孫玉景，周立發(fā)，焦尊生

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2.懷俄明大學(xué) 能源學(xué)院,美國(guó) 懷俄明州 拉勒米 82071)

以CO2為主的溫室氣體的大量排放引發(fā)的全球氣候變暖已成為人類(lèi)必須面對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),而CO2地質(zhì)封存是誕生于21世紀(jì)，實(shí)現(xiàn)碳減排的一項(xiàng)突破性技術(shù),尤其是深部咸水層CO2封存,具備極大的封存潛力,成為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1-7]。CO2地質(zhì)封存首先要求所選擇的地下封存層滿足一定的基本地質(zhì)條件:有效的儲(chǔ)層空間、致密完整的蓋層巖石、穩(wěn)定的水文地質(zhì)環(huán)境、穩(wěn)定的區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景和內(nèi)外動(dòng)力環(huán)境等是CO2地質(zhì)封存箱應(yīng)滿足的條件[8];構(gòu)造背景和構(gòu)造樣式、盆地面積和沉積深度、水文地質(zhì)、地?zé)釛l件、斷裂活動(dòng)、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、巖石特性、封閉能力、有效孔隙度、儲(chǔ)層厚度是影響碳封存長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要方面[9];有效的儲(chǔ)層空間、蓋層條件、區(qū)域構(gòu)造背景、水文地質(zhì)條件是二氧化碳地質(zhì)封存選址的通用標(biāo)準(zhǔn)[10];儲(chǔ)層性質(zhì)、蓋層性質(zhì)、儲(chǔ)層流體性質(zhì)是深部咸水層CO2地質(zhì)封存需要考慮的3方面[11]。從不同研究者對(duì)CO2地質(zhì)封存所需條件的研究來(lái)看，認(rèn)識(shí)基本一致,主要集中在基本物理?xiàng)l件、儲(chǔ)層條件、蓋層條件和水文地質(zhì)條件等方面。

鄂爾多斯盆地是中國(guó)陸地上非常重要的能源存儲(chǔ)和接替基地。盆地內(nèi)所屬各省和自治區(qū)，充分利用其煤炭資源的優(yōu)勢(shì),燃煤發(fā)電和煤化工產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展,但同時(shí)也造成這些省(區(qū))成為中國(guó)目前和未來(lái)CO2排放量較大的省(區(qū))之一。因此,在鄂爾多斯盆地有效地推行和實(shí)施CO2地質(zhì)封存技術(shù),不僅能保證著中國(guó)能源的安全,更有利于中國(guó)工業(yè)活動(dòng)CO2排放總量的大規(guī)模減少,從而推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)逐步轉(zhuǎn)向低碳發(fā)展。

基于以上對(duì)CO2封存和鄂爾多斯盆地碳排放的調(diào)研,結(jié)合馬家溝組的地質(zhì)特征與CO2封存的具體要求,本文對(duì)馬家溝組CO2封存的基本地質(zhì)條件作了詳細(xì)研究。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是典型的多旋回克拉通盆地,是中國(guó)陸地上結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定、構(gòu)造最簡(jiǎn)單、斷裂最不發(fā)育的盆地,這種地質(zhì)條件決定了它是中國(guó)陸上實(shí)施CO2地質(zhì)封存最有利和最安全的地區(qū)之一。鄂爾多斯盆地的地理位置處于華北地臺(tái)的西部,在晚加里東運(yùn)動(dòng)的影響下,華北地塊整體大幅抬升為陸地,一億多年的沉積間斷造成鄂爾多斯盆地缺失了中奧陶世至早石炭世的沉積,在長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕淋濾作用下,奧陶系馬家溝組頂部的馬六段僅在局部地區(qū)殘存[12-13]。馬家溝組主要分布在鄂爾多斯盆地的中東部地區(qū),構(gòu)造帶上屬于陜北斜坡,勘探至今,已有多口井鉆遇馬家溝組(見(jiàn)圖1)。陜北斜坡是鄂爾多斯盆地內(nèi)部6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元中的主體部分,而且是面積最大的構(gòu)造單元,整體上向西傾斜,但地層傾角極小,不到1度。陜北斜坡內(nèi)部斷層和褶皺均不發(fā)育,構(gòu)造十分穩(wěn)定,因此可以肯定的是，馬家溝組處于一個(gè)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境之下。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)圖Fig.1 Tectonic zoning of Ordos Basin

在奧陶紀(jì)馬家溝期,鄂爾多斯盆地一共經(jīng)歷了3次不同規(guī)模的海進(jìn)海退旋回,海進(jìn)海退交替出現(xiàn)：海退期是馬一期、馬三期和馬五期,海進(jìn)期是馬二期、馬四期和馬六期。其中，馬五期是最大的海退時(shí)期,因陸表海受海平面升降的影響較大,縱向上形成了“碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖”的交替沉積[14-15]?？傮w上講， 馬家溝組仍然以碳酸鹽巖沉積為主, 尤其是白云巖, 同時(shí)夾蒸發(fā)巖沉積(見(jiàn)圖2)。 馬家溝組沉積厚度巨大[16], 馬六段厚度177～380 m,僅分布于盆地的西緣和南緣；馬五段厚度30.4～388.3 m,馬四段厚度50～280 m,馬三段厚度50～150 m,馬二段厚度50～90 m,馬一段厚度9.0～131.7 m,馬五段相對(duì)其他各段來(lái)說(shuō)沉積厚度較大。

圖2 馬家溝組地層-巖性綜合柱狀圖Fig.2 Stratigraphic and lithologic column of Majiagou Formation

2 封存地質(zhì)條件

2.1 基本物理?xiàng)l件

CO2地質(zhì)封存的基本物理?xiàng)l件主要是指對(duì)應(yīng)的封存層系上的頂面埋深、地溫、地層壓力等[17]。地層埋深至少需要大于800 m,才能夠保證CO2進(jìn)入超臨界狀態(tài)(7.38 MPa以上的壓力和31.1℃之上的溫度)。研究表明,鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組頂面埋深在1 900～4 500 m,平均埋深約3 200 m;頂面壓力24～37 MPa,平均壓力30.5 MPa;頂面溫度66～136℃,平均溫度101℃。這說(shuō)明馬家溝組的現(xiàn)代地下壓力場(chǎng)屬于正常壓力系統(tǒng),溫度場(chǎng)屬于中低溫系統(tǒng),能夠使CO2處于超臨界狀態(tài),這為CO2的有效注入和封存提供了合適的地溫和地壓條件。

2.2 儲(chǔ)層條件

2.2.1 巖石類(lèi)型及特征 巖石類(lèi)型及特征的研究是CO2封存層研究的第一步。碳酸鹽巖(石灰?guī)r、白云巖)和蒸發(fā)巖(膏巖、鹽巖)是鄂爾多斯盆地馬家溝組主要的巖石類(lèi)型(見(jiàn)圖3),其中白云巖是數(shù)量最多的巖石類(lèi)型,廣泛發(fā)育于盆地中東部地區(qū)。“白云巖問(wèn)題”是沉積學(xué)領(lǐng)域和碳酸鹽巖領(lǐng)域經(jīng)久不衰的一個(gè)學(xué)術(shù)問(wèn)題,白云巖作為碳酸鹽巖中的一大類(lèi)巖石,相比其他各類(lèi)巖石,具備優(yōu)越的儲(chǔ)集能力。除了野外觀察,一些研究者借助實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先進(jìn)的儀器設(shè)備和檢測(cè)方法，已對(duì)馬家溝組白云巖的地化特征進(jìn)行了不同角度的研究,尤其是對(duì)上部馬五段進(jìn)行了深入研究(主要集中在X衍射分析、微量元素分析、陰極發(fā)光特征分析、稀土元素分析、C，O，Sr同位素分析、包裹體均一溫度分析6方面[18-23])。各種檢測(cè)方法均證明:馬家溝組白云巖經(jīng)歷了不同的成巖環(huán)境;馬家溝組白云巖大概有3種成因,即準(zhǔn)同生白云巖、埋藏白云巖及少量熱液白云巖[18-23]。馬家溝組白云巖以結(jié)晶白云巖為主導(dǎo),過(guò)渡類(lèi)型的白云巖較少,顆粒白云巖最少。在巖心觀察和薄片鑒定的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同晶粒結(jié)構(gòu)的特征,可進(jìn)一步將馬家溝組的結(jié)晶白云巖細(xì)分為多種類(lèi)型,按照晶粒由小到大的順序,主要是泥晶、細(xì)粉晶、中晶等[24]。

A 泥晶云質(zhì)灰?guī)r,晶粒大小均勻,陜250井,3 574.28 m,馬五13,鑄體薄片(-);B 泥晶白云巖,發(fā)育較多核膜,在中上部分有方解石交代破壞,陜136井,3 782.2 m,馬五12,鑄體薄片(-);C 粉晶白云巖,蓮1井,3 350.99 m,馬五42,鑄體薄片(-);D 條帶狀硬石膏巖,陜108井,3 070.5 m,馬五33;E 角礫屑白云巖,陜248井,3 307.8 m,馬五11;F 云質(zhì)灰?guī)r中的鋁土質(zhì)泥巖填積,陜250井,3 539.8 m,馬六 圖3 馬家溝組主要巖石類(lèi)型照片F(xiàn)ig.3 The main rock types of Majiagou formation

2.2.2 成巖作用 關(guān)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成機(jī)制,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得統(tǒng)一認(rèn)識(shí):碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成,不同于碎屑巖,主要儲(chǔ)集空間不是原生孔隙,而是成巖作用改造過(guò)程中產(chǎn)生的次生孔隙。成巖作用對(duì)鄂爾多斯盆地馬家溝組馬五段上部巖溶儲(chǔ)層和其他層段白云巖儲(chǔ)層的早期形成、中期發(fā)展以及后期演化有著舉足輕重的影響。因此，成巖作用是馬家溝CO2地質(zhì)封存必不可少的研究?jī)?nèi)容。

研究區(qū)內(nèi)有多種建設(shè)性成巖作用(有利于孔隙的形成)和破壞性成巖作用(不利于孔隙的形成),尤其是白云石化作用、去膏化作用和與之對(duì)應(yīng)的去白云石化作用、膏化作用,成為了研究區(qū)內(nèi)典型的成巖作用[25]。成巖組構(gòu)和礦物組合的綜合分析表明,研究區(qū)內(nèi)馬家溝組在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期中，逐漸從海水成巖環(huán)境轉(zhuǎn)變到大氣淡水成巖環(huán)境，最后經(jīng)歷了埋藏成巖環(huán)境[16-17]。成巖作用的核心體現(xiàn)在孔隙演化及其模式上:馬家溝組的孔隙演化依次經(jīng)歷了早期的原生孔隙形成與減少階段(準(zhǔn)同生期)、中期的次生孔洞縫發(fā)育與充填階段(表生期)、晚期的次生孔洞縫發(fā)育與充填階段(深埋藏期)。表生期和深埋藏期對(duì)孔隙的改造具有重要意義,這兩個(gè)時(shí)期形成的晶間孔及晶間溶孔為馬家溝組主要的儲(chǔ)集空間,而裂縫是相對(duì)次要的儲(chǔ)集空間[25-27]。

在此,必須著重指出的是研究區(qū)所經(jīng)歷的巖溶作用?！帮L(fēng)化殼巖溶”的發(fā)育是馬家溝組適宜進(jìn)行CO2封存的一大特色。巖溶作用改善了儲(chǔ)層的物性,使得封存空間和封存效率得以提高。對(duì)鄂爾多斯盆地風(fēng)化殼巖溶的研究,目前主要集中在4個(gè)方面:巖溶古地貌劃分、巖溶垂向分帶、巖溶儲(chǔ)層特征研究、巖溶儲(chǔ)層分布與評(píng)價(jià)[28-34]。研究區(qū)巖溶古地貌呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):盆地西邊為巖溶高地區(qū),接著過(guò)渡到盆地中部為巖溶斜坡區(qū),盆地東邊是巖溶盆地區(qū);三級(jí)古地貌的劃分略有區(qū)別,包括臺(tái)地、殘丘、溝谷、階坪、淺洼、深洼等[28-30]。在盆地中部的巖溶斜坡區(qū),由于巖溶水的水平流動(dòng)和垂直滲濾十分強(qiáng)烈,和其他區(qū)域相比裂縫相對(duì)發(fā)育,而水平溶洞大多數(shù)未充填或半充填,因此巖溶斜坡區(qū)是各古地貌單元中最有利的儲(chǔ)集區(qū)[19]。另外,在地下水動(dòng)力的作用下,風(fēng)化殼巖溶也具有垂向分帶性,依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn),常常有不同的垂向巖溶分帶方案[29-32]。由地表到地下深處,具代表性的“三分方案”是垂直滲流帶、水平潛流帶和深部緩流帶,各帶通常具有不同的厚度和巖溶特征[29]。

2.2.3 儲(chǔ)層類(lèi)型及特征 白云巖等巖石的區(qū)域分布,不僅奠定了儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ),相比碎屑巖,更是減小了CO2封存在地下之后，CO2-水-巖三者互相反應(yīng)的程度與影響[35-37]。各類(lèi)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層不同程度的影響與改造,進(jìn)一步塑造了研究區(qū)廣泛分布的孔、洞、縫儲(chǔ)集空間。鄂爾多斯盆地馬家溝組主要發(fā)育了“中東部風(fēng)化殼溶孔型”和“古隆起東側(cè)白云巖晶間孔型”兩類(lèi)儲(chǔ)集體[38]。

由于馬家溝組頂部馬六段的大面積缺失, 研究區(qū)最主要的風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層分布于馬家溝組馬五段。巖溶儲(chǔ)層主要發(fā)育在馬家溝組上部馬五1—馬五4亞段中(上組合),溶蝕孔、洞、縫發(fā)育[32-33]。在對(duì)巖溶古地貌、巖溶垂向分帶、巖溶儲(chǔ)層特征的綜合研究之后,可進(jìn)一步明確巖溶儲(chǔ)層的縱、橫向分布。橫向上,巖溶儲(chǔ)層主要分布在“潛臺(tái)”區(qū)域;縱向上,最有利的巖溶作用帶是中等溶蝕亞帶,位于水平潛流帶內(nèi)部[30]。馬五5—馬五10亞段及馬四段中形成了白云巖型儲(chǔ)集體,連片性好,在古隆起東側(cè)呈環(huán)帶狀分布[38]。

馬家溝組儲(chǔ)層埋深約3 150 m～3 765 m,儲(chǔ)層厚度大于600 m。以靖邊氣田為例[39],馬家溝組儲(chǔ)層孔隙度2.53%～15.2%,平均6.2%;滲透率(0.0126～15.2)×10-3μm2,平均2.63×10-3μm2?？傮w來(lái)說(shuō),馬家溝組儲(chǔ)層巖石類(lèi)型包括泥質(zhì)云巖、含膏云巖、灰質(zhì)云巖等,以含膏泥—細(xì)粉晶白云巖為主,次為細(xì)晶白云巖；礦物組成以白云石為主,白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)全部在一半以上,大部分在50%～99%[34]。儲(chǔ)集空間以晶間孔、晶間溶孔、膏?？诪橹?形成了孔隙型儲(chǔ)層,其次是溶蝕縫(見(jiàn)圖4)。

A 晶間孔,孔徑較大,陜256井,3 454.61 m,馬五13,鑄體薄片(-);B 硬石膏晶模孔,石英淀出之后為白云石全充填(箭頭處),陜250井,3 563.65 m,馬五11,鑄體薄片(-);C 核膜孔,上部孔隙未充填,陜248井,3 320.43 m,馬五12,鑄體薄片(-);D 不規(guī)則溶孔,部分未充填,部分半充填或全充填,充填物為石英或白云石,陜135井,3 566.69 m,馬五11,鑄體薄片(-);E 網(wǎng)狀微裂縫,部分被方解石充填,陜248井,3 319.55 m,馬五12,鑄體薄片(-);F 縫合線縫,充填物為暗色泥質(zhì),陜130井,3 454.7 m,馬五13;G 準(zhǔn)同生泥晶白云巖中較小的溶洞、孔(鳥(niǎo)眼構(gòu)造),為粉-細(xì)晶方解石充填。陜250井,3 574.4 m,馬五13;H 溶洞(箭頭)與溶縫、核膜孔共生,未充填,陜263井,3 702.27 m,馬五11 圖4 馬家溝組儲(chǔ)集空間類(lèi)型照片F(xiàn)ig.4 The reservoir space types of Majiagou formation

除此之外,馬家溝組儲(chǔ)層還具有不同于其他沉積盆地中白云巖儲(chǔ)層的獨(dú)一無(wú)二的特點(diǎn)。馬五期是一個(gè)標(biāo)志性的低能沉積環(huán)境,水體經(jīng)常暴露,深度較淺,且海水咸化,因此馬五段白云巖中賦存有一定量的蒸發(fā)礦物,賦存形式是硬石膏柱狀晶和小結(jié)核。在巖溶作用的影響下,大量的原生硬石膏柱狀晶和小結(jié)核溶解,此過(guò)程中，小結(jié)核周邊的圍巖裂碎,形成的裂縫有助于改善儲(chǔ)層的物性。膏模孔的發(fā)育,以及不同規(guī)模次生裂縫的產(chǎn)生,在部分地區(qū)可形成較好的裂縫-溶孔型儲(chǔ)層[40]。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,馬家溝組封存層的孔隙度整體較低,<2%的占1.1%,2%～4%的占31.4%,4%～6%的占36.1%,6%～8%的占17.1%,8%～10%的占7.1%,10%～12%的占6.1%, >12%的占1.1%?？紫抖戎饕植荚?%～8%,平均6.2%,整體上表現(xiàn)為較低的孔隙度值背景上高值區(qū)塊團(tuán)塊狀分布(見(jiàn)圖5)。

圖5 馬家溝組儲(chǔ)層孔隙度分布直方圖Fig.5 Porosity distribution frequency of Majiagou formation

滲透率也是評(píng)價(jià)封存能力的主要物性參數(shù)之一,其大小影響著地下CO2氣體滲流的難易程度。研究表明,馬家溝組儲(chǔ)層的滲透率表現(xiàn)出極強(qiáng)的非均質(zhì)性。通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的整理分析,作出了研究區(qū)滲透率分布頻率圖(見(jiàn)圖6)。 從分布區(qū)間來(lái)看， 研究區(qū)整體上以低滲為主, 低滲區(qū)(K<2.51×10-3μm2)占64.3%(見(jiàn)圖6)。

圖6 馬家溝組儲(chǔ)層滲透率分布直方圖Fig.6 Permeability distribution frequency of Majiagou formation

儲(chǔ)層的厚度大小制約著儲(chǔ)層發(fā)育的縱向規(guī)模,儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率決定著儲(chǔ)層發(fā)育的總體質(zhì)量。儲(chǔ)層發(fā)育的規(guī)模和質(zhì)量共同決定著封存量的大小。巖石特征、成巖作用和儲(chǔ)層特征3方面的綜合分析表明，馬家溝組儲(chǔ)層具備了優(yōu)越的儲(chǔ)集能力。

2.3 蓋層條件

蓋層是決定CO2在地下能否長(zhǎng)期封存的重要條件之一[41-43]。現(xiàn)今的鄂爾多斯盆地構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定,具有多種封蓋類(lèi)型且蓋層巖石多種多樣。馬家溝組地層之上,共有3種不同規(guī)模的蓋層,分別是區(qū)域蓋層、區(qū)帶蓋層和局部蓋層。鄂爾多斯盆地奧陶系—二疊系地層縱向分布如表1所示,主要反映了馬家溝組之上不同時(shí)期蓋層的分布情況。具體的封蓋條件評(píng)價(jià)如表2所示。區(qū)域蓋層是指上石盒子組和石千峰組的湖相泥質(zhì)巖,廣泛分布于盆地中東部, 厚度達(dá)幾百米, 滲透率為10-10μm2,

突破壓力在7 MPa以上,封蓋性能十分優(yōu)越。區(qū)帶蓋層主要是指本溪組底部的鋁土質(zhì)泥巖、含砂泥巖,分布穩(wěn)定,封蓋性能好,鋁土巖的滲透率在10-7～10-9μm2,突破壓力為0.6～5.0 MPa;其上部太原組、山西組暗色泥質(zhì)巖及煤層,在生排烴高峰期形成的烴濃度封閉作用,也具有良好的封閉能力。局部蓋層是指馬五段中的膏鹽巖以及成巖過(guò)程產(chǎn)生的致密巖等,其滲透率一般在1.2×10-6～4.5×10-10μm2,突破壓力在0.2～7.0 MPa,也具有一定的封蓋性能。上述不同規(guī)模封蓋層，在縱向上的相互組合和配置,為馬家溝組CO2封存提供了良好的封蓋條件。

2.4 水文地質(zhì)條件

CO2在注入地下之后,以游離態(tài)為主,部分溶解在地下水中,同時(shí)可能發(fā)生一系列的CO2-水-巖反應(yīng),尤其是在碎屑巖地層當(dāng)中。馬家溝組雖然主要沉積碳酸鹽巖,仍不可完全忽略此問(wèn)題。鄂爾多斯盆地中蘊(yùn)藏著一定規(guī)模的咸水層,為盆地內(nèi)CO2地質(zhì)封存帶來(lái)了巨大潛力[44]。靖邊氣田水的總礦化度為278.45 g/L,密度在1.114～1.118,水型普遍為CaCl2型[27]。中部氣田區(qū)奧陶系各層段地層水的對(duì)比結(jié)果表明,馬家溝組地層水的總礦化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他層段,分布范圍大致在130～200 g/L,平均147.12 g/L,且含量最多的是Cl-,其次Ca2+[45]。

對(duì)研究區(qū)馬家溝組200個(gè)地層水樣品進(jìn)行分析與測(cè)試,結(jié)果表明，馬家溝組地層水以CaCl2水型為主,平均總礦化度為154.58 g/L,整體屬于鹵水層,說(shuō)明地層水封閉條件較好,水文地質(zhì)條件穩(wěn)定。其中,鹵水樣品占樣品總數(shù)的85.4%,鹽水樣品占5.7%,咸水樣品占2.4%,微咸水樣品占1.6%,淡水樣品僅占樣品總數(shù)的4.9%(見(jiàn)圖7)。由此可見(jiàn),馬家溝組封存層整體屬于鹵水層。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系至二疊系地層劃分Tab.1 Ordovician-Permian strata distribution in Ordos Basin

對(duì)鹵水樣品進(jìn)行更詳細(xì)的分類(lèi)之后可見(jiàn),礦化度在50～100 g/L內(nèi)的樣品數(shù)占樣品總數(shù)的16.2%,100～150 g/L占18.1%,150～200 g/L占28.6%,200～250 g/L占22.9%,礦化度>250 g/L范圍內(nèi)的樣品數(shù)占樣品總數(shù)的14.2%(見(jiàn)圖8),整體屬于高礦化度—極高礦化度的鹵水層。

由此可見(jiàn),馬家溝組水型是CaCl2型,而且封存層整體屬于高礦化度的鹵水層。從人類(lèi)發(fā)展對(duì)水資源的可持續(xù)利用角度評(píng)價(jià),馬家溝組是鄂爾多斯盆地中最有利于進(jìn)行二氧化碳封存的地質(zhì)層位。

3 結(jié)論與思索

馬家溝組實(shí)施CO2封存的基本地質(zhì)條件主要包括以下4個(gè)方面:基本物理?xiàng)l件是CO2封存的前提，儲(chǔ)層條件是CO2封存的核心，蓋層條件是CO2封存的保障，水文地質(zhì)條件是CO2封存的關(guān)鍵。

1)馬家溝組的地層埋深、正常壓力系統(tǒng)和中低溫系統(tǒng)為CO2的有效注入和封存提供了合適的基本物理?xiàng)l件;

2)馬家溝組的儲(chǔ)層條件使其具備儲(chǔ)集CO2的空間和能力;

表2 馬家溝組CO2儲(chǔ)存層的封蓋條件評(píng)價(jià)Tab.2 Cover conditions evaluation of Majiagou formation

圖7 馬家溝組地層水類(lèi)型分布直方圖Fig.7 Groundwater types of Majiagou formation

圖8 馬家溝組地層水中鹵水礦化度分布直方圖Fig.8 Brine salinity distribution of Majiagou formation

3)馬家溝組之上不同規(guī)模封蓋層的相互配置,有效提高了封蓋能力,大大減小了后期的泄露風(fēng)險(xiǎn);

4)馬家溝組的鹵水層也成為實(shí)現(xiàn)CO2封存得天獨(dú)厚的條件。

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組非常適宜進(jìn)行CO2地質(zhì)封存，是中國(guó)大規(guī)模開(kāi)展CO2地質(zhì)封存的潛在有利區(qū)。但是，CO2封存是一個(gè)地質(zhì)與工程相結(jié)合的綜合性環(huán)保問(wèn)題,在具備封存基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,要想真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的CO2地質(zhì)封存,還有許多問(wèn)題需要做進(jìn)一步研究。

1)CO2封存機(jī)理與實(shí)驗(yàn)的研究:包括CO2注入地下之后各種封存機(jī)理的探究和儲(chǔ)層物性實(shí)驗(yàn)、蓋層突破壓力實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。

2)地質(zhì)封存影響因素及封存效果的分析:利用地質(zhì)建模和數(shù)值模擬對(duì)封存影響因素及封存效果進(jìn)行深入分析。

3)封存有利區(qū)塊的優(yōu)選與評(píng)價(jià):根據(jù)大量地質(zhì)資料,尤其是井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行有利區(qū)封存選址以及注入井與監(jiān)測(cè)井的選擇。

4)封存潛力評(píng)價(jià):對(duì)優(yōu)選的封存區(qū)塊進(jìn)行CO2封存量的評(píng)估與計(jì)算。

5)泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估:通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、地震監(jiān)測(cè)等手段進(jìn)行CO2泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

6)公眾認(rèn)知度的提升和相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)。

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