海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

Reassessment of the Distribution of Mantle CO2 in the Bohai Sea, China: The Perspective from the Source and Pathway System

Research on the distribution of mantle CO₂should involve comprehensive analysis from CO₂source to accumulation.The crust-mantle pathway system is the key controlling factor of the distribution of mantle CO₂,but has received little attention.The pathway system and controlling factors of CO₂distribution in the Bohai Sea are analyzed using data on fault styles and information on the mantle and lithosphere.The relation between volcanic rocks and the distribution of mantle CO₂is reassessed using age data for CO₂accumulations.The distribution of mantle CO₂is controlled by uplift of the asthenosphere and upper mantle,magma conduits in the mantle and fault systems in the crust.Uplifted regions of the asthenosphere are accumulation areas for CO₂.The area with uplift of the Moho exhibits accumulation of mantle CO₂at depth.CO₂was mainly derived from vertical migration through the upper mantle and lower crust.The fault style in the upper crust controls the distance of horizontal migration and the locations of CO₂concentrations.The distribution of mantle CO₂and volcanic rocks are not the same,but both probably followed the same pathways sometimes.Mantle CO₂in the Bohai Sea is concentrated in the Bozhong sag and the surrounding area,particularly in a trap that formed before 5.1 Ma and is connected to crustal faults(the Bozhang faults)and lithospheric faults(the Tanlu faults).     

桂林岩溶洼地生态系统中大气CO2动态及环境意义

对桂林岩溶试验场岩溶洼地生态系统中大气ＣＯ２动态的昼夜观测结果说明,岩溶洼地对大气ＣＯ２具有一定的调蓄作用,并促进岩溶发育;植被的光合呼吸作用是制约大气ＣＯ２日动态直接的因素,而土壤ＣＯ２向大气的排放居次要地位。     

CO2的地质埋存与资源化利用进展

把CO2注入油气藏、煤层提高油气采收率的方法(CO2-EOR、CO2-EGR、CO2-ECBM),因其在提高石油、天然气和煤层气采收率的同时,又能使一部分CO2永久地埋存于地下,实现油气增产和CO2减排的双赢效果,而成为当今CO2减排最具潜力的现实选择.CO2-EOR(Enhanced Oil Recovery)方法适用于油田开发晚期,通过把CO2注入到比较稳定的油藏,一般可提高油藏采收率达10%～15%;另外把CO2注入到气田中,实施CO2-EGR(Enhanced Gas Recovery).一方面,接近枯竭的气田在没有地层水入侵之前具有巨大的埋存能力,为CO2提供巨大的埋存空间;另一方面注入CO2后,使地层重新增压保持储层中原始的压力,可以保持储层的完整性和安全性.同时,原有的油气圈闭可作为良好的埋存箱能有效地阻止CO2泄漏,使部分CO2能永久地埋存于地下.此外,也可以把CO2注入到煤层中,实施CO2-ECBM(Enhanced Coalbed Methane Recovery),利用煤层对CO2和煤层气(主要为甲烷)吸附能力的差异,实现CO2排替CH4,提高CH4的采收率.     

岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

为了了解豫西鸡冠洞岩溶区不同尺度下水-土-气的中CO2的变化特征,探究CO2在岩溶关键带系统的运移关系,2019年5月至2020年10月,利用固态传感器对河南鸡冠洞上覆土壤取样点进行高时间分辨率监测,每隔15 min采集一次数据。结合每月采集洞内空气CO2浓度数据、每月测定洞穴水水化学指标数据及每月监测的降水、气温数据进行全面系统地分析。结果表明:①土壤CO2浓度、洞内空气CO2浓度和洞穴水水化学指标具有明显的季节性变化特征,均表现为夏秋高冬春低;②土壤CO2浓度在昼夜尺度下,白天高于夜晚,夏季的昼夜差值最大,冬季的昼夜差值最小,且昼夜变化滞后气温、土温变化约6 h;③洞内CO2浓度变化、洞穴水离子浓度和水化学指标在昼夜变化上具有同步性;④强降雨条件下（单场降雨量为42.2mm）,土壤水分和土壤温度能及时响应降雨变化,而土壤CO2浓度对降雨的响应滞后2 h。洞穴水、洞穴CO2浓度对降雨的响应与土壤CO2具有相似性;⑤基于月均值的土壤CO2浓度与土壤温度、土壤湿度的相关系数分别为0.67、0.031。垂直方向上,CO2浓度变化依次为土壤>洞穴>空气。昼夜尺度上,土壤CO2浓度变化滞后于气温、土壤温度变化,其原因是受上覆植被光合作用强度影响。CO2在洞穴水运移中以脱气沉积为主,补给洞内空气CO2浓度。在强降雨过程中,土壤CO2浓度变化受控土壤的温度和湿度;而在更长时间尺度上,土壤CO2浓度变化更多地受土壤温度影响,土壤湿度对其影响较小。      

地下水开采——重要的CO2排放源

运用水文地球化学模拟软件计算了大庆市齐家水源地地下水的CO2分压及地下水被抽出至地表与大气CO2达成平衡后CO2自水中的逸出量,结果表明,地下水p(CO2)=1.28×104 Pa,显著高出大气p(CO2);当地下水到达地表环境后将有11.15 mmol/kg 的CO2释放进入大气.进一步的讨论得知,各种岩性含水层的地下水都可以含有较高的p(CO2).因而,地下水的开采成为了一个不容忽视的CO2人为排放源.这应该引起有关学者的重视.     

数值模拟在CO2地质封存示范项目中的应用

CO2深部咸水层地质封存被认为是减缓温室效应的一种有效的工程技术手段。针对神华鄂尔多斯105 t/a CO2捕集与封存(CCS)示范项目,用数值模拟方法对CO2在地层中的运移过程进行了详细地刻画,分析了CO2的流动迁移、地层压力积聚过程及地层封存潜力。数值模型不但可以为工程的顺利进行提供技术支撑,而且可以节省人力财力。首先,根据实际监测数据对模拟参数进行校准,得到了合适的压力拟合曲线,确定了主要的水文地质参数。然后,对为期3 a的CO2续注工程进行预测,详细分析了CO2的晕扩散、溶解情况、地层压力变化情况、储层封存潜力等。得到如下结论：CO2在3 a内的最大迁移距离约为350 m;水裂可以有效提高CO2的注入性;隔离层能有效防止CO2逃逸。研究表明,尽管鄂尔多斯盆地属于低渗咸水层仍然能够有效安全地封存CO2。     

江苏省CO2 煤层地质封存条件与潜力评价

根据江苏省石炭-二叠纪煤系的分布、煤炭资源量和煤层的储集条件等煤封存CO2地质条件的综合研究,分别对苏南 煤田、徐州煤田、丰沛煤田煤层封存CO2的潜力进行了初步评估,认为该区CO2煤层封存具有一定的潜力和前景。评估结果 表明江苏省煤层可存储CO2总量超过3×108 t,其中苏南含煤区可存储CO2容量为8.1×107 t,徐州煤矿区可存储容量近1.5× 108 t,丰沛煤矿区为8.7×107 t。并对各典型含煤区块CO2煤封存前景进行分类 ：适合存储区（ A 类）、较适合存储区（ B 类）和较差存储区（C类）。     

Feasibility study of CO2 geological storage in China

It has been proved to be one effective means to reduce emissions of CO2 to mitigate the worsening global climate change through lots of projects and tests about CO2 geological storage. The sites that are suitable for CO2 geological storage include coal seams that can not be mined, deep saline aquifers, oil fields, and depleted gas fields. The emission of CO2 from fuel combustion is about 3.54 Gt in China in 2003, which is the second biggest in the world. Because the energy consumption in China mainly depends on fossil fuels for a long time in the future, China will become a country with the biggest emission of CO2 in the world, which will make China have to reduce the emissions of CO2 by some methods including geological storage. Based on lots of information about the reserves of coal seam methane and the rank of coal in the 68 coal basins in China, the total CO2 storage capacity in these coal basins was estimated according to the recovery coefficient and exchange ratio of CO2 to CHa.The total storage capacity in deep saline aquifers can be regarded as the total quantity of CO2 that can be dissolved in the saline aquifers at the depth from 1000m to 3000m under ground. The quantity can be estimated by multiplying the solubility of CO2 in the saline water and the volume of the appropriate aquifers. According to the reserve and quality of crude oil in 46 main oil basins in China, the CO2 storage capacity and the quantity of enhanced oil were calculated. The storage capacity of depleted gas fields can be derived from the reserve and depth of the gas fields. The total CO2 geological storage capacity is about 196.2 Gt CO2 that is as against 55.4 times the CO2 emission from fuel combustion in China in 2003. According to the results of the finished projects and tests about CO2-EOR and CO2-ECBM, the CO2 geological storage capacities in coal seams, deep saline aquifers, oil fields and depleted gas fields will be estimated.     

Calculation of the CO2 Degassing during Contact Metamorphism and Its Geological Significance: The Model and Example from the Shuanshan Area of the South Tan-Lu Fault Belt

The paper studies CO2 degassing and controlling factors under the condition of contact metamorphism in the Shuangshan area, southern Tan-Lu fault belt and the method of calculating the amount of CO2 degassing. The results show that the amount of CO2 degassing is controlled by the characteristics of the country rocks, including the thermal conductivity, penetrability, porosity and connectivity. Compositions, size and depth of intrusive rock also have an important influence on CO2 degassing, i.e., they generated numerous cracks in the country rocks, and thus allowed the easy flow and accumulation of fluids. The amount of CO2 flux in contact metamorphism is calculated quantitatively based on the metamorphic reaction and time--integrated fluid flux. The value (0.729- 2.446×104 mol/cm2) of CO2 flux suggests that CO2 was provided mainly by the contact metamorphic reaction. The generation and releasing of CO2 are positively correlated with the degree of metamorphism, and XCO2 in fluids gradually increases from dolomite zone to calcite zone, but in the zone of grossular, fluid flux is the largest and XCO2 sharply decreases due to involvement of magmatic water. This study presents evidence that a large amount of industrial-scale CO2 can be produced during contact metamorphism. On the basis of theoretical and practical studies, a cone model has been proposed to response CO2 degassing for the contact metamorphism, and it can be used to explore CO2 accumulations beyond the oil-gas basins. This model can also be applied to the study of inorganic genesis of CO2 accumulations.     

储层中CO2—水—岩石相互作用研究进展

本文综述了CO2对储层渗透率和储层岩石润湿性的影响、CO2与水间的相互作用,以及CO2、水与矿物(石英、硅酸盐和碳酸盐等)之间的相互作用。指出储层物性的改变会直接影响CO2的封存和EOR的效率;二氧化碳注入储层后,与地层水、储层岩石之间发生复杂的矿物溶蚀和沉淀作用是改变储层物性的直接原因。本文给出了大量可能发生的化学反应,讨论了影响反应速率的因素、研究中存在的问题和发展趋势,为今后实施CO2封存和EOR提供参考。     

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。     

渤中坳陷石臼陀凸起东段幔源CO2充注对储集层粘土矿物的影响

探讨了渤中坳陷石臼陀凸起东段CO2来源及CO2充注对储层粘土矿物的影响.研究表明,CO2中δ13C组成较重,R/Ra值较大,CO2为幔源成因;控盆的深大断裂是CO2的主要运移通道;CO2热流体晚期充注对砂岩储集层粘土矿物产生了明显的影响:CO2热流体侵位后形成的热波动效应加快了储集层中伊蒙混层粘土的演化,含CO2储集层中伊蒙混层中蒙脱石含量要比同深度的泥岩低15％ ～30％;CO2热流体晚期侵入加剧了长石的溶蚀作用,长石溶蚀促进了自生高岭石的大量形成;CO2热流体侵位后形成的偏酸性环境抑制伊利石生长,促进了其他粘土矿物向高岭石转化;含CO2储集层以少见的高自生高岭石、低伊利石为特征,这对储层物性改善起到了决定性的影响.     

祁连山疏勒河上游高寒草甸CO2通量变化特征

采用涡动相关法对疏勒河上游高寒草甸生态系统2009年CO2通量进行连续观测.结果表明:疏勒河上游高寒草甸CO2通量呈明显的日和月变化特征.生长季CO2通量具有明显的日变化过程,其中吸收峰值从5月的10:00时逐步推后到7月的12:00左右,CO2通量排放峰值则出现在21:00-22:00.其中,最大吸收和排放速率均出现...     

小秦岭金矿流体包裹体挥发组分与金的矿化

小秦岭石英脉型金矿矿物包裹体中挥发组分以Ｈ２Ｏ和ＣＯ２为主，还有少量的ＣＨ４、ＣＯ、Ｈ２、Ｈ２Ｓ等。富金矿石中包裹体的ＣＯ２＞３０ｍｏｌ％．ＣＯ２／Ｈ２Ｏ＞０．４，而贫金矿石中包裹体的ＣＯ２＜２０ｍｏｌ％，ＣＯ２／Ｈ２Ｏ＜０．２。前者包裹体的气体成分中含有较多的ＣＨ４、ＣＯ和Ｈ２等还原性气体．表明这种金矿的成矿流体以富含ＣＯ２为特征，ＣＯ２含量的变化对金的富集起着重要作用．因此金矿石中矿物包裹体的ＣＯ２含量或ＣＯ２／Ｈ２Ｏ比值可以作为深部预测的主要判据之一，并应用于小秦岭金矿山已取得良好的效果。     

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。     

莺歌海盆地浅层气藏二氧化碳分布特征及其原因分析

从CO₂的成因、充注期次以及不同底辟发育特征等出发,对不同类型底辟之上的CO₂分布特征及其原因进行了分析。研究认为：浅层二氧化碳主要来源于壳源碳酸盐岩的高温分解,其分布差异的主要原因是流体组成、充注期次的不同以及底辟活动强度的差异。在低幅度弱能量底辟带,二氧化碳主要富集在烃类气储层的下部。在高幅度中等能量底辟带,二氧化碳呈现明显的分块分层特征：在断裂的同一侧,浅层富烃,深层富二氧化碳;断裂上盘相对富烃,断裂下盘相对富二氧化碳;同一气层内部,靠近断裂富二氧化碳,远离断裂富烃。在喷口型强能量底辟带,二氧化碳的分布没有明显的规律性。研究还表明,CO₂分布深度与水中CO₂溶解度有关,深层地层水中的CO₂溶解度很大,游离态的CO₂大量出现的可能性较小。     

山东昌乐刚玉巨晶中的流体和熔融包裹体及其流体组分特征

山东昌乐第三纪玄武岩中产有刚玉巨晶,内含丰富的原生和假次生流体包裹体和熔融包裹体。流体包裹体可分为CO2单相包裹体、H2O-CO2两相和三相包裹体。熔融包裹体类型复杂,其中富流体相包裹体可分为含CO2收缩气泡两相熔融包裹体和气-液-固多相熔融包裹体。诸类包裹体主要赋含在刚玉晶核外的“主体”部分,以CO2单相流体包裹体和两相熔融包裹体最为发育,并且不同类型包裹体常密切伴生,表明它们形成时流体发生了不混溶作用:出现熔浆相(富含挥发分)、气相(CO2为主)和富水相(H2O-CO2为主)等多相体系。激光拉曼分析结果显示,各类包裹体中的气体组分主要是CO2,另有不等量的N2和H2S,据此划分为纯CO2、CO2-N2、CO2-H2S和CO2-N2-H2S等气体组合类型,没有发现O2、CH4和H2等组分。此外,拉曼分析也证实了流体包裹体和熔融包裹体中存在H2O。上述资料表明,昌乐地区深部流体以CO2为主,同时包含H2O、N2和H2S在内的多种组分,这些流体组分也是刚玉母浆系统的重要成分。     

青藏高原高寒湿地CO2通量特征及影响因子分析

利用玉树隆宝湿地2015年的涡动相关系统观测资料,分析了高寒湿地CO₂通量的变化特征及影响因子。结果表明：玉树隆宝湿地生长季CO₂通量日变化呈倒单峰型,夏季日变化幅度大,冬季日变化幅度小。4-9月CO₂净交换量为负值,其余各月CO₂净交换量为正值。全年CO₂净吸收量为465 g·m^-2。白天CO₂通量随着光合有效辐射的增大而减小。CO₂排放量与土壤温度和气温日较差均呈正相关。高寒湿地土壤体积含水量对CO₂通量的影响很微弱。降雨事件发生后, CO₂排放量在短期内有所升高。各影响因子中,光合有效辐射对高寒湿地CO₂通量影响的相关度最高,其次为气温日较差,土壤温度,而土壤体积含水量对CO₂通量影响的相关度最低。     

An Evaluation of Phase Behaviors of the Oil-Gas-Water System in the Displacement of Crude Oil with CO2

CO₂ dissolution into an aqueous phase and water evaporation into a gaseous phase takes place during CO₂ injection into an oil reservoir. This study aims to evaluate the phase behaviors of the oil-gas-water system in the displacement of crude oil by CO₂. The composition of the JL oilfield in the northeast of China is taken as an example. The flash calculation of the oil-gas-water system was performed, based on the method presented by Li and Nghiem. The research re...