中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程

郭建強， 文冬光， 張森琦， 許天福， 李旭峰， 刁玉杰， 賈小豐

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心， 河北 保定　071051；

2. 中國地質(zhì)調(diào)查局， 北京　100037； 3. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長春　130021)

中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程

郭建強1， 文冬光2， 張森琦1， 許天福3， 李旭峰1， 刁玉杰1， 賈小豐1

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心， 河北 保定071051；

2. 中國地質(zhì)調(diào)查局， 北京100037； 3. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長春130021)

摘要：2010—2012年，中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)完成的“全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程計劃項目”，全面建立了我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價指標體系與評價技術(shù)方法，評價了主要沉積盆地的二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性，完成了全國1∶500萬評價圖系和主要盆地評價圖集編制，圈定出一批二氧化碳地質(zhì)儲存目標靶區(qū)；構(gòu)建了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存工程選址、場地勘查與評價技術(shù)方法；與神華集團合作，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗成功實施了我國首個深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程，基本形成了我國二氧化碳地質(zhì)儲存基本理論和技術(shù)方法體系。

關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)儲存； 潛力與適宜性評價； 圖集； 示范工程； 技術(shù)方法體系

投稿日期： 2015-02-02； 改回日期： 2015-02-25。
基金項目： 中國地質(zhì)調(diào)查 “全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程”和“二氧化碳地質(zhì)儲存調(diào)查與資源化利用示范”計劃項目資助。

全球氣候變化已嚴重威脅著人類賴以生存的地球環(huán)境，減少二氧化碳排放予以應(yīng)對是世界各國保證可持續(xù)發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn)。2009年哥本哈根氣候變化峰會，我國提出到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，需要付出艱苦卓絕的努力。因此，開展全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程，對于應(yīng)對全球氣候變化、履行國際承諾、樹立負責(zé)任大國的形象和提高國際談判地位具有重大意義。2014年11月12日的《中美氣候變化聯(lián)合聲明》提出“中國計劃2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰”的減排目標，同時提出“推進碳捕集、利用和儲存重大示范”，再次肯定了二氧化碳捕集與封存(CCS)技術(shù)的重要性。

二氧化碳地質(zhì)儲存的科學(xué)原理是利用二氧化碳具有的超臨界特點，即當(dāng)溫度高于31.1℃、壓力高于7.38 MPa時，二氧化碳進入超臨界狀態(tài)，其體積也隨之急劇變小[1]。在該溫度和壓力條件下，超臨界的二氧化碳既可以像氣體一樣具有較好的可壓縮性，有助于注入的二氧化碳在儲層中擴散運移；又可以像液體一樣具有較大的密度(200～900 kg/m3)，有利于在相同的空間內(nèi)儲存更多的二氧化碳，從而實現(xiàn)二氧化碳地質(zhì)儲存，進而達到減少二氧化碳向大氣環(huán)境排放以應(yīng)對全球氣候變化的目的。

為充分發(fā)揮地質(zhì)工作在應(yīng)對全球氣候變化方面的優(yōu)勢，2010年5月，國土資源部下發(fā)了《關(guān)于做好“應(yīng)對全球氣候變化地質(zhì)響應(yīng)與對策”有關(guān)工作的通知》(國土資廳發(fā)〔2010〕30號)。根據(jù)通知要求，開展我國二氧化碳地質(zhì)儲存調(diào)查研究的主要目標任務(wù)是，圈定我國具有二氧化碳地質(zhì)儲存潛力的區(qū)域，選擇典型地區(qū)開展二氧化碳儲存示范工程，并初步形成二氧化碳地質(zhì)儲存基本理論和技術(shù)方法體系，為我國二氧化碳地質(zhì)儲存提供科學(xué)、技術(shù)與工程依據(jù)。為此，中國地質(zhì)調(diào)查局于2010年設(shè)立了“全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程”計劃項目，組織中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、吉林大學(xué)等20余家專業(yè)調(diào)查隊伍與科研院所近300名專業(yè)技術(shù)人員聯(lián)合攻關(guān)，取得了一系列成果。

1取得的主要成果

1.1　中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價工作劃分及框架體系

借鑒碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇(CSLF)等科研機構(gòu)[1-4]和學(xué)者[5-7]已開展的二氧化碳地質(zhì)儲存研究成果，及我國地下水、礦產(chǎn)勘查經(jīng)驗，結(jié)合我國地質(zhì)條件，集成創(chuàng)新了我國二氧化碳地質(zhì)儲存評價技術(shù)方法體系。首次將我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價階段由低到高劃分為區(qū)域級(E)、盆地級(D)、目標區(qū)級(C)、場地級(B)和灌注級(A)5個階段(圖1)，建立了不同階段相應(yīng)的評價指標及評價方法(表1)，為我國開展二氧化碳地質(zhì)儲存工程提供了技術(shù)支撐。

圖1　中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價階段金字塔示意圖Fig.1　Stage pyramid diagram of CO2geological storage potential assessment in China

表1　我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價地質(zhì)工作階段劃分及目的任務(wù)

1.2　中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價

在國內(nèi)缺乏可資借鑒的二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價標準與技術(shù)方法的研究現(xiàn)狀下，制定出切合我國地質(zhì)條件的潛力與適宜性評價技術(shù)要求，并依此完成了全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價，編制出全國性系列成果圖和盆地級圖集?！吨袊饕练e盆地二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價圖集》(以下簡稱“圖集”)是“全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程”計劃項目的主要成果之一?！秷D集》以文圖并茂的形式展示中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價的最新評價結(jié)果，反映中國二氧化碳地質(zhì)儲存基本地質(zhì)條件、潛力與適宜儲存的區(qū)域，如圖2所示。

圖2　松遼盆地二氧化碳地質(zhì)儲存適宜性評價圖Fig.2　Map of suitability evaluation of CO2geological storage in Songliao Basin1. 盆地邊界；2. 一級構(gòu)造單元界；3. 遠景區(qū)邊界；4.目標靶區(qū)；5.較適宜區(qū)；6.一般適宜區(qū)；7.較不適宜區(qū)

潛力評價結(jié)果表明，在我國盆地級二氧化碳地質(zhì)儲存潛力構(gòu)成中，按儲存介質(zhì)類型劃分，深部咸水層的儲存潛力占95.6%；油氣藏及深部不可采煤層的潛力占4.4%，表明深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存潛力巨大，遠遠超過了油田、天然氣田和煤層氣田，是未來我國實現(xiàn)規(guī)模化二氧化碳地質(zhì)儲存的主力。因此，我國若要以二氧化碳捕集與封存(CO2Captrue and Storage, CCS)技術(shù)為主來應(yīng)對氣候變化問題，僅僅依靠二氧化碳提高石油采收率技術(shù)(CO2-EOR)和二氧化碳提高煤層氣采收率技術(shù)(CO2-ECBM)等碳捕集、利用與封存(CO2Captrue, Utilization and Storage, CCUS)技術(shù)是遠遠不夠的，但因油藏、天然氣藏和煤層氣藏勘探程度高，對于開展CO2地質(zhì)儲存資源化利用工程相對有利，且具資源與環(huán)境雙贏效應(yīng)。評價發(fā)現(xiàn)我國陸域13個與海域16個沉積盆地，儲存潛力大，儲蓋層條件相對較好，應(yīng)作為下一階段調(diào)查評價的重點區(qū)域。

適宜性評價結(jié)果表明(圖3)，適宜—較適宜二氧化碳地質(zhì)儲存的盆地或一、二級構(gòu)造單元有92個(處)，總面積224.04×104km2，占全國評價盆地總面積的39%；一般適宜CO2地質(zhì)儲存的盆地或一、二級構(gòu)造單元有185個(處)，總面積181.64×104km2，占全國評價盆地總面積的31.6%；較不適宜—不適宜二氧化碳地質(zhì)儲存的盆地或一、二級構(gòu)造單元有499個(處)，總面積168.34×104km2，占全國評價盆地總面積的29.3%。另有26.96×104km2的海域沉積盆地因勘探程度低，資料匱乏，作為待評價區(qū)域有待今后調(diào)查評價。通過地質(zhì)安全性、儲存規(guī)模、社會環(huán)境風(fēng)險和經(jīng)濟適宜性等條件的綜合比選，圈定出341處二氧化碳地質(zhì)儲存目標靶區(qū)。這些目標靶區(qū)分布在69個盆地之中，總面積約51×104km2，為我國二氧化碳地質(zhì)儲存選址和相關(guān)規(guī)劃的制定奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖3　中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性綜合評價圖Fig.3　Map of potential and suitability evaluation of CO2geological storage in China

1.3　鄂爾多斯深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程

與神華集團合作[8]，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗實施了我國首個煤基全流程深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程(圖4)，突破了鉆探、灌注、采樣、監(jiān)測等技術(shù)難題，建立并掌握了一整套基于實踐、具有自主技術(shù)的二氧化碳地質(zhì)儲存工程技術(shù)體系，可用于指導(dǎo)我國深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存工程。

圖4　鄂爾多斯二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程儲存場地實景照片F(xiàn)ig.4　CO2geological storage demonstration project in　Ordos Basin

同時，成功組織實施了示范工程中神監(jiān)2井鉆探工程，突破了示范工程場地31～75 m的3眼灌注井與監(jiān)測井小井間距，2 500 m大井深的井斜控制等鉆、完井關(guān)鍵技術(shù)。制定了切實可行的二氧化碳灌注試驗和工程性灌注方案。通過示范工程設(shè)計、施工、注入、監(jiān)測和成果解釋等技術(shù)方法的不斷研究與實踐，提高了對鄂爾多斯深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程儲層性質(zhì)的認識，為未來在類似地質(zhì)條件下實施儲存工程奠定了良好的基礎(chǔ)。

截至2014年12月31日，示范工程已成功灌注二氧化碳27萬余噸，工程運行正常，未發(fā)現(xiàn)二氧化碳泄漏及對周邊環(huán)境的影響。示范工程及相應(yīng)的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)，為我國開展規(guī)模化二氧化碳地質(zhì)儲存工程奠定了基礎(chǔ)。2013年8月16日—8月23日第二期時移VSP監(jiān)測結(jié)果表明，當(dāng)累計二氧化碳灌注量達到13萬噸時，二氧化碳羽狀體集中在中神監(jiān)注1井350 m范圍內(nèi)，且劉家溝組儲層內(nèi)含氣量最多；石千峰組含氣量次之；石盒子組和馬家溝組含氣量較少。監(jiān)測范圍內(nèi)未顯示二氧化碳泄漏，表明目前二氧化碳地質(zhì)儲存是安全的。

1.4　深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存機理與數(shù)值模擬系統(tǒng)研發(fā)

(1)揭示出二氧化碳地質(zhì)儲存礦物固碳機理與主要固碳礦物類型。實驗室試驗、測試分析表明，當(dāng)二氧化碳注入到深部咸水層/砂巖后，部分二氧化碳將溶于水形成H2CO3，H2CO3解離出CO32-，CO32-與Ca2+、Mg2+和Fe2+結(jié)合形成方解石、白云石和菱鐵礦，與Al3+、Na+結(jié)合形成片鈉鋁石。所形成的方解石、鐵白云石、菱鐵礦和片鈉鋁石等碳酸鹽礦物即為固碳礦物，其固碳(C)量由高到低依次為：菱鐵礦(147 kg/m3)>方解石(119 kg/m3)>鐵白云石(113 kg/m3)>片鈉鋁石(75 kg/m3)。

(2)明確了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存有利于礦物固碳的巖石地球化學(xué)和環(huán)境特征。實驗室測試結(jié)果表明，礦物固碳形成碳酸鹽礦物的發(fā)生程度與地層水溶液中的Na+、Al3+、Ca2+、Mg2+和Fe2+離子含量關(guān)系密切，這些離子的含量越高，越有利于礦物固碳作用。對礦物固碳而言，富含長石的砂巖最為有利。

(3)肯定了蓋層自封閉作用機理。以二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程區(qū)石千峰組為例，蓋層短時間內(nèi)由于受奧長石的溶解和高嶺石的沉淀共同作用，孔隙度將小幅度增加，以溶蝕為主；隨著時間的增長，方解石的沉淀占主導(dǎo)作用，蓋層的孔隙度將持續(xù)減小，自封閉作用發(fā)生。

(4)明確了二氧化碳地質(zhì)儲存各儲層的微生物種類及其對二氧化碳地質(zhì)儲存的影響。微生物對二氧化碳地質(zhì)儲存水巖作用中礦物的溶蝕和沉淀作用影響較大，土著微生物有加速固定二氧化碳的作用，固碳效果隨著生物量的增大而變得顯著，從而提高了礦物捕獲的速率。同時，細菌作用促進了含鈣碳酸鹽的形成，真菌使固碳離子的溶出量增大，放線菌促進了含鐵碳酸鹽的形成；細菌對碳酸鹽礦物的形成作用較真菌、放線菌的大。

(5)研發(fā)出的二氧化碳地質(zhì)儲存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)具有國際先進水平，豐富了二氧化碳地質(zhì)儲存地質(zhì)建模、儲層性能改造預(yù)測與二氧化碳地質(zhì)儲存數(shù)值模擬等技術(shù)選擇。CO2-GSM模擬系統(tǒng)由流場-溫度場-化學(xué)場并行計算軟件(THC-MP)、流場-溫度場-化學(xué)場-應(yīng)力場四場耦合軟件(CO2-THCM)和人機交互界面軟件(VISUAL-THC)三大軟件構(gòu)成，均經(jīng)過算例驗證，并應(yīng)用于示范工程二氧化碳地質(zhì)儲存模擬，表現(xiàn)出能夠客觀地模擬多物理場耦合問題，且功能強大、界面友好、易于普及和推廣等優(yōu)勢，整體達到國際先進水平。

1.5　二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響評價方法與監(jiān)測技術(shù)研發(fā)

(1)基于二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究與示范研究，有效地整合項目承擔(dān)單位現(xiàn)有技術(shù)方法優(yōu)勢，全面構(gòu)建了技術(shù)可行、經(jīng)濟高效的二氧化碳地質(zhì)儲存遙感監(jiān)測、地球物理監(jiān)測、鉆孔深井原位監(jiān)測等“大氣—地表—地下”立體監(jiān)測技術(shù)方法體系(圖5)，為二氧化碳地質(zhì)儲存工程安全性、環(huán)境影響與環(huán)境監(jiān)管奠定了基礎(chǔ)。

圖5　示范工程監(jiān)測體系構(gòu)成示意圖Fig.5　The monitoring system in CO2geological storage demonstration project

(2)研制出的pH值深層原位自動監(jiān)測系統(tǒng)，填補了國內(nèi)pH值深層原位監(jiān)測技術(shù)空白，能夠滿足位于1 500 m以下的二氧化碳儲層監(jiān)測的要求，見圖6。研制出的2套pH值深層原位自動監(jiān)測系統(tǒng)，具備耐壓、超低功耗、高精度溫度補償?shù)忍攸c，并通過了嚴格的環(huán)境適應(yīng)性和性能測試，取得相應(yīng)鑒定證書，授權(quán)專利一項，編制的控制管理平臺軟件，獲得了軟件著作權(quán)受理。

圖6　pH值深層原位自動監(jiān)測系統(tǒng)實物與安裝示意圖Fig.6　Deep in-situ pH automatic monitoring system

(3)成功研制出深部井下狹窄空間原位流體U型管取樣器，為深部狹小空間取樣積累了技術(shù)經(jīng)驗，在國內(nèi)具開創(chuàng)性成果。該取樣設(shè)備通過室內(nèi)試驗測試和野外性能測試(圖7)，表明運行參數(shù)、采樣效率等性能參數(shù)符合設(shè)計要求，并取得了較好的應(yīng)用效果，在深部狹小空間取樣技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗，且已通過了國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利授理。

(4)與長安大學(xué)共建了國內(nèi)首個二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響問題研究的原位試驗場(圖8)，綜合考慮二氧化碳地質(zhì)儲存特征，人為模擬二氧化碳泄漏場景，監(jiān)測土壤、植被以及微生物等的生長發(fā)育狀況與二氧化碳濃度的相關(guān)性，建立了二氧化碳泄漏動態(tài)監(jiān)測體系。申請了包氣帶負壓傳感器等實用新型專利5項。以原位試驗場為基地，通過栽種指示性作物、搭建監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、生化分析等手段，對超常濃度二氧化碳泄漏條件下植物、土壤及土壤微生物、土壤動物等的響應(yīng)機制有了初步的認知。通過多光譜遙感技術(shù)和高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用驗證，重點以高光譜遙感監(jiān)測技術(shù)建立了二氧化碳地質(zhì)儲存遙感監(jiān)測技術(shù)方法，總結(jié)了該方法的工作流程，獲得了該方法能夠標志二氧化碳泄漏的直接或間接遙感影像光譜特征，初步甄別出了對遙感監(jiān)測具有較好指示性作用的植物，對今后動態(tài)監(jiān)測工作具指導(dǎo)意義。

(5)將二氧化碳地質(zhì)儲存泄漏通道分為人為泄漏通道、地質(zhì)構(gòu)造泄漏通道以及跨越蓋層和水力圈閉泄漏通道3類，構(gòu)建出綜合二氧化碳地質(zhì)儲存工程場地、灌注工程、地質(zhì)環(huán)境擾動、環(huán)境容量、生態(tài)影響和人群環(huán)境感應(yīng)五大指標層的環(huán)境影響評價指標體系；探索性地提出了二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響與安全風(fēng)險評價方法，認為二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境風(fēng)險評價的重點是二氧化碳泄漏造成的對人身安全與環(huán)境的影響和損害程度，而安全風(fēng)險評價的重點在于二氧化碳地質(zhì)儲存可能發(fā)生的泄漏、地面變形和誘發(fā)地震三類風(fēng)險事件的評價。

圖7　深井U型管采樣試驗現(xiàn)場及安裝示意圖Fig.7　U tube sampling test in deep wellbore

1.6　集成創(chuàng)新了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)方法體系

集成創(chuàng)新了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存從場地選址調(diào)查評價、鉆探與灌注工程、監(jiān)測到環(huán)境影響與安全風(fēng)險評價的完整技術(shù)方法體系，在河套盆地、重慶合川地區(qū)和鄂爾多斯盆地等典型地區(qū)二氧化碳地質(zhì)儲存選址和灌注工程實踐中得到證明，具有重要的推廣和應(yīng)用價值。

1.7　搭建了全國二氧化碳地質(zhì)儲存地理信息系統(tǒng)管理平臺

圖8　二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響問題原位試驗場及二氧化碳監(jiān)測實驗塔Fig.8　In-situ testing site of environmental impacts of CO2geological storage and monitoring tower

建立了功能齊全的全國二氧化碳地質(zhì)儲存地理信息系統(tǒng)，搭建了調(diào)查、研究與工程開發(fā)的管理平臺。在構(gòu)建區(qū)域級→盆地級→場地級數(shù)據(jù)庫框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合全國陸域及淺海沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價、示范工程建設(shè)，組織實施并完善了區(qū)域級→盆地級→場地級的空間數(shù)據(jù)庫，初步實現(xiàn)了成果的數(shù)字化與系統(tǒng)化；充分利用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)和地理信息空間分析技術(shù)，建立了集數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、適宜性評價、自動或手動編圖、成果展示于一體的地理信息平臺，實現(xiàn)了對原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)分類存儲管理和靈活應(yīng)用。

2主要創(chuàng)新點

(1)集成創(chuàng)新了我國二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)方法體系，經(jīng)實踐檢驗具有廣闊的推廣應(yīng)用價值。

(2)首次全面完成了全國區(qū)域級和盆地級二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價，表明我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力可觀。

(3)首次編制出了我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價成果圖系和主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價成果圖集，全面反映了中國二氧化碳地質(zhì)儲存基本地質(zhì)條件。

(4)與企業(yè)合作建成了我國首個深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程，實踐了二氧化碳地質(zhì)儲存全流程工程技術(shù)。

(5)二氧化碳地質(zhì)儲存機理研究取得諸多突破，基本明確了深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存的機理。

(6)研發(fā)了具有國際先進水平的二氧化碳地質(zhì)儲存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)，完全滿足二氧化碳地質(zhì)儲存地質(zhì)建模、儲層性能改造預(yù)測與二氧化碳地質(zhì)儲存數(shù)值模擬等技術(shù)需求。

(7)搭建了二氧化碳地質(zhì)儲存實驗平臺、完成了二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響問題原位試驗場建設(shè)，為下一步基礎(chǔ)理論和環(huán)境影響問題研究奠定了基礎(chǔ)。

(8)成功研發(fā)出深層pH值原位監(jiān)測系統(tǒng)和U型管深層取樣系統(tǒng)，為二氧化碳地質(zhì)儲存環(huán)境影響監(jiān)測提供了關(guān)鍵技術(shù)裝備。

(9)構(gòu)建了二氧化碳地質(zhì)儲存“大氣—地表—地下”立體監(jiān)測技術(shù)方法體系；探索性地提出了二氧化碳地質(zhì)儲存蓋層力學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境影響與安全風(fēng)險評價技術(shù)方法。

(10)搭建了功能齊全的全國二氧化碳地質(zhì)儲存地理信息系統(tǒng)管理平臺，實現(xiàn)了對原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)分類存儲管理和靈活應(yīng)用。

3經(jīng)濟效益、社會效益及應(yīng)用情況

3.1　經(jīng)濟效益

本項目取得的全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價成果、技術(shù)方法體系、儀器設(shè)備與數(shù)值模擬軟件等一系列成果，主要針對二氧化碳地質(zhì)儲存開展，潛在的經(jīng)濟效益巨大。項目取得的開創(chuàng)性成果為我國開展規(guī)?；趸嫉刭|(zhì)儲存工程奠定了有力的技術(shù)儲備。項目部分成果直接服務(wù)我國首個，也是世界最大規(guī)模的神華集團煤基全流程深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程，在儲存選址、示范工程監(jiān)測等方面直接帶來顯著經(jīng)濟效益。隨著二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)在二氧化碳提高石油、煤層氣、天然氣等資源采收率、核廢料處置等方面的應(yīng)用推廣，將為我國深部地下資源開發(fā)利用領(lǐng)域帶來顯著的經(jīng)濟效益。

3.2　社會效益

本項目首次全面完成了全國區(qū)域級和盆地級二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價所取得的成果，為我國應(yīng)對全球氣候變化國際談判、制定相關(guān)規(guī)劃等方面提供了翔實的數(shù)據(jù)和依據(jù)，也為我國規(guī)模化二氧化碳地質(zhì)儲存選址工作奠定了基礎(chǔ)。項目建立的二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)方法體系，在為儲存工程建設(shè)企業(yè)帶來顯著經(jīng)濟效益的同時，也建立了一支穩(wěn)定的二氧化碳地質(zhì)儲存研究團隊，形成了一批該研究領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人才，縮短了我國在二氧化碳地質(zhì)儲存研究領(lǐng)域與發(fā)達國家的差距，提升了我國二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)研究水平。項目產(chǎn)生的儀器、軟件等成果，能夠快速應(yīng)用到二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程實踐中，從而產(chǎn)生顯著的社會效益。

3.3　應(yīng)用情況

項目形成的本行業(yè)具有指導(dǎo)性的二氧化碳地質(zhì)儲存場地勘查、評價、監(jiān)測與數(shù)值模擬等方面的技術(shù)方法體系，以及研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)均進行了示范應(yīng)用，促進了二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)在本行業(yè)內(nèi)的發(fā)展。

首次系統(tǒng)編制了我國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價成果圖系和主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價成果圖集，既可為我國氣候談判會議爭取國家利益提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，亦可廣泛應(yīng)用于二氧化碳地質(zhì)儲存調(diào)查、研究和工程實踐。部分項目成果已被中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司、天大資源(中國)有限公司、中電投遠達環(huán)保工程有限公司、青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院、安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站、廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院等企業(yè)、科研院所用于浙江東部、內(nèi)蒙古蘇里格/準格爾地區(qū)、青海、重慶、安徽、廣西等地區(qū)的電廠二氧化碳地質(zhì)儲存選址、政府利用二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)減緩氣候變化規(guī)劃等實際工作中。

項目編著出版了《中國二氧化碳地質(zhì)儲存適宜性評價與示范工程》、《中國主要沉積盆地二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價圖集》、《中國二氧化碳地質(zhì)儲存地質(zhì)基礎(chǔ)及場地地質(zhì)評價》、《西寧盆地地?zé)岬刭|(zhì)》、《國外二氧化碳地質(zhì)儲存現(xiàn)狀與進展》、《中國二氧化碳地質(zhì)封存選址指南研究》、《中國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程》等著作。部分專著正式出版后，被中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)、中國石油大學(xué)(北京)、西安石油大學(xué)、長安大學(xué)、北京大學(xué)工學(xué)院等高校指定為地球探測與信息技術(shù)、提高采收率、地下水科學(xué)與工程、水文環(huán)境地質(zhì)、環(huán)境科學(xué)、能源動力與資源工程等專業(yè)研究生的參考教材。這些專著得到二氧化碳地質(zhì)儲存調(diào)查、研究和工程實踐領(lǐng)域科研人員應(yīng)用的同時，也不斷向石油、煤層氣、干熱巖、頁巖氣等地下資源開發(fā)利用領(lǐng)域推廣。

4結(jié)論與展望

通過全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價，基本掌握了我國可儲存的區(qū)域和儲存潛力；與神華集團合作，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗成功實施了我國首個深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存示范工程，突破了鉆探、灌注、采樣、監(jiān)測等技術(shù)難題，實踐了二氧化碳地質(zhì)儲存的一整套工程技術(shù)，表明我國具有自主技術(shù)實現(xiàn)二氧化碳地質(zhì)儲存的能力；在潛力與適宜性評價指標體系與評價方法、二氧化碳地質(zhì)儲存目標靶區(qū)篩選與工程選址、場地勘查與評價、灌注井與監(jiān)測井建造、二氧化碳灌注試驗與工程性灌注、示范工程場地與原位試驗場監(jiān)測技術(shù)研究與儀器設(shè)備研發(fā)、儲蓋層巖石學(xué)和地球化學(xué)行為研究、儲存過程中的物理、化學(xué)與微生物作用等二氧化碳地質(zhì)儲存機理研究、天然二氧化碳氣田類比研究、二氧化碳地質(zhì)儲存模擬系統(tǒng)(CO2-GSM)研發(fā)、環(huán)境影響與安全風(fēng)險評價等理論與評價方法研究等方面取得了重要成果，基本形成了我國二氧化碳地質(zhì)儲存技術(shù)方法體系。

在減排溫室氣體呼聲日益高漲的國際大形勢下，二氧化碳地質(zhì)儲存作為一項能夠凈減少化石能源利用向大氣環(huán)境排放二氧化碳的工程技術(shù)措施，是我國應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略選擇之一。然而CCUS技術(shù)在我國乃至全球范圍內(nèi)仍處于發(fā)展的初期階段，為了使我國充分掌握和儲備CCUS技術(shù)，建議：①進一步加強深部咸水層二氧化碳地質(zhì)儲存調(diào)查評價和相關(guān)研究工作；②不斷支持二氧化碳地質(zhì)儲存與資源利用基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實踐；③繼續(xù)支持環(huán)境影響與風(fēng)險評價基礎(chǔ)理論與技術(shù)方法發(fā)展；④鼓勵我國二氧化碳地質(zhì)儲存理論與技術(shù)方法創(chuàng)新。

致謝：感謝國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與專家對“全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程”項目的大力支持；感謝中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心、吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院以及其他參與本項目的研究人員做出的努力和貢獻。

參考文獻：

[1]IPCC. IPCC Special Report on CO2Capture and Storage[M]. London：Cambridge University Press,2005: 1-431.

[2]CSLF. Estimation of CO2storage capacity in geological media[R]. 2007: 1-43.

[3]USDOE (U.S.Department of Energy, Office of Fossil Energy). Carbon Sequestration Atlas of United States and Canada[R]. 2007: 1-88.

[4]中國21世紀議程管理中心，中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心. 中國二氧化碳地質(zhì)封存選址指南研究[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2012: 1-282.

[5]Oldenburg C M. Screening and ranking framework for geologic CO2storage site selection on the basis of health, safety and environmental risk[J]. Environmental Geology, 2008, 54(8)：1687-1694.

[6]Bachu S. Comparison between Methodologies Recommended for Estimation of CO2Storage Capacity in Geological Media, Phase III Report[R]. Carbon Sequestration Leadership Forum, 2008: 1-21.

[7]郭建強，張森琦，刁玉杰，等. 深部咸水層CO2地質(zhì)儲存工程場地選址技術(shù)方法[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，2011，41(4)：1084-1091.

[8]吳秀章. 中國二氧化碳捕集與地質(zhì)封存首次規(guī)?；剿鱗M]. 北京：科學(xué)出版社，2013: 1-363.

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Potential Evaluation and Demonstration Project of CO2Geological Storage in China

GUO Jian-qiang1, WEN Dong-guang2, ZHANG Sen-qi1, XU Tian-fu3, LI Xu-feng1,

DIAO Yu-jie1, JIA Xiao-feng1

(1.CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeologySurvey,ChinaGeologicalSurvey,Baoding,Hebei071051,China;

2.ChinaGeologySurvey,Beijing100037,China; 3.CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,

Changchun,Jilin130026,China)

Abstract:From 2010 to 2012, Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey, China Geological Survey launched a project “CO2geological storage potential and suitability evaluation and demonstration project in China”. In this project, basing on the geological condition in China, we have established evaluation index system and technical methods of CO2geological storage potential and suitability. The CO2geological storage potential and suitability of main basins have been evaluated;series of 1∶5 000 000 regional maps and atlas of main sedimentary basin in China have been compiled; potential targets area for CO2storage have been delineated; techniques and methods of site selection, exploration and evaluation on CO2geological storage in deep saline aquifers have been established.Furthermore, cooperating with Shenhua Group, we have successfully launched the first coal-based CO2geological storage demonstration project in deep saline aquifers in Ejin Horo County of Ordos City within Inner Mongolia Autonomous Region.On these bases, the preliminary basic theories, techniques and methods of CO2geological storage potential and suitability evaluation in China have been established.

Key words:CO2geological storage; potential and suitability evaluation; atlas; demonstration project; technique and method system

通信作者：刁玉杰(1983—)，男，工程師，主要從事CO2地質(zhì)儲存領(lǐng)域方面的研究。Email：diaoyujie1983@163.com。

作者簡介：郭建強(1964—)，男，教授級高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方向的研究。Email：gjq@vip.163.com。

中圖分類號：TE822

文獻標志碼：A

文章編號：2095-8706(2015)04-0036-11