定量重建黄土高原末次间冰期土壤呼吸CO2浓度

成壤碳酸盐气压计(paleosol carbonate CO₂ barometer)是定量恢复古大气CO₂浓度的重要方法, 但是目前重建结果仍然存在较大的不确定性, 主要原因是土壤呼吸产生CO₂(简称S (z))的数值分布范围较大。S (z)在古土壤中不能直接测量, 它受古降水影响具有明显的空间分异特征。中国黄土高原广泛分布的成壤碳酸钙结核是土壤呼吸作用和淋溶再沉淀的产物, 具有恢复长时间序列古大气CO₂浓度的潜力, 但是目前各指标方法恢复的S (z)存在差异。本研究利用黄土高原7个末次间冰期(对应古土壤S₁层)剖面的成壤碳酸钙结核恢复黄土高原S (z)值的空间变化规律, 并对比不同指标方法恢复的S (z)。结果显示: 黄土高原S (z)呈现出南部高于北部的特征, 南部剖面S (z)的平均值为848±170ppm, 北部剖面S (z)的平均值为539±87ppm。这个趋势与暖季平均降水量的空间变化趋势一致。本研究确定黄土高原S (z)的空间变化范围, 为利用黄土碳酸盐重建古大气CO₂浓度提供可靠的参数限制。

     

基于银杏类化石Baiera furcata气孔参数定量 重建中生代古大气CO2浓度变化

大气CO2与地球温室气候变化有密切的关系,化石植物气孔参数已被证明是一种较精确重建古大气CO2的生物指标。从甘肃下侏罗统大西沟组、中侏罗统窑街组和内蒙古霍林河下白垩统霍林河组采集了角质层保存完好的B. furcata,对其表皮构造进行了细致分析,详细统计了该种下表皮的气孔参数。应用B. furcata与它最近现存亲缘种Ginkgo biloba的气孔比率,定量重建了早侏罗世Toarcian、中侏罗世Aalenian和Bajocian以及早白垩世Hauterivian的古大气CO2浓度,它们分别是(1263±71)×10﹣6、(1388±24)×10﹣6、(1599±31)×10-6和(1899±198)×10﹣6,结果与Berner全球碳平衡模型GEOCARB I—Ⅲ中CO2浓度变化曲线吻合,证明B. furcata是恢复古大气CO2浓度的良好生物指标。结合我们以前利用陆生植物恢复中生代古大气CO2浓度的结果,发现恢复的中生代大气CO2值均在GEOCARB I—Ⅲ模型中的低值区内,据此推测中生代陆相环境大气CO2要低于海相环境的值。此外,在各地的B. furcata下表皮中均发现了气孔簇,认为这是B. furcata对环境适应的结果。     

大气中CO2浓度的全球监测现状

较系统地介绍了大气中ＣＯ＿２浓度（主要是ＣＯ＿２大气背景浓度）的全球监测进展现状。重点阐述了ＣＯ＿２浓度的全球监测网、监测方法、ＣＯ＿２同位素监测、监测质量控制以及ＣＯ＿２监测资料管理等问题的进展状况，分析讨论了当前ＣＯ＿２浓度全球监测中存在的问题和发展前景。     

恢复地史时期大气CO2浓度的新指标: 苔藓植物化石

在中国已知最好的苔藓植物化石产地之一河北蔚县, 采集了大量中侏罗世的苔藓植物化石, 选取了3种保存较好的数十块苔类植物化石进行实验室分析处理, 测定了它们的碳同位素组成, 并计算出Δ13C, 运用国际学术界古大气CO₂浓度的最新研究成果, 即通过地质学、植物学、植物生理学、地球化学和概率统计学的多学科交叉研究, 利用苔藓植物化石有机碳同位素判别这一全新指标和重建古大气二氧化碳的模型——BRYOCARB, 恢复出中侏罗世的古大气CO₂浓度约为705(BRYOCARB_NP)或566(BRYOCARB_P)μmol/mol, 结果表明苔藓植物化石是恢复地质历史时期大气CO₂浓度变化的有效新指标.      

国内外CO2地质封存潜力评价方法研究现状

碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术作为缓解全球气候变暖、减少CO2排放的有效路径之一,其潜力评估至关重要。目前CCS技术主要包括CO2强化石油(天然气)开采封存技术、CO2驱替煤层气封存技术以及咸水层CO2封存技术3类。各类封存技术利用了不同的封存机制,其潜力评估方法也略有差别。油气藏封存和咸水层封存主要利用了构造圈闭储存、束缚空间储存、溶解储存、矿化储存等封存机制,煤层气封存主要利用了吸附封存机制。国内外学者和机构针对各类封存技术提出了相应的计算方法,依据其计算原理可归纳为4类: 物质平衡封存量计算法、有效容积封存量计算法、溶解机制封存量计算法以及考虑多种捕获机制的综合封存量计算法。通过对各类经典方法及其计算原理进行综述,剖析潜力封存量计算方法的内涵原理和应用场景,分析了CO2地质封存潜力评价方法在实际应用中面临的问题,有助于提升我国的CCS潜力评价质量。     

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。     

卫星遥感探测大气CO2浓度研究最新进展

大气CO₂是一种重要的长寿命温室气体,卫星遥感探测大气CO₂浓度,可以连续地获得其全球时空分布变化情况,进而提高对大气CO₂源汇分布及区域和全球碳循环的认识,进一步增强对全球气候变化的研究和预测。卫星遥感探测大气CO₂浓度已经开始成为一个新的研究领域,文章综合论述了利用卫星平台遥感探测大气CO₂浓度分布的最新研究状况。首先简单地叙述了现阶段对大气CO₂浓度时空分布和变化情况的直接仪器观测结果,在此基础上比较全面地综述了卫星遥感测量大气CO₂浓度的主要方法及获得的结果,包括利用近红外反射太阳光谱或地气热红外发射辐射光谱及两者的组合进行得模拟和卫星实测反演研究,最后简单地进行了总结和展望。     

大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区.     

用树轮δ13C重建1685年以来的大气CO2浓度变化趋势

对采自浙江西天目山地区的3株柳杉树盘,交叉定年后,测定了3株树轮^δ13C的年序列,分析了3株树轮^δ13C序列中所含的共同环境变化信息。用二项式拟合法去除气候因素引起的3个^δ13C序列的高频变化,得到3个低频变化序列。分析了theLowDome冰芯记录的大气CO₂浓度与树轮^δ13C序列低频变化趋势的关系,建立了相应的转移函数,重建了天目山地区1685年以来大气CO₂浓度变化。结果表明:用3株树轮^δ13C序列重建的结果有较好的一致性,并与南极冰芯的记录及前人研究结果有很好的吻合。这一结果表明用同一地区不同树木个体的树轮^δ13C序列的低频变化序列可以重建出基本一致的大气CO₂浓度变化历史。     

用树轮δ13C重建1685年以来的大气CO2浓度变化趋势

对采自浙江西天目山地区的3株柳杉树盘,交叉定年后,测定了3株树轮δ13C的年序列,分析了3株树轮δ13C序列中所含的共同环境变化信息。用二项式拟合法去除气候因素引起的3个δ13C序列的高频变化,得到3个低频变化序列。分析了theLowDome冰芯记录的大气CO2浓度与树轮δ13C序列低频变化趋势的关系,建立了相应的转移函数,重建了天目山地区1685年以来大气CO2浓度变化。结果表明:用3株树轮δ13C序列重建的结果有较好的一致性,并与南极冰芯的记录及前人研究结果有很好的吻合。这一结果表明用同一地区不同树木个体的树轮δ13C序列的低频变化序列可以重建出基本一致的大气CO2浓度变化历史。     

Quantitative Analysis of Paleoatmospheric CO2 Level Based on Stomatal Characters of Fossil Ginkgo from Jurassic to Cretaceous in China

A better theoretical and practical understanding of the linkage between paleo-CO2 and climate during geological history is important to enhance the sustainable development of modern human society. Development in plant physiology since the 1980s has led to the realization that fossil plants can serve as a proxy for paleoatmosphere and paleobiosphere. As a relict gymnosperm with evolutionary stasis, Ginkgo is well suited for paleoenvironmental reconstruction. This paper analyzes fossil Ginkgo species from integrated strata in the north of China using anatomic data of plant physiology. Using stomatal parameters, a trend for the paleo-CO2 level during the Early-Middle Jurassic and the Early Cretaceous was obtained, which is consistent with the estimates by GEOCARB. The trend is also similar to that of Mean Global Surface Temperature in geological time. Compared with three other atmospheric CO2 concentration parameters, the trend of paleo-CO2 level based on the stomatal parameter of the fossil Ginkgo specimens from three contiguous strata is more exact.     

从树轮纤维素δ13C序列看树木生长对大气CO2浓度变化的响应

在新疆昭苏树轮碳同位素组成研究的基础上，初步分析了近280a以来云杉内外CO2浓度比（Ci/Ca)，云杉内部CO2浓度（Ci)和水分利用效率（A／g)的变化，结果表明，在整个分析时段内Ci/Ca相对恒定在0．52左右，暗示树木生长对大气CO2浓度升高的基本响应策略；Ci和A/g都有较明显的升高趋势，说明可能有更多的碳被固定在树木之中，进一步分析表明，它们的这种趋势与大气CO2浓度变化有关，从另一个侧面证明了人类活动释放的碳有一部分被树木吸收。     

玄武岩CO2矿化封存潜力评估方法研究现状及展望

二氧化碳地质封存是实现减排增汇的重要技术选择,能够将CO₂长期、安全地封存在地下岩层中。常规的CO₂封存地质体包括地下深部咸水层和枯竭油气藏,玄武岩是近年来逐渐受关注的新一类CO₂封存地质体,进一步丰富和拓展了CO₂地质封存的技术手段和碳汇潜力。封存潜力评估是CO₂地质封存技术发展的重要基础工作之一,文章系统梳理国内外玄武岩矿化封存潜力的评价方法,对比分析各类方法的原理机制和应用情景,并以冰岛活动裂谷带玄武岩为例应用、对比各类方法。研究认为目前玄武岩矿化封存潜力评估方法一般包括三类：(1)单位矿化法：基于玄武岩单位体积或单位反应面积的固碳量开展潜力评估;(2)矿物置换法：基于玄武岩中可固碳矿物的总量开展封存潜力评估;(3)孔隙充填法：基于CO₂矿化后产生次生矿物所占岩石孔隙体积比例的上限值开展封存潜力评估。单位矿化法的评估数据需进行系统的实验分析,增加了潜力评估的难度。当玄武岩储层孔隙度较大、可固碳矿物含量相对较小时,矿物置换法较为合适;反之,孔隙充填法更...     

二氧化碳地质封存环境监测现状及建议

CO2地质封存是应对全球气候变化的新举措,许多国家都开展了相关的工程项目或研究。环境监测作为验证场址在当前以及较长一段时间后的合理性和安全性的重要手段,是工程实施的重要工作。对国内外CO2地质封存环境监测的相关工作以及项目所采用的监测技术进行总结,并利用监测选择工具MST得出中石化胜利油田CO2-EOR项目适用的监测技术,在此基础上提出该项目背景监测的对象、技术和频率等框架,为项目监测工作的开展提供参考依据,最后简略提出环境监测工作的方法和大纲。     

Rapid late-glacial atmospheric CO2 changes reconstructed from the stomatal density record of fossil leaves

The Younger Dryas stadial (11 000-10 000 yr BP) was an abrupt return to a glacial climate during the termination of the last glaciation. We have reconstructed atmospheric CO₂ concentrations from a high-resolution sequence of fossil Salix herbacea leaves through this climatic oscillation from Kråkenes, western Norway, using the relationship between leaf stomatal density and atmospheric CO₂ concentration. High Allerød CO₂ values (median 273 ppmv) decreased rapidly during 130–200 ¹⁴C-years of the late Allerød to ca. 210 ppmv at the start of the Younger Dryas. They then increased steadily through the Younger Dryas, reaching typical interglacial values once more (ca. 275 ppmv) in the Holocene. The rapid late Allerød decrease in CO₂ concentration preceded the Younger Dryas temperature drop, possibly by several decades. This striking pattern of changes has not so far been recorded unambiguously in temporally coarse measurements of atmospheric CO₂ from ice cores. Our observed late-glacial CO₂ changes have implications for global modelling of the ocean-atmosphere-biosphere over the last glacial-interglacial transition.     

高温高压下CO2在水中溶解度实验及理论模型

利用自行研制的高温高压反应釜,在不同温度、压力和矿化度条件下测试CO₂在地层水中的溶解度。实验结果表明:温度一定的条件下,CO₂在水中的溶解度随压力的增加而增加;压力一定的条件下,CO₂在水中溶解度的主要变化趋势为随温度的增加而降低,当温度大于100℃、压力在22 MPa左右时,CO₂在地层水中的溶解度将发生异常,出现低压(小于22 MPa)时随温度的增加而降低,高压(大于22 MPa)时随温度的增加而略微升高;在温度压力都一定的条件下,CO₂在水中的溶解度随矿化度的增加而降低。并且,在新测得的实验数据和已有的实验数据的基础上,通过修正PR-HV状态方程中的参数,建立了一个能够精确计算CO₂在水中溶解度的模型;并将该模型与其他模型对比。对比结果表明,该模型计算精度最高,平均相对误差仅为2.69%。     

獐儿沟煤矿CO2突出机理及防治研究

通过长期的生产实践和总结事故的教训,分析了兰州市红古区獐儿沟煤矿南翼采区地质构造特征,煤层赋存状况及煤层中高CO2区的分布规律和突出机理。认为防治CO2突出,必须加强地质工作,查清CO2赋存规律,开展瓦斯预测预报,并有计划地做好抽、排放工作。     

Status and Advances of Abandoned Process of Wells for CO2 Geological Storage

With the rapid development of CO₂ geological storage and utilization (CCS/CCUS), the abandoned well in the sites of CCS/CCUS projects is becoming an important subject to be solved to check whether it can effectively block the residual CO₂ or not. Up to now, the abandoned process of wells in the field of oil and gas in China and abroad have gained mature operation technology and rich experience. However, in the field of CCS/CCUS, there is only a small number of global public instances about the abandoned process of operational wells of CO₂ including CO₂ injection wells and CO₂ monitoring wells, and the domestic instance is still blank. In this paper, we firstly summarized the required demands, materials, cases of operational experiences, and monitoring requirements of the abandoned process of operational wells of CO₂ in the developed countries, e.g. the Netherlands, the United States and Canada. Then, we figured out the status of the abandoned process of domestic wells in oil and gas industry. Finally, we concluded the differences of the abandoned process between operational wells of CO₂ and traditional wells of oil and gas, and proposed some recommendations for the abandoned process of operational wells of CO₂ in the current and future CCS/CCUS projects in China. This study has important implications for the upcoming abandoned process of all the operational wells at Shenhua CCS demonstration site in 2016.     

CO2注入岩体的热-气-应力耦合二维弹塑性有限元分析

目前国内关于CO2地质埋存课题的研究已经起步,其中与岩石力学有关的工作急需加强。为此,考虑到向含气地层中注入CO2时岩石、气体和温度的相互作用,将CO2视为理想气体,使用Drucker-Prager屈服准则和‘无拉应力’判据,建立了一个热-气-应力耦合模型并研制了相应的二维有限元程序。假定了一个由下部注入层和上覆冠石层组成的CO2埋存地质系统,以此为数值模拟的对象,分析了CO2在不同的注入速率和注入时间条件下岩体的中的位移、应力、受拉与塑性破坏区的变化和分布情况,结果显示,为保证CO2注入岩体的稳定,应优择最佳的注入速率和注入时间。