不同类型湿地CO2:CH4比例及其影响因素: 整合分析

湿地是温室气体二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的主要来源之一,在全球碳循环中发挥着重要作用。由于CH₄在百年尺度上的全球增温潜势是CO₂的45倍,因此深入研究湿地CO₂:CH₄的排放比例及其影响因素对准确理解和预测湿地碳循环过程及其对未来全球变化的响应具有重要意义。本文采用文献整合分析方法,对比了不同类型湿地中CO₂:CH₄排放比例的特征及其影响因素。结果表明,藓类泥炭沼泽、滨海湿地和稻田中CO₂:CH₄排放比例显著高于草本沼泽、河流湿地和湖泊湿地等其他类型湿地;相关性分析研究发现,湿地CO₂:CH₄排放比例与pH和水位显著负相关,与盐度显著正相关。可见,藓类泥炭沼泽低水位和低pH抑制CH₄排放是导致其CO₂:CH₄排放比例较高的重要原因,而滨海湿地高盐分抑制CH₄排放是其CO₂:CH₄排放比例高的重要原因。与自然湿地相比,稻田CO₂:CH₄排放比例高与其人为施肥和稻草还田抑制CH₄排放有关。此外,大气温度、土壤温度、降水量、土壤含水率等因子也对湿地CO₂:CH₄排放比例具有重要影响,尽管它们之间的线性相关关系不显著。目前,湿地CO₂:CH₄排放比例和影响因素仍存在很大的不确定性,未来亟待加强不同类型湿地CO₂:CH₄排放比例及其关键影响因素研究。

     

CO2地质储存的地震监测

主要阐述了CO2隔离技术的基本思路和CO2地中隔离的主要方式,在此基础上提出了CO2煤层中隔离的可行性和隔离机制的分析方法,分析了CO2地质储存的重点研究问题及研究思路,评价了地震监测方法在CO2地质储存检测中的有效性。     

江苏省及近海区域CO2地质封存储层条件分析

对江苏省及近海区域地质进行了分析表明,下扬子地块发育的苏北—南黄海南部盆地为该省CO₂地质封存潜在目标场所。文章通过地层及岩性资料分析了CO₂封存适宜地层,在此基础上,根据钻井与地震测量剖面资料,阐述了各构造单元的800～3500 m深度范围存在的CO₂封存适宜地层的厚度,探讨CO₂封存空间适宜性。结果表明：盐城组下段、三垛组、戴南组、阜宁组一段与三段、赤山组砂岩具有较好CO₂储存空间;苏北—南黄海盆地的赤山组分布较少,盐城组、三垛组、戴南组、阜宁组地层分布范围较广;金湖凹陷、高邮凹陷、溱潼凹陷、海安凹陷、白驹凹陷、阜宁凹陷、盐城凹陷、南二凹陷、南四凹陷、南五凹陷、南七凹陷、南二低凸起具有较好的CO₂封存储层潜力;洪泽凹陷、临泽凹陷、涟南凹陷、涟北凹陷、南三凹陷、南六凹陷CO₂封存储层潜力较差。     

CO2封存三维地震实验区地质条件评价

根据地质要求在伊盟地区初选CO2封存地以及对其一定范围内的地质基本条件,综合应用地震、地质、测井资料进行综合评价。重点评价地层发育的地质特征,确定地层500 m以下至3 000 m以上储盖层的组合情况、分布区域和位置及厚度、地质构造特征如厚度、特点等,对储盖层岩石的孔隙度、渗透率等做初步预测,为开展CO2封存提出封存目的层的选择建议,利用区域勘探井的相关资料对建议层位进行评价,评价结果表明研究区内石盒子组和石千峰组两套区域性层系具有较好封存条件。     

融水对CO2激光融冰的影响

激光钻探具有高能性、高度方向性、清洁性、非接触式切割钻进等优势,在激光热融穿透冰的过程中,融水对激光的穿透效率有很大影响。为探究融水对激光穿透效率的影响程度,本文选用冰吸收效率更高的CO₂激光,在不同辐照角度、不同激光功率作用下对模拟极地冰心制备的冰样品进行定点穿透实验。结果表明：在负入射角-90°～-15°时,穿透速度为0.67～2.20 mm/s,仅为理论速度的21%～40%,孔径达到了光斑直径的3～5倍;而在正入射角15°～45°时,融水因重力作用及时排除,穿透速度为13.19～36.50 mm/s,是理论速度的2.2～6.5倍。     

超临界CO2对烟煤和无烟煤化学结构的影响

超临界CO₂对煤化学结构的改造对煤层CO₂封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1500m （62.5℃、15 MPa）条件下4组不同变质程度煤的ScCO₂-H₂O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后煤化学结构演化特征,探讨了煤化学结构演化的机理。结果表明：ScCO₂作用后,煤中脂肪烃链长度普遍增加,仅肥煤的芳香烃丰度增大,肥煤、瘦煤和贫煤含氧基团丰度的增大主要由氢键基团含量的增加贡献,无烟煤含氧基团丰度则主要受低分子化合物溶出的影响。ScCO₂引起的溶胀作用造成肥煤和瘦煤芳香层面之间交联键断裂,芳香微晶内部结构疏松,而芳香层面内C_Ar-C_Ar交联的形成提高了肥煤和瘦煤芳香性和芳香环缩合度;贫煤和无烟煤中非稠合多苯结构脱落使芳香微晶内部更紧凑,脂肪烃链长度的增加则降低了贫煤和无烟煤芳香性和芳香环缩合度。     

土著微生物对CO2地质储存过程中水岩作用的影响

为了研究土著微生物对CO2地质储存过程中水岩作用的影响,进行了摇瓶实验和高压釜模拟实验。结果表明:细菌的作用促进了含钙碳酸盐的形成;真菌使固碳离子的溶出量增大;放线菌促进了含铁碳酸盐的形成。细菌实验组与高压釜模拟实验中岩石样品表面均形成了未知的硅铝酸盐矿物,这些硅铝酸盐的沉淀为CO2的固定起到积极的作用。如果反应时间足够长,溶液中的碳酸盐就可能以方解石、菱镁矿、菱铁矿等矿物的形式析出,从而实现CO2在地下的永久储存。     

不同含水性无烟煤CO2吸附行为及其对地质封存的启示

深部煤层CO₂地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径,煤层含水性对以CO₂吸附封存为主的深部煤层CO₂地质封存能力影响显著。以无烟煤为例,开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO₂等温吸附实验,校正了饱和水煤样过剩吸附曲线,利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热,对比了不同含水条件下CO₂绝对吸附曲线,阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明:(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO₂吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm3/g,吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2) CO₂密度小于0.16 g/cm3(6.48 MPa)时,无烟煤CO₂绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样,而CO₂进入超临界状态后,顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因,而煤?水体系与CO₂相互作用强于CO₂与H₂O竞争吸附下的煤?CO₂相互作用是饱和水煤样在CO₂超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO₂地质封存的主要形式,深部煤储层条件下,煤层饱和水对超临界CO₂增储作用更为明显,高压注水是提高深部煤层CO₂地质封存潜力,改善煤储层渗透性的有效手段。      

沁水盆地南部深部煤层超临界CO2吸附特征及其控制因素

为揭示深部煤层超临界CO₂（ScCO₂）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO₂超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明：高温高压条件下ScCO₂吸附曲线不同于常温常压下CO₂吸附曲线,随压力升高ScCO₂过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO₂达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO₂过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO₂吸附抑制明显,水分对ScCO₂吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO₂吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高R_max对ScCO₂吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO₂的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO₂的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。     

玄武岩封存CO2技术方法及其进展

玄武岩封存CO₂为碳捕集与封存（CCS）提供了一种新的具有潜在意义的选择。当今世界上已有三个示范工程案例,即日本Nagaoka、美国Wallula和冰岛Carbfix,这些实例初步证实了CO₂玄武岩封存的技术和经济可行性。玄武岩封存CO₂相关技术研究进展包括:（1）Carbfix项目采用水溶液替代胺溶剂来捕集烟气中的CO₂气体,以便同时对CO₂和其他可溶于水的气体进行捕获,而在排放点源只需简单加装水洗塔等设备作为气体分离装置;（2）冰岛提出了适用于CO₂饱和溶液注入与封存的Carbfix方法,设计出能分别注入气体和水溶液的专用系统;（3）Carbfix在注入与封存CO₂过程中首次采用示踪元素监测方法,并通过质量平衡方法定量估算注入CO₂发生碳酸盐化的百分比,发现往玄武岩里注入CO₂不到2年就有95%被完全矿化。今后仍需进一步研究的技术问题包括:（1）CO₂饱和溶液与超临界CO₂两种注入形式如何选择;（2）能否用海水替代淡水溶解CO₂;（3）如何提高地球化学模拟的准确性;（4）如何降低碳捕集、分离和运输环节成本。相关探讨对我国利用基性超基性岩进行CO₂封存具有一定借鉴意义。     

中国天然气田CO2储存容量初步评估

地下储存可有效地减少人类生产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暖问题。天然气地下储存工程为CO2的气田储存积累了大量的经验,而且天然气田具有良好的封闭条件和巨大的储存空间,往往已建有管道、钻井等基础设施,可以大大降低CO2储存成本。根据中国各含油气盆地天然气勘探资料和天然气资源评估结果,中国主要的含油气盆地气田可以储存约304.83×108 t CO2,相当于2002年全国CO2排放总量的9.2倍;其中已探明天然气资源所对应的CO2储存容量为41.03×108 t CO2,相当于2002年全国CO2排放总量的1.2倍。     

地下水库调蓄能力分析

在解析地下水库功能特征的基础上,结合实例给出一种地下水库调蓄能力分析的思路,并对各分析要素进行定性描述和定量刻画。地下水库调蓄能力分析可以从调蓄目标、调蓄方案、蓄水能力和调水能力四个方面着手,其中,调蓄目标和调蓄方案对调蓄能力的构建及人工干预的方式、程度有直接的约束和规范;蓄水能力和调水能力则从蓄、导、出、纳等角度全方位标示一座既成地下水库的调蓄能力。     

南海西部盐水层CO2埋存潜力评估

南海西部东方1-1、崖城13-1和乐东等气田具有CO2含量高的特点,每年从生产出的天然气中分离出大量的CO2。为了减少CO2在大气中的排放,考虑在莺歌海地区选择合适的盐水层埋存体,拟进行CO2地质埋存示范工程。根据CO2在盐水层中的各种埋存机理,并考虑盐水层构造特征对CO2运移分布的影响,提出了一种较为准确的CO2埋存潜力评估方法,并利用此方法对筛选出的5个备选盐水层进行了评估。评估结果表明,各盐水层埋存潜力巨大,都远远大于示范工程期限内预计的CO2埋存总量,并可将这些盐水层作为将来海南省及临近广东省人为CO2的埋存场所。南海西部东方1-1、崖城13-1和乐东等气田具有CO2含量高的特点,每年从生产出的天然气中分离出大量的CO2。为了减少CO2在大气中的排放,考虑在莺歌海地区选择合适的盐水层埋存体,拟进行CO2地质埋存示范工程。根据CO2在盐水层中的各种埋存机理,并考虑盐水层构造特征对CO2运移分布的影响,提出了一种较为准确的CO2埋存潜力评估方法,并利用此方法对筛选出的5个备选盐水层进行了评估。评估结果表明,各盐水层埋存潜力巨大,都远远大于示范工程期限内预计的CO2埋存总量,并可将这些盐水层作为将来海南省及临近广东省人为CO2的埋存场所。     

中国东北泥炭发育地区人工水库的CO2调控作用

近十年来,人工水库是否是温室气体重要来源在国际学术界存在很大争议.本研究为调查中国东北地区两座人工水库水体中溶解二氧化碳分压的分布状况,于2010年7月对丰满水库和镜泊湖水库水体二氧化碳分压(p(CO2))进行了走航观测.结果表明,丰满水库、镜泊湖水库表层二氧化碳分压均较低,分别为8～17 Pa和2～19Pa.在对这两...     

典型喀斯特河流二氧化碳分压及交换通量季节变化

河流水-气界面二氧化碳(CO2)交换是全球及区域碳收支平衡的重要组成部分。然而, 当前对喀斯特水体CO2吸收及排放特征的研究仍然有限。为探究喀斯特河流CO2分压(pCO2)及水-气界面CO2交换特征, 本研究以我国典型喀斯特河流綦江为对象, 调查了气象水文条件、碳酸盐平衡参数(pH、T、Alk、DIC、HCO3-、CO32-、CO2)、水-气界面CO2交换通量(F)和环境变量(EC、DOC、TDN和TDP)的季节变化特征, 分析了pCO2的调控因素及其与环境变量的耦合关系, 比较了不同河流的水-气CO2交换现状。结果显示, 綦江原位水体pCO2在1.3~7205.2 μatm范围内变化, 其中有47%样品高于大气CO2平衡浓度值。受雨季降水稀释作用和旱季呼吸矿化作用及人为输入复合影响, 旱季水体pCO2(1549.5±1786.8 μatm)显著高于雨季初期(448.9±184.0 μatm)和雨季后期(83.8±166.0 μatm)(P < 0.001)。河流F值在-213.6~5526.6 mmol/(m2· d)范围内, 其平均值为202.4±907.8 mmol/(m2·d)。其中, 旱季碳源(F>0)样点比例较多为85%, 次之为雨季初期(48%), 雨季后期样点碳源比例较少(6%)。水体pCO2与环境变量EC和TDN具有显著相关关系(P < 0.05)。喀斯特河流水-气界面可同时作为大气CO2的源和汇, 掌握其变化规律对我国生态系统"碳达峰、碳中和"目标的实现具有重要理论和现实意义。     

中国二氧化碳地质储存研究进展

2010年以来,中国地质调查局组织实施了"全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程"项目。依据我国沉积盆地的地质条件,基本建立了中国CO2地质储存潜力与适宜性评价体系,初步评估了417个(面积大于200 km2)陆域及浅海沉积盆地的CO2地质储存潜力与适宜性;在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗参与并合作实施了中国首个、也是世界上规模最大的煤基全流程深部咸水层CO2地质储存示范工程,突破了钻探、灌注、采样、监测等一系列科学技术难题;在储存过程中的物理化学与生物作用、仿真模拟、环境影响与安全风险评价等基础理论研究方面取得了实质性进展。     

Well blowout rates and consequences in California Oil and Gas District 4 from 1991 to 2005: implications for geological storage of carbon dioxide

Well blowout rates in oil fields undergoing thermally enhanced recovery (via steam injection) in California Oil and Gas District 4 from 1991 to 2005 were on the order of 1 per 1,000 well construction operations, 1 per 10,000 active wells per year, and 1 per 100,000 shut-in/idle and plugged/abandoned wells per year. This allows some initial inferences about leakage of CO₂ via wells, which is considered perhaps the greatest leakage risk for geological storage of CO₂. During the study period, 9% of the oil produced in the United States was from District 4, and 59% of this production was via thermally enhanced recovery. There was only one possible blowout from an unknown or poorly located well, despite over a century of well drilling and production activities in the district. The blowout rate declined dramatically during the study period, most likely as a result of increasing experience, improved technology, and/or changes in safety culture. If so, this decline indicates the blowout rate in CO₂-storage fields can be significantly minimized both initially and with increasing experience over time. Comparable studies should be conducted in other areas. These studies would be particularly valuable in regions with CO₂-enhanced oil recovery (EOR) and natural gas storage. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

黑龙江省扎龙湿地及其周边地区土壤碳储量估算与1986年以来的变化趋势研究

以黑龙江省扎龙湿地及其周边地区多目标区域地球化学调查、第2次土壤普查数据为基础,通过不同土地利用方式下土壤全碳、有机碳密度、储量的估算,研究该地区20a来土壤碳库的变化趋势。结果显示：扎龙沼泽湿地区0-100cm土体的有机碳密度约为37884t／km^2;当沼泽地退化为草地或围垦为耕地后,土壤中有机碳的损失率高达66．...     

二氧化碳地质储存的主要环境问题及研究进展

CO2地质储存是缓解温室效应的有效手段之一.在CO2地质储存工程实施过程中可能引起断裂、地震、淡水含水层污染等地质灾害问题,对人类和生态环境造成危害.本文系统阐述CO2地质储存过程中造成的环境地质问题及其成因机制,并从风险评价、监测预警、应急补救等角度提出了具体防治措施,对CO2地质储存技术的安全性评估及工程实施项目管理具有重要的实际意义.