云贵高原湖泊CO2的地球化学变化及其大气CO2源汇效应

湖泊是大气CO₂的源还是汇,长期以来一直都存有争议。云贵高原地区的湖泊由于受流域碳酸盐岩风化作用的影响,使这一问题就显得更特殊,也更复杂。本次研究通过化学平衡计算和气相色谱测定两种方法得到了比较一致的湖水CO₂浓度结果。研究发现,在夏季强烈的光合作用消耗了湖水CO₂,致使湖水中CO₂浓度降低。在贵州草海、百花湖以及云南的泸沽湖、杞麓湖,表层湖水CO₂分压(为便于与大气CO₂比较,文中湖水CO2用分压单位表示)小于200μatm,远低于大气CO₂分压,湖泊正不断地从大气中吸收CO₂,从而构成大气CO₂的汇。     

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。     

CO2矿化研究现状及应用潜力

CO₂浓度急剧上升成为一个很严峻的问题,因此,降低大气CO₂浓度成为当务之急.目前涉及的方案中的海洋封存、地质封存,虽封存潜力巨大,但带来的负面影响也不容小觑.CO₂矿化利用实质是模拟自然界岩石化学风化,作为一种新兴的减排方案,既能固定大气CO₂,生成具有工业附加值的碳酸盐产品,又能实现环境友好.能够矿化利用的原材料包括天然富钙、镁硅酸盐矿物,工业碱性废固、液,盐湖中的氯化镁资源等,矿化利用的方法也不尽相同.虽然硅酸盐岩的风化是如何控制长时间尺度的气候变化的机制还没有定论,但风化过程中具有固定大量CO₂的潜力这一认识已达成共识.对含有大量硅酸盐矿物的尾矿矿化CO₂的研究是目前的热点,介绍了尾矿矿化CO₂的研究现状及几种重要尾矿矿物的矿化应用潜力.      

海上CO2地质封存监测现状及建议

海上二氧化碳(CO₂)地质封存是中国应对滨海地区温室气体排放的重要举措,是实现“碳达峰、碳中和”目标不可或缺的关键技术。中国沿海地区工业发达、碳源丰富,近海盆地具有良好的储盖层物性和圈闭特征,封存潜力巨大,目前中国首个海上CO₂地质封存示范工程已在南海珠江口盆地正式启动。CO₂监测作为CCUS技术的重要组成部分,贯穿CO₂地质封存的全生命周期,是确保封存工程安全性和合理性的必要手段。然而,中国海上CO₂地质封存技术处于起步阶段,海上监测任务颇具挑战。文章回顾了国际上海上CO₂地质封存的相关代表性研究工作以及示范项目案例,对监测指标、技术、监测方案等进行分析,提出海上CO₂地质封存监测技术筛选优化方法和监测建议,旨在为中国海上CO₂地质封存示范项目的开展提供参考依据。     

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。     

CO2气综合识别技术及应用

CO₂气藏由于其物理、化学性质的特殊性,CO₂气勘探与烃类气既有相同又有区别,综合应用多种资料和多种技术方法是识别CO₂气(层)藏的有效手段。利用区域地质分析、地球物理和地球化学勘探方法综合评价非烃气的分布,提出钻探目标,通过非烃色谱测量法和红外线CO₂气体浓度测量法实现CO₂气层钻井现场动态检测,利用气体色谱检测相关录井参数资料、核测井密度中子孔隙度差值综合解释CO₂气层,有效地识别CO₂气。主要介绍CO₂气藏综合勘探技术的关键的新技术方法,如地球化学方法、录井和测井综合识别的关键技术方法等。     

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。     

CO2—咸水—方解石相互作用实验

为揭示咸水环境中CO2与方解石相互作用的特点,选取方解石作为研究对象,设计在不同温压条件下(85℃,5.0MPa;135℃,5.7MPa;185℃,8.8MPa)进行了3组CO2-咸水-方解石的系列实验研究,重点探讨了方解石溶解现象的成因和温度对于方解石溶解程度的影响。实验前后岩样扫描电镜观察、反应液离子变化分析表明,实验后,3组实验中的方解石均表现出溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥的溶解现象;方解石的溶解度在85℃时最低,185℃次之,135℃最高。研究结果表明,在含CO2的咸水中,方解石的溶解现象有溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥,各自的分布规律及规模与温度有关。在含CO2的咸水中,方解石也具有各向异性的溶解特点。使方解石产生最大溶解度的温度峰值可能出现在135～185℃之间。超过这一温度,温度的升高会使方解石的溶解度下降。实验再现了方解石在咸水环境中的溶解、沉淀过程,对于CO2地质封存示范工程具有非常重要的意义。     

CO2全球循环及其同位素示踪研究

极地冰盖气泡研究表明,工业革命前大气圈天然ＣＯ₂浓度约为２８０×１０－６,天然ＣＯ₂浓度变化反映了冰期－间冰期循环这一长期气候变化固有特征。工业革命后,大量人为ＣＯ₂进人大气圈,人为ＣＯ₂收支明显不平衡,一个大于２．６ＧＴＣ／ａ的未知陆地生态汇很可能存在于北半球中纬度地带。土壤、岩溶作用、河流作用、地球化学作用、干旱－半干旱环境等系统以及海洋内部ＣＯ₂循环的同位素示踪研究,可为人为ＣＯ₂未知汇即“ＭｉｓｓｉｎｇＳｉｎｋ”的探求提供线索。     

N2-CH4（CO2）混合气体在线标样制备及其拉曼定量因子测定

利用混合气体的标准样品对激光拉曼探针进行标定,可以快速准确地对包裹体中的无机及有机气相组分进行定量分析。而常用的商用钢瓶装混合气体标样,存在费用高、气体组成单一固定等缺点。本文设计了一套在线标样制备装置,提出一种在线配置不同浓度和压力条件下混合气体标样的方法。利用高纯度(纯度99.999%)的N2、CH4以及CO2钢瓶气,经过在线混合增压,在5 MPa和10 MPa条件下制备了N2摩尔分数为30%、50%和70%的N2-CH4以及N2-CO2混合气体在线标样。该方法制备的标样与70%N2+30%CO2的商用钢瓶气标样对比表明,CO2与N2的拉曼相对峰高以及相对峰面积值的误差在4%以内,具有较高的准确度和重现性。通过不同压力和浓度条件下CH4以及CO2的拉曼相对定量因子测定表明,气体的相对定量因子在5~10 MPa压力条件下与压力及组成无关。地质样品应用结果表明,本方法可以方便、灵活、准确地按任意比例将两瓶及两瓶以上纯气体钢瓶样品进行混合及增压,为激光拉曼标定、气体组成原位测量等提供了一种新的技术思路。     

三峡澎溪河水域CO2与CH4年总通量估算

以2010年6月~2011年5月三峡澎溪河回水区CO₂与CH₄通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO₂与CH₄年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO₂通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2·h);CH₄为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2·h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO₂和CH₄总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO₂与CH₄总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO₂全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2·d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH₄全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2·d),在全球水库序列中处于中等水平。     

热力耦合条件下超临界CO2驱替煤层CH4实验

为提高煤层CH₄抽采效率,利用自主研发的实验系统,模拟超临界CO₂在深部煤层中驱替CH₄的过程,开展了不同温度和注入压力条件下原煤试样中超临界CO₂渗流、吸附及驱替CH₄实验。结果表明:在恒定温度条件下,随着超临界CO₂注入压力逐渐增大,煤体渗透率提高,CO₂吸附量增加。超临界CO₂注入压力和温度对驱替效果影响显著。不同温度条件下,当超临界CO₂注入压力从8 MPa增至12 MPa,CH₄驱替量平均增长了0.076 cm3/g,CH₄驱替效率增加了17%~23%,超临界CO₂置换体积比呈线性递减趋势;相同注入压力条件下,温度每升高10℃,驱替效率平均增加8%,置换体积比平均下降0.5。研究结果为高效抽采煤层CH₄和实现CO₂封存提供理论依据。      

海洋直接注入CO2封存技术方法综述

人类活动造成的CO₂排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO₂封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO₂(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO₂直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO₂注入技术,CO₂泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。     

沉积岩中无机CO2热模拟实验研究

结合三水盆地的地质特点，分析了无机CO₂热模拟实验研究的可能性，进行了不同条件下的模拟试验和相关的分析测试，提出了无机CO₂生成量和转化率的概念和计算方法。从实验结果来看：含有一定量碳酸盐矿物的沉积岩，在一定温度下可转化形成相当数量的无机CO₂，无机CO₂转化率越高，岩石中碳酸盐矿物越容易转化生成无机CO₂；相同热成熟度条件下，Ⅱ型干酪根生成有机CO₂的量较Ⅲ型的少；CO₂中碳同位素与CO₂的成因密切相关，随有机质热成熟度的增加，同种类型有机质生成的有机CO₂相对富集¹³C；无机CO₂较有机CO₂的碳同位素明显富集¹³C，随水介质的pH值降低，无机CO₂气含量、模拟温度及时间的增加，无机CO₂相对富集¹³C。实验研究结果为CO₂成因研究及其资源评价提供了实验依据。     

温室气体CO2与钠长石相互作用实验研究

为寻求减缓全球变暖的途径,利用高压釜,开展不同温度下(75、100、125、150和175℃)CO₂与钠长石的水热实验研究,以探讨CO₂在长石砂岩中地质封存的可能性。结果表明,随着温度的升高,钠长石溶蚀强度逐渐增强,在150℃左右开始有菱镁矿、菱铁矿等碳酸盐矿物生成,175℃新矿物生成量增加,这表明CO₂能够以碳酸盐矿物的形式在含钠长石的长石砂岩中以矿物的形式被“固定”,其被“固定”的温度在150℃左右。     

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。     

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。     

煤层CO2地质封存的微观机理研究

煤层CO₂地质封存可实现CO₂减排和增产煤层气双重目标,是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言,煤的微孔极其发育,煤层CO₂封存机制与煤中气、水微观作用关系密切,其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础,构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型,进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO₂和水的润湿行为,揭示煤层CO₂注入后引起的水润湿性变化规律,初步阐明煤层CO₂封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明：(1)影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团,其含量越高煤的润湿性越强;(2)煤中注入CO₂后,CO₂通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附,从而减小水在煤表面润湿性;(3)随注入压力增大和温度降低,煤表面CO₂吸附量增多,对氢键破坏作用增强,润湿性减弱越明显;(4)亲水性煤层CO<...     

中国西北地区超基性岩封存CO2潜力研究

超基性岩可通过碳酸盐化生成稳定的碳酸盐矿物，它是一种以地球化学手段有效且永久封存CO₂的矿物。在自然界中矿物封存CO₂可通过风化作用自发发生，人工干预能进一步提升碳酸盐化反应效率，促进工业化进程。笔者基于最新1∶100万西北地质图及数据库，试图对西北地区分布的超基性岩的封存潜力进行理论评估。结果表明，西北地区超基性岩封存CO₂量可达963.23亿t，其中新疆超基性岩CO₂封存量最大，可达613.52亿t，占西北地区总封存量的63.69%。西北地区超基性岩封存CO₂量大致相当于全国2021年CO₂排放量的10倍，在完全释放其固碳潜力的情况下，初步静态估算可封存全国CO₂排放量约10年。因此，西北地区超基性岩封存CO₂潜力巨大。未来，应针对单个超基性岩体收集已有大比例尺精细基础地质调查数据，并补充性开展调查及研究工作，进一步圈定CO₂地质封存的有利靶区，促进超基性岩封存CO₂