超临界CO2增强热卤水开采模型研究

面对全球气候变化和能源紧缺的巨大压力,CO₂地质利用技术成为研究的焦点。为了实现CO₂减排及资源化利用,提出了利用超临界CO₂增强卤水提取和地热能开采的CO₂地质利用集成系统的概念。通过建立CO₂注入热卤水储层的质量平衡模型,分析了不同流量的卤水生产、CO₂注入以及储层边界流对储层变化的影响,初步评估了该系统的CO₂封存量、卤水提取量以及储层流体组成变化的时间尺度。研究表明,注入CO₂提供了热卤水层的压力维持,促进卤水和地热资源的可持续开采,对于江陵凹陷研究区9×108 m3的储层有效体积,注入9.95×106 t CO₂可提取17.12×106 t卤水,时间尺度超过30 a。对于50~1 000 kg/s的卤水生产速度,可以产生0.9~18.8 MW电力。同时,该技术增加了CO₂的封存容量和效率,有利于CO₂大规模安全封存,经济和环境效益显著。      

深部咸含水层CO2 注入下压力抬升与流体迁移的大尺度模拟研究:以松辽盆地为例

地下深部封存CO₂ 已经被公认是人类削减温室气体排放的一条有效而又科学的途径。深部咸含水层CO₂ 地质封存因
封存潜力巨大,技术可行,且已有实际的工程运行,因而备受关注。松辽盆地是中国潜在的CO₂ 储存场地之一,选择松辽盆地为
大尺度模拟研究对象,选取姚家组砂岩层为储层,选取嫩江组泥岩为盖层,运用TOUGH-MP并行计算代码建立了覆盖整个松辽
盆地的三维地质模型,在中央凹陷区开展大尺度CO₂ 注入模拟研究,包括CO₂ 运移、储存、地层压力提升以及储存安全性等问题。
模拟结果表明:持续注入100a后形成的CO₂ 羽远小于产生的压力积聚区影响范围。注入产生的压力抬升将在注入停止后迅速
消散,不会对区域地层压力和浅层地下水系统产生显著影响。在千年之内注入的CO₂ 将随着时间持续,逐渐溶解于水中,而不会
因盖层微弱的渗透性而逃逸。      

二氧化碳注入地下咸水层析盐现象研究进展

把CO₂ 注入深部咸水层进行埋存,是减缓温室效应的一个重要途径。CO₂注入地下咸水层后咸水中析出的盐会堵塞
地层孔隙而严重影响注入效率。理解析盐产生的条件、发生的过程以及盐在孔隙结构中的分布对含水层孔渗性的影响十分必要。
在总结国内外CO₂ 注入地下咸水层析盐研究现状的基础上,分析了析盐发生的条件及析盐效应,指出需要通过实验模拟和数值
模拟等手段研究毛细压力、重力、黏滞力协同影响下不同的多相流动体制对析盐过程的控制,把握析盐现象的发生、分布及其对介
质孔渗性的影响规律。      

西宁盆地南部天然CO2泄漏和浅部含水层响应

CO₂地质封存是重要的CO₂减排技术之一,其中泄漏风险评价是该技术实施的关键,而天然CO₂泄漏研究是获取泄漏评价关键信息的重要手段。通过野外调查,现场测量以及水样、气样和岩样的采集和测试,分析了西宁盆地南部CO₂的来源、泄漏特征和其泄漏到浅部含水层后相关的响应规律。结果显示西宁盆地南部发现了多处天然CO₂泄漏,包括高含CO₂的泉、废弃钻孔的间歇水气喷发和CO₂井喷等多种形式的泄漏显示,以及与之伴随的较大范围的钙华。气体中CO₂占绝对含量,CO₂碳同位素介于-2.5‰～-0.4‰,指示泄漏的CO₂来源于深部无机成因,并通过深部断层泄漏进入浅部承压含水层,与地下水一起径流、排泄或在浅部二次聚集。CO₂泄漏区域土壤²²²Rn浓度异常(超过9 000 Bq/m³),这可作为识别隐伏泄漏通道的重要方法。地下水对CO...     

大气CO2浓度非均匀分布及其对地表升温影响的研究进展与展望

在气候变化和全球治理挑战日益严峻的背景下,CO₂排放及代价评估日益受到学术界和决策者的关注。当前全球范围包括联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估在内的几乎所有研究都是基于全球平均CO₂浓度来驱动气候模式的,但基于全球CO₂平均分布设定开展模拟影响评估在学术界多有争议。首先,综述了大气CO₂非均匀分布的证据,评述了大气CO₂浓度非均匀分布与地表升温过程的互馈机制。其次,从自然和人为2个维度,梳理了大气CO₂浓度非均匀分布形成的原因,并评估了其对地表升温的影响。最后,评述了当前大气CO₂浓度非均匀分布研究中存在的问题,进一步展望了其发展趋势,为把握全球与区域碳排放现状及气候变化影响提供科学判据。     

对流层中层与近地面大气二氧化碳浓度的比较研究

通过地基观测站点的实测数据,首次证实大气温室效应是由人为排放造成的,地表能量平衡受二氧化碳（CO₂）浓度水平的影响。因此,分析CO₂浓度时空分布特征,从而探究其源汇、控制其排放尤为重要。本文采用AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）对流层中层CO₂浓度数据及GOSAT（Greenhouse gases Observing SATellite）近地面CO₂浓度数据,对比研究了CO₂浓度在对流层中层及近地面的时空分布特征差异。结果表明,AIRS探测到的对流层中层CO₂浓度,在时空上普遍高于GOSAT探测到的近地面CO₂值,高值区位于30°~90°N,浓度多集中在390~395 ppm,这与AIRS探测的对流层中层CO₂浓度已充分混合相关;而GOSAT CO₂浓度高值区则位于热带、亚热带人口众多的地域,如非洲和中国东部沿海地区等人类活动活跃地带,这也表明GOSAT探测近地面CO₂的重要性,其可弥补地基站点测量在空间分布上的不足。本文进一步对比分析了CO₂浓度在海陆及南北半球的差异特征及影响原因,CO₂在海洋及陆地区域的平均浓度具有相似的时间波动特征,但其浓度在陆地几乎始终高于海洋,这与人类活动释放大量的CO₂密切相关。CO₂浓度在南北半球存在明显的差异,这是因为南半球的季节变化规律与北半球相反,且由于化石燃料燃烧及土地利用变化等主要集中在北半球,因而北半球CO₂浓度高于南半球。此外,本文还对NUCAPS（NOAA/NESDIS/STAR NOAA Unique CrIS/ATMS Processing System）反演得到的CrIS（Cross-track Infrared Sounder）CO₂柱平均浓度及廓线产品做了初步分析,发现其与AIRS、GOSAT CO₂分析结果一致。     

CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO₂与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统（EGS）渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO₂-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO₂基增强型地热系统CO₂-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO₂-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO₂-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO₂作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO₂的热动力学特征、换热效率,CO₂-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO₂-EGS经济性的因素,以及CO₂-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO₂-EGS的开发奠定基础。      

地表CO2浓度分布模拟试验及分析

如何获取CO₂浓度时空分布特征,是气候变化研究中的一个关键问题。本文基于中国碳卫星在吉林航飞试验区的地面观测数据,分析地表CO₂浓度与环境变量的相关关系,运用多元线性回归与HASM高精度曲面建模相结合的方法,模拟航飞区地表CO₂浓度分布格局。结果表明：CO₂浓度空间分布受气象条件的影响较大,短波辐射是影响CO₂浓度的重要因素;第1时段整体浓度最高,特别是在西部区域;第2时段CO₂浓度高值区东移,呈现西低东高的分布特点;第3时段浓度空间分布与第2时段有类似的特征,但细节存在差异,且高值区缩小;精度对比显示在采样点较少及采样密度不大的情况下,HASM方法的模拟误差小于Kriging方法。因此,这种使用多元线性回归模型通过引入环境变量获得高分辨率趋势面,结合HASM模型进行修正残差提高模拟结果精度的手段,可作为模拟地表CO₂浓度时空分布的有效方法。     

岩溶碳循环及碳汇效应研究与展望

碳酸盐岩风化是全球碳循环的重要组成部分,具有大气与土壤CO₂汇效应,受生态系统因子驱动与全球变化影响,岩溶地区碳汇具有地表和地下双碳汇特征。简要介绍岩溶碳循环与全球变化关系,论述岩溶碳汇的相关科学问题和主要进展,分析岩溶增汇潜力与土地利用变化,进一步提出基于岩溶关键带理念的碳酸盐岩风化过程概念模型。碳酸盐岩风化产生的碳汇可能是全球碳循环“遗漏碳汇”的贡献者,同时具有缓解土壤CO₂向大气释放的作用,进而成为全球碳循环模型中“土地利用变化项”(E_LUC)的重要调节者(减源效应)。碳酸盐岩风化过程能快速响应短时间尺度变化环境因子,是岩溶关键带中连接生物、水文与地球化学过程的核心驱动机制。岩溶碳循环可理解为是土壤-生态系统碳循环的延伸或横向组成部分,共同组成岩溶地区完整的陆地浅表层碳循环系统。碳酸盐岩风化对大气CO₂浓度上升的负反馈效应,石漠化治理与生态修复工程的持续推进,蕴藏着巨大的岩溶固碳增汇潜力。应加强土壤CO₂季节及其区域变化监测与研究,构建基于土壤CO₂...     

珠江口盆地CO2分布特征与成藏机制浅析

珠江口盆地多个凹陷均有钻井钻遇CO₂气体, 个别井钻遇的CO₂体积分数高达90%以上, 这些CO₂气体直接驱替了早期油藏或影响了油气充注规模, 增加了勘探风险。运用钻井数据、地球化学分析数据、重磁研究结果, 通过分析CO₂分布特征, 总结CO₂分布与断裂、火成岩的关系, 明确CO₂分布的主控因素, 预测珠江口盆地高CO₂风险带的分布。研究表明: 珠江口盆地对油气成藏有影响的CO₂主要为无机幔源成因, 受区域盖层和储层的控制, CO₂主要分布在上渐新统到下中新统地层及以下地层, 向上CO₂逐渐减少, 同时无机幔源CO₂分布明显受控于断裂体系, 与基底断裂和火成岩体具有较好的对应关系。无机CO₂气源主要为幔源岩浆的脱气作用, 垂向运移主要受不同级别断裂控制, 尤其该区深大断裂和基底长期活动断裂起到了很大作用, 因此幔源岩浆活动与断裂体系是CO₂汇聚的主控因素。由于珠江口盆地不同凹陷结构差异的影响, 幔源CO₂运聚成藏机制可概括为两类: 一是在北部坳陷带, 地壳厚度大, CO₂沿着深大断裂逐级向中上地壳运移形成"中转站", 然后在基底断裂的沟通下向浅层运移成藏; 二是在珠二坳陷, 由于地壳减薄作用, 并且发育拆离体系, 幔源岩浆首先到达拆离面, 脱出的CO₂沿着拆离面运移, 当遇到深切至拆离面的断裂后继续向浅层运移成藏。基于以上分析并结合运聚条件预测出珠江口盆地分布着7个高CO₂风险带, 这7个高CO₂风险带均位于深大断裂带附近, 并且周边火成岩较为发育。      

珠江口盆地白云-荔湾深水区幔源CO2充注的黏土矿物成岩响应

珠江口盆地白云-荔湾深水区油气勘探中钻遇大量高含量CO₂气层,使得如何规避高CO₂风险成为当前面临的挑战。通过工区充注CO₂的储层砂岩黏土矿物X射线衍射（XRD）、流体包裹体显微测温和稀有气体同位素组成等分析,明确了幔源无机CO₂的成因,并运用黏土矿物特征讨论高温幔源无机CO₂充注的黏土矿物成岩响应:有序带倒转和大量自生高岭石的生成。依据CO₂气井的XRD全定量分析数据剖面图将幔源无机CO₂气层段的黏土矿物组合分为3类:Ⅰ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~25%之间,有序度处于R₂~R₃带,高岭石体积分数高;Ⅱ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~15%,有序度为R₂~R₃带,自生高岭石体积分数低;Ⅲ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于50%~60%,有序度为R₀带,高岭石体积分数低。总结出幔源CO₂在珠江组和珠海组中存在2种运聚模式:一是幔源CO₂通过与基性岩浆连通的深大断裂垂直向上运聚;二是垂直向上运移后通过连通砂体侧向长距离运聚。研究结果对珠江口盆地白云-荔湾深水区下一步油气勘探规避高含量CO₂风险具有指导作用。      

砂岩含水层CO2封存中考虑盐沉淀反馈作用的数值模拟:以鄂尔多斯盆地为例

盐沉淀是含水层CO₂封存中需要关注的问题。当前,大多数数值模拟没有考虑盐沉淀引起的地层孔隙度和渗透率变化对流体流动的反馈作用。以鄂尔多斯盆地刘家沟组地层为例,利用TOUGH2软件建立了一个二维模型。通过修改程序源代码,使得模型能考虑盐沉淀对流体流动的反馈作用。模拟结果表明,刘家沟组地层在CO₂注入20 a时,盐沉淀的反馈作用使得注入井附近地层压力提升达到了0.87MPa,储层注入性损失7.17%。地层水盐度对盐沉淀及其反馈作用的影响最大,CO₂注入速度的影响次之,地层渗透率的影响最小。在地层水盐度较高时,固体盐饱和度显著增加,从而造成地层渗透率明显下降。当地层水盐度为0.24时,盐沉淀造成注入性损失45.32%,引起的地层压力提升达到了12.14MPa。因此,需要特别关注高盐度地层水引起的盐沉淀及其反馈作用。     

二氧化碳羽流地热系统中井间距和储层渗透率对热提取率的影响:以松辽盆地为例

二氧化碳羽流地热系统(CPGS)是一种新的地热能的开采技术,其以超临界CO₂作为地下热能载体,利用天然孔隙介质,实现深部地热资源的提取与CO₂地质储存的双重目的。以松辽盆地中央凹陷区泉头组三、四段为目标储层,运用TOUGH2/ECO2H软件建立了平面二维羽流地热模型,且对地下载热流体进行了数值模拟,定量分析了注入井与生产井井间距离以及储层渗透率对热提取率的影响。模拟结果显示,羽流地热系统的热提取率随着注入井与生产井的井间距离和储层渗透率的增大而增大。为提高CO₂羽流地热系统的能量输出,应选择“中等渗透率(模型为10-15~10-14m2)、注入井与生产井的井间距离长(模型为707.10 m)”的地层作为热储层。      

阿尔及利亚In Salah油田CO2地质封存示范工程的启示

阿尔及利亚In Salah油田CO₂地质封存工程是全球首个陆地具有工业规模的CO₂地质封存示范工程,具有断裂特征复杂、地质力学响应明显、监测方案多样等特点。通过对该示范工程进行解剖,分析了整个项目在地质特征、地质力学分析、注入方案、监测方案等方面的经验和教训,讨论了碳捕获、利用与封存(CCUS)示范工程面对的挑战和启示。结果表明：(1)断裂复杂的场地可用于CO₂地质封存,但CO₂注入前期需制定相应的监测方案,明确具体渗漏风险,后期在运行阶段进行调整;(2)基于CO₂地质封存的安全性考虑,定期进行风险评估,需对储层、盖层的地质和地质力学进行详细的表征,建立考虑安全性的地质-渗流-应力耦合模型;(3)合成孔径干涉雷达测量(InSAR)数据对于明确CO₂注入的地质力学响应非常有利,但需要与高精度的储层、盖层数据相结合。这对于开展“双碳”目标下CCUS示范工程具有重要意义,可以为国内今后开展CCUS或CO₂捕集或封存(CCS)大型示范工程提供...     

巴西桑托斯盆地C区块火成岩发育特征及对油气成藏的影响

桑托斯盆地盐下碳酸盐储层中火成岩分布广泛,以盆地C区块为解剖区,通过对区内火成岩岩石学、年代学以及CO₂气体同位素测试分析等,明确了区内火成岩发育特征,剖析了其对油气成藏的影响。C区块至少经历了阿普特期和圣通-坎潘期2期岩浆活动,其中阿普特期岩浆以喷发岩为主,经历了多次喷发,并伴有多次侵入;圣通-坎潘期岩浆规模较小,侵入比较随机。阿普特期岩浆多次喷发改造古地形,形成局部凸起,促成并控制了Itapema组介壳灰岩的沉积发育,形成了巨厚的火山岩-介壳灰岩复合体,不仅造成了局部构造反转和圈闭高点迁移,而且也促成了Barra Velha组优质微生物灰岩的发育。区块北翼属早期古隆,Barra Velha组也发育一定规模微生物灰岩滩体。圣通-坎潘期及之后岩浆活动伴生的CO₂大规模侵入,对烃类流体进行萃取和抽提改造,形成含凝析油的CO₂气藏。      

土壤中CO2、SO2和H2S气体测量:一种适用于覆盖区找矿的化探方法

为了研究CO₂、SO₂和H₂S气体测量方法在覆盖区隐伏矿勘查的应用效果,采用气体快速分析仪对内蒙古拜仁达坝银铅锌矿、江西景德镇朱溪钨铜矿和江西乐平月形铜矿开展了CO₂、SO₂和H₂S气体测量试验性研究。结果表明,采用CO₂、SO₂和H₂S气体测量,能有效发现隐伏矿的信息,勘探深度能达到1 000 m。该方法操作简便,可以现场读数,是一种非常有前景的覆盖区找矿方法。      

CO2协同低温有水对卵形鲳鲹麻醉保活效果的影响

【目的】探究二氧化碳CO₂麻醉协同低温对卵形鲳鲹有水保活的影响,延长卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)的保活时间。【方法】研究保活过程中CO₂质量浓度、麻醉时间、麻醉温度和鱼质量水比对卵形鲳鲹有水保活时长的影响;在最佳麻醉保活条件下,测定其血清生化指标、肌肉及肝脏氧化应激指标及代谢指标。【结果】卵形鲳鲹在16℃、100 mg/L CO₂水溶液中麻醉3 min其麻醉效果最佳。在15℃低温下进行有水保活,鱼水质量比为2∶1,存活时间最长,为(359±2)min,此条件下复苏率达100%。经过CO₂麻醉协同低温有水保活后的卵形鲳鲹血清谷草转氨酶(GOT)活性显著升高(P<0.05)、尿素氮(BUN)和甘油三酯(TG)含量上升,血糖含量下降。肌肉中的乳酸脱氢酶(LDH)活性显著上升(P<0.05),乳酸(LD)和糖原含量上升,过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量下降;肝脏中的LDH活性显著上升(P<0.05)、CAT活性和LD的含量上升,MDA和糖原的含量下降。【结论】CO₂协同低温有水对卵形鲳鲹有较好的麻醉效果,有助于保活运输。在保活过程中卵形鲳鲹通过提升能量代谢水平和抗氧化能力应答环境应激,在一定程度上影响卵形鲳鲹保活过程的存活时间。     

蓝细菌钙化作用

蓝细菌钙化作用,是一种主要通过光合作用吸收CO₂ 和 HCO-₃并产生鞘内的pH值变化来实现诱导碳酸盐矿物沉淀的重要机制。蓝细菌钙化产物是那些谜一样的化石,如葛万菌、附枝菌、肾形菌。钙化蓝细菌化石的地史分布表明,蓝细菌钙化作用与海水化学条件及大气圈CO₂和O₂含量的长时间变化存在着成因联系,从而成为重要的生物沉积现象。多年的研究表明,当p(CO₂)分压下降到10 PAL(present atomosphere level)以下及p(O₂)分压上升时,诱导了蓝细菌鞘内二氧化碳浓缩机制(CCMs)的形成。CCMs促进的活体内鞘的钙化作用,与大气圈的CO₂浓度有着直接的生态生理学联系。在1.2 Ga最早的活体内钙化蓝细菌鞘可能反映了CCMs相对早期的起源。追逐蓝细菌钙化作用,不但拓宽了沉积学的研究范畴,也为了解那些谜一样的钙化化石的生物亲和性提供一些新的理念和思考途径。      

川西大邑构造须家河组应力场数值模拟

根据野外调查、钻井岩心、测井和地震解释等资料,结合构造应力场数值模拟,对四川盆地大邑地区须家河组裂缝进行了综合预测及评价。结果表明,构造裂缝的发育程度是大邑地区天然气高产的重要控制因素。川西大邑构造是龙门山前一个重要的三级构造,其须二、须三段整体为一个被F₁、F₂断层所夹持的南西扬起、北东倾伏,北西翼陡、南东翼缓的大型不对称鼻状构造。构造形成于早白垩世晚期的燕山Ⅱ幕构造运动,经历了早喜山期构造运动的进一步加强和改造,于晚喜山期最终定型。须二段Ⅰ砂组及须三段Ⅰ砂组裂缝均发育于F₁、F₂断层所夹持的构造轴部及近轴部区域,主体上呈北东向条带状展布。靠近断层带、羽状断层与主干断层形成的断块以及褶皱倾伏端裂缝相对发育,构造鞍部、斜坡裂缝发育程度则较差。      

中国区域近地面CO2时空分布特征研究

本文利用2009年6月至2010年5月日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、日本环境署（MOE）与日本环境研究（NIES）所等联合开发的全球首颗专用温室气体观测卫星“呼吸号”（GOSAT）上的被动红外探测器（TANSO）官方反演的近地面975hPa左右的CO₂浓度L4B数据产品,采用ArcGIS地统计分析方法,对比瓦里关全球大气本底站地面观测数据进行真实性检验,分析中国区域近地面CO₂浓度分布的时空变化特征。结果表明：中国区域近地面CO₂浓度空间分布集中,东高西低,差异显著;CO₂浓度具有明显的季节变化特征,月平均浓度4月份（春季）升至最高,7月份（夏季）降至最低。结合“中国统计年鉴2012”中的2009年人口密度、能源消费总量（煤）和GDP等辅助数据对比发现：导致中国近地面CO₂浓度空间分布规律的原因多种多样,不可轻易定论是人为或自然使然,需进一步深入研究。