) for the power plant. The 2:1 coal-sorption selectivity for CO₂ over CH₄ supports the feasibility of operating fossil-fueled power plants without atmospheric CO₂ emissions. Other CO₂ sequestration technologies, such as ocean disposal and biofixation, are briefly discussed and the suitability of these approaches is evaluated for use in Alberta, Canada.     

水环境同位素技术在二氧化碳地质储存中的应用之探讨

通过分析二氧化碳地质储存的地下空间和时间特征,并结合水环境同位素技术的特点,提出将其应用于碳储存方面可以从以下三方面入手:(1)利用水环境同位素技术判断二氧化碳规模化封存场地的水文地质条件的方法,评价典型二氧化碳规模化封存咸水层的安全持久性及储存二氧化碳的适宜性;（2）确定判断泄露二氧化碳“碳源”的同位素方法,研究泄露的“碳”源;（3）通过水环境同位素技术,研究二氧化碳地质封存与地下水循环、径流之间的关系,评价规模化封存二氧化碳潜在泄露对浅层含水层的影响。     

松辽盆地徐家围子断陷玄武岩气藏储层的CO2 封存潜力研究

玄武岩油气藏储层一方面含有大量可与CO2 反应生成碳酸盐的造岩矿物,另一方面又有枯竭油气藏的良好储（储集
空间）、运（运移通道）、盖（盖层条件）和保（保存能力）等 CO2 封存优势,是潜力大、实施易、成本低和安全性高的碳
汇靶区。该文选取了位于松辽盆地东北部的徐家围子断陷玄武岩气藏开展CO2 封存潜力研究,在对该气藏地质特征和储层
发育特征详细描述的基础上,结合玄武岩矿物组成和化学成分的鉴定分析结果,探讨该气藏的矿物固碳能力和油气储层固
碳能力,并对其封存CO2 的可行性进行了初步评价。研究表明,徐家围子断陷玄武岩气藏有着良好的储集空间,且易碳酸
盐化,其盖层可阻止所充注CO2 的逸散,稳定的圈闭条件可保证所充注CO2 的安全性,因而是CO2 封存的理想靶区。初步的
定量计算结果表明,徐家围子断陷玄武岩油气藏的矿物固碳潜力约为89.33×108 t,油气储层的封存能力约为6.2×108 t,总
计约95.53×108 t,具有十分可观的固碳潜力。     

二氧化碳气成藏的断裂控制作用

对二氧化碳(CO_2)气成藏来说,各种级别不同性能断裂的存在是必不可少的条件,按其在成藏过程中功能的不同可以分为成气、疏气、储气和封气四种类型。断裂对幔源-岩浆成因CO_2气最重要的作用是对幔源气的运移疏导作用。幔源CO存在于地下深处,其释放的途径有两种:一是没有岩浆喷发和侵入的情况下,沿深断裂直接释放;二是在岩浆喷溢、侵入过程中冷却时释放的幔源气,断裂作为岩浆喷溢、侵入的通道。岩浆活动为幔源型CO_2成藏提供了主力气源,深大断裂为CO_2提供了运聚的通道和赋存的空间。断裂对变质成因CO_2气的最重要的作用是对CO_2气的生成和疏导作用。在动力变质作用中,断裂活动的构造热使碳酸盐岩分解释放CO_2,压扭性断裂带与张启性断裂的交汇带即成为变质成因CO_2的生成与排放中心;在接触变质作用,断裂不仅作为岩浆或高温热液的通道使得围岩变质释放CO_2,而且也是变质成因CO_2运移释放的通道。     

松辽盆地北部火山岩CO2脱气参数及其对CO2资源量估算的意义

为了定量评价火山岩脱CO2气量的潜力，选择松辽盆地北部火山岩进行了低温脱气实验。将火山岩加热到250℃时，脱出挥发份总量为0.0299～0.0790ml/g；其中CO2脱出量为0.0218～0.0706 ml/g（0.429～1.387wt％）。脱挥发份总量与其中CO2量具有良好的正线性相关；挥发份以CO2气为主，其次是Ｎ2气，还伴有H2、CO、CH4等还原性气体，以及更少量的低碳烷烃；基性火山岩比中、酸性火山岩脱出CO2数量较多。火山岩吸附大量CO2气，成为充足气源，火山岩脱出的吸附气主要是辗转而来的深源气，火山岩成为探索幔源气成藏的主要源岩，尤其是基性火山岩。估算CO2资源量，可将250℃时火山岩挥发份含量作为岩石挥发份及残余CO2量的下限值，而全岩分析的总碳含量可作为CO2脱出量的上限值。