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CO₂的泄漏产生了明显的物理化学响应, 包括现象独特的井筒间歇喷发(喷发200 s和停止130 s), 地下水水化学特征的变化(比如pH值的降低(小于7), 电导、HCO_3-、Ca2+的升高和氧同位素的漂移), 以及地表大面积特征明显(比如气泡构造)和成分以方解石为主的钙华。该场地天然CO₂泄漏特征与美国Utah场地具有很高的相似性。研究成果不仅能为CO₂地质封存的泄漏风险评价提供天然类比知识, 而且还有助于了解地球深部地质活动。