楊國強, 蘇小四, 杜尚海, 徐 威, 孟婧瑩, 高東燕

1)吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 吉林長春 130021;

2)吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所, 吉林長春 130021;

3)吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室, 吉林長春 130021

松遼盆地CO2地質(zhì)儲存適宜性評價

楊國強1,2,3), 蘇小四1,2,3), 杜尚海1,2,3), 徐 威1,2,3), 孟婧瑩1,2,3), 高東燕1,2,3)

1)吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 吉林長春 130021;

2)吉林大學(xué)水資源與環(huán)境研究所, 吉林長春 130021;

3)吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室, 吉林長春 130021

為緩解全球氣候變暖趨勢, CO2地質(zhì)儲存成為目前減少向大氣排放 CO2量的有效方法之一。區(qū)域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價是篩選 CO2地質(zhì)儲存目標區(qū)和工程建設(shè)的基礎(chǔ), 合理的評價指標體系和指標權(quán)重對評價結(jié)果有重要影響。本次研究結(jié)合松遼盆地地質(zhì)條件, 建立包括地質(zhì)儲存規(guī)模、儲存經(jīng)濟性、儲存條件和儲存安全性4個方面、20個指標、5個指標劃分等級的評價指標體系, 利用層次分析法(AHP)確定各指標權(quán)重, 且考慮到各評價指標分級標準的模糊性, 由此得到基于層次分析法的 CO2地質(zhì)儲存適宜性的模糊綜合評價方法, 并將該方法應(yīng)用于松遼盆地6個一級構(gòu)造單元的CO2地質(zhì)儲存適宜性評價中, 得到各一級構(gòu)造單元的地質(zhì)儲存適宜度。評價結(jié)果表明: 中央坳陷區(qū)CO2地質(zhì)儲存適宜性較好, 可以作為CO2地質(zhì)儲存的優(yōu)先區(qū)域, 北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)和東南隆起區(qū)的適宜性一般, 東北隆起區(qū)和西南隆起區(qū)適宜性均較差, 不適宜儲存CO2。該評價結(jié)果為松遼盆地地區(qū)CO2地質(zhì)儲存場地篩選和工程建設(shè)等提供了科學(xué)依據(jù)。

CO2地質(zhì)儲存; 適宜性; 層次分析法; 模糊綜合評價

工業(yè)革命以來, 人為排放的CO2濃度急劇升高,導(dǎo)致的全球氣候變暖嚴重威脅著人類賴以生存的地球環(huán)境。大氣中CO2源和匯的不平衡(源大于匯)(李林立等, 2006), 使得節(jié)能減排問題成為當(dāng)前世界各國關(guān)注的焦點, 已有的研究結(jié)果表明, 地質(zhì)儲存已經(jīng)成為世界各國公認的減少二氧化碳向大氣中排放(減少大氣中 CO2源)的有效方法之一(IPCC, 2001;張煒等, 2006; Bachu, 2002)。CO2地質(zhì)儲存主要是將高純度 CO2注入到安全的目標儲層中, 并通過各種圈閉機制將 CO2封存于地下儲存構(gòu)造中, 當(dāng)前各國廣泛關(guān)注的儲存位置主要包括深部咸水層、廢棄的油氣藏和不可開采的煤層等(徐志剛等, 2009; 任韶然等, 2010; Shukla et al., 2010)。

由于涉及到社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、安全、公眾意識等諸多方面, 實現(xiàn) CO2地質(zhì)儲存成為一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程, 使得如何篩選出安全有效的儲存位置成為進行CO2地質(zhì)儲存工程建設(shè)前首要解決的問題。因此, 國內(nèi)外學(xué)者就 CO2地質(zhì)儲存區(qū)域適宜性評價作了大量而有意義的研究工作, 而建立合適的評價指標體系和評價方法成為解決該問題的主要手段, 其中Bachu和Adams(2003a)結(jié)合沉積盆地特征提出了一套包括 15個指標的國家級評價指標體系,并對加拿大的主要沉積盆地進行了評價; 我國學(xué)者沈平平等(2009)提出了一套包括25個指標的地質(zhì)儲存適宜性評價體系, 并針對 CO2在油氣藏中的儲存以提高石油采收率建立了一套包括 13個指標的評價體系, 選取大情字井油田為例進行了評價。這些評價結(jié)果表明, 由于 CO2地質(zhì)儲存對地質(zhì)條件要求相對苛刻, 不同的儲存位置適宜性差別很大, 選擇合適的儲存位置對提高儲存量和降低儲存風(fēng)險等有重要意義。

松遼盆地及其周邊地區(qū)CO2排放量在107t/a以上的城市有哈爾濱、大慶、長春、通遼等6個(李小春等, 2008), 其中大慶、吉林等城市以石油化工為主,因此有必要進行 CO2地質(zhì)儲存相關(guān)研究。然而, 松遼盆地內(nèi)部的地?zé)?、水文地質(zhì)和儲蓋層等條件呈現(xiàn)出較大的差異性(高瑞祺等, 1997), 為保證地質(zhì)儲存工程的高效安全, 進行儲存場地的篩選是十分必要的。目前, 我國 CO2地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價工作剛剛起步, 評價工作多以大尺度的沉積盆地為單位, 取得的研究成果無法滿足 CO2地質(zhì)儲存工程建設(shè)的需求, 以各沉積盆地的一級構(gòu)造單元為對象的適宜性評價工作成為必需。另外, 由于沉積盆地內(nèi)儲存介質(zhì)類型包括深部咸水層、廢棄油氣藏及不可開采的煤層等, 儲存介質(zhì)的多樣性使得當(dāng)前已經(jīng)建立的單介質(zhì)評價體系不再適用, 如沈平平等建立的CO2地質(zhì)儲存適宜性評價體系主要是考慮油氣藏的儲存介質(zhì)(沈平平等, 2009)。本次研究在結(jié)合松遼盆地沉積特征的基礎(chǔ)上, 分析 CO2地質(zhì)儲存適宜性影響因素, 建立適用于多種儲存介質(zhì)的 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標體系, 并對松遼盆地內(nèi)的各一級構(gòu)造單元的 CO2地質(zhì)儲存適宜性進行評價, 可為 CO2地質(zhì)儲存場地篩選和工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地層特征

松遼盆地包括我國遼河平原的北段和松嫩平原的全部, 地理位置為東經(jīng) 119°40′～128°24′, 北緯42°25′～49°23′, 長 軸 呈 NE 展 布 , 面 積 約26×104km2。該盆地為新華夏系第二沉降帶北部的一個中新生代大型克拉通復(fù)合盆地(遲元林等, 2002),區(qū)域構(gòu)造的輪廓表現(xiàn)為: 西部是東傾大單斜, 南、北均向中央傾伏, 東部為隆起, 中央為北北東向長形凹陷, 由此可以將松遼盆地劃分為 6個一級構(gòu)造單元, 各一級構(gòu)造單元分布范圍如圖1所示。

松遼盆地的地層自下而上為: 前古生界、下古生界、上古生界、侏羅系、白堊系、第三系、第四系, 具體如表1所示, 總厚度可達11000 m以上, 而不同構(gòu)造單元具有不同的地層特征, 如中央坳陷區(qū)地層發(fā)育齊全, 沉積深度較大, 東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)均地層出現(xiàn)缺失, 發(fā)育不全, 基巖埋藏深度也較淺。盆地內(nèi)發(fā)育了多套區(qū)域性儲蓋層,其中儲層由上至下包括嫩三、四段砂巖層, 嫩一段砂巖層, 姚一段砂巖層, 青二、三段砂巖層, 泉四段砂巖層和泉三段砂巖層, 為二氧化碳的地質(zhì)儲存提供了儲集空間, 蓋層由上至下包括明一段、嫩一段上部、嫩二段、青一段、泉一段和泉二段泥巖, 為二氧化碳地質(zhì)儲存提高了儲存條件。此外, 為了使儲存壓力超過CO2的臨界值(臨界點31.1℃, 7.78 MPa),本次評價的有效儲層深度應(yīng)在800 m以下。

圖1 松遼盆地構(gòu)造單元區(qū)劃圖Fig.1 Tectonic unit zoning of Songliao Basin

松遼盆地近50年的油氣勘探, 在坳陷層中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多、類型各異的圈閉, 截至2007年底, 松遼盆地北部已探明47個油氣田, 其中油田36個, 氣田11個, 獲工業(yè)油氣流地區(qū)幾十個, 按層析統(tǒng)計有近200多個圈閉(侯啟軍等, 2009)。盆地內(nèi)較高的研究程度為CO2的地質(zhì)儲存適宜性評價提供了良好的基礎(chǔ)。

2 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價體系和評價方法

2.1 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標體系的建立

本次評價指標體系的建立在參考相關(guān)文獻, 如《全國二氧化碳地質(zhì)儲存潛力評價與示范工程實施技術(shù)要求(征求意見稿)》(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, 2010)等的基礎(chǔ)上, 結(jié)合研究區(qū)實際情況, 主要遵循的原則有:

表1 松遼盆地地層簡表Table 1 Stratigraphic summary of Songliao Basin

(1)一級構(gòu)造單元的 CO2儲存推定潛力越大, 越有利于CO2地質(zhì)儲存;

(2)一級構(gòu)造單元中碳氣源越多、規(guī)模越大、勘探程度越高及資源潛力越大, 儲存經(jīng)濟性越好, 越有利于儲存;

(3)從地?zé)釛l件、水文地質(zhì)條件、儲蓋層條件三個方面考慮, 地表溫度、地?zé)崃髦?、地溫梯度越?地下水流動規(guī)模越小、流動深度越淺、更新越快, 儲蓋層條件越好, 儲存條件越好, 越有利于 CO2地質(zhì)儲存;

(4)地殼穩(wěn)定性越好, 基底斷裂密度越小, 儲存安全性越好, 越有利于CO2地質(zhì)儲存。

根據(jù)以上評價指標體系建立的原則, 結(jié)合研究區(qū)實際情況, 建立了 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標體系框架圖, 如圖2所示。從圖中可以看出, 本次評價體系包括4個方面、20個指標。

2.2 CO2地質(zhì)儲存適宜性的模糊綜合評價方法

模糊綜合評價是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ), 應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理, 將一些邊界不清, 不易定量的因素定量化, 進行綜合評價的一種方法(謝季堅, 2000;柳軍, 2003; 蘇耀明, 2007)。由于CO2的地質(zhì)儲存本身存在著大量不確定性因素, 各個指標的級別劃分、標準的確定都具有模糊性, 因此能夠?qū)⒛：C合評價較好地應(yīng)用到 CO2地質(zhì)儲存的適宜性評價中。模糊綜合評價法的一般步驟包括:

(1)確定評判對象: 本次評判對象為松遼盆地各一級構(gòu)造單元的CO2地質(zhì)儲存適宜性;

(2)確定評語集V: 本次評價采取5等級評語集,即V={好, 較好, 中等, 較差, 差};

(3)確定因素集U=(u1, u2, ····, um), 即選取的評價指標;

圖2 松遼盆地CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標體系框架圖Fig.2 Suitability evaluation framework chart of CO2geological sequestration in Songliao Basin

(4)構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣 R: 首先需確定各個因素對各個等級的隸屬度, 由于各評價指標為單向分布,半梯形分布函數(shù)能夠有效刻畫隸屬度的分布(余瓊芳等, 2003), 進而可建立評價指標與評價等級間的模糊關(guān)系矩陣R, 本次評價指標為 20個, 等級數(shù)為5, 評判矩陣R=(rij)20×5;

(5)確定權(quán)重集W=(w1, w2, ···, wm): 本次權(quán)重的計算采用層次分析法(潘峰等, 2003; 宮輝力等, 1989);

(6)做模糊變換求得B=W?R : 根據(jù)模糊關(guān)系矩陣 R, 應(yīng)用相乘相加算子進行模糊推理(趙和平, 2001), 相乘相加算子考慮了所有參評因子對CO2地質(zhì)儲存適宜性的影響, 既強調(diào)了最大影響因子, 又使所有參評因子在評價中發(fā)揮了應(yīng)有的作用, 能夠比較準確地反映盆地CO2地質(zhì)儲存適宜性;

(7)利用模糊綜合評判向量B確定適宜度: 本次評價最終適宜度的確定采用加權(quán)平均法, 即對評語集 V={好, 較好, 中等, 較差, 差}中的元素數(shù)量化,如V={9, 7, 5, 3, 1}。

3 松遼盆地CO2地質(zhì)儲存適宜性評價

3.1 評價指標分級標準

結(jié)合松遼盆地的實際地質(zhì)、地?zé)帷⑺牡刭|(zhì)和石油地質(zhì)等條件, 應(yīng)用上述評價體系, 分別確定出各評價指標的分級標準, 如表 2所示。從表中可以看出, 越大越好型的指標有推定潛力、碳/氣源、資源潛力等10個, 越小越好型的指標有地?zé)崃髦?、地震烈度、斷裂密度?7個, 雙向指標有蓋層埋藏深度、儲層埋藏深度和儲層孔隙度 3個, 但由于各構(gòu)造單元儲蓋層平均深度均在1500 m以下, 儲層孔隙度均在 15%以上, 所以也可將這三個指標當(dāng)作單向指標。

3.2 評價指標參數(shù)獲取

結(jié)合上述建立的評價指標體系, 分別對各一級構(gòu)造單元的每個評價指標的取值進行了詳細探討,具體如下:

(1)盆地勘探程度、資源潛力、構(gòu)造水文地質(zhì)條件、封氣指數(shù)、儲層厚度、儲層巖石特性、儲存有效孔隙度、儲層非均質(zhì)性(滲透率變異系數(shù) V(K))、斷裂密度等參數(shù)由參考文獻《松遼盆地陸相石油地質(zhì)學(xué)》(侯啟軍等, 2009)、中國石油地質(zhì)志(卷二)——大慶油田(上冊)、吉林油田(下冊)(吉林油田石油地質(zhì)志編寫組, 1993)、《松遼盆地南部坳陷湖盆沉積相和儲層研究》(趙志魁等, 2009)、《裂陷盆地分析原理和方法——以松遼盆地為例》(張功成等, 1996)《松遼盆地十屋斷陷反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式及其油氣勘探意義》(張玉明等, 2006)中獲得;

(2)推定潛力: 區(qū)內(nèi)主要的 CO2地質(zhì)儲存介質(zhì)為深部咸水層及油氣藏, 因此本文通過參考文獻《Sequestration of CO2in geological media in response to climate change: capacity of deep saline aquifers to sequester CO2in solution》(Bachu et al., 2003a)和《Evaluation of the CO2sequestration capacity in Alberta’s oil and gas reservoirs at depletion and the effect of underlying aquifers》(Bachu et al., 2003b)中的方法, 計算推定潛力;

表2 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標分級表Table 2 Suitability index classification of CO2geological sequestration

(3)儲、蓋層埋藏深度、儲蓋層占一級構(gòu)造單元面積等參數(shù)由參考文獻《松遼盆地陸相石油地質(zhì)學(xué)》(侯啟軍等, 2009)、《松遼盆地石油勘探圖集》(大慶油田科學(xué)研究設(shè)計院, 1969)和《松遼盆地南部泉頭組砂巖型鈾礦成礦條件分析》(宮文杰等, 2010)獲得,其中構(gòu)造單元沉積深度及儲、蓋層埋藏深度取自平均值;

(4)碳/氣源分布和規(guī)模由參考文獻《1997—2007年中國分省化石能源碳排放強度變化趨勢分析》(杜官印等, 2010)和《中國區(qū)域碳排放研究》(劉占成等, 2010)分析獲得;

(5)地震動峰值加速度、地震基本烈度由參考文獻《1: 4000000中國地震烈度區(qū)劃圖》(國家地震局, 1990)獲得;

(6)地?zé)崃髦?、地溫梯度參考文獻《松遼盆地油氣田形成條件與分布規(guī)律》(高瑞祺等, 1997)、《【東北】松遼盆地地?zé)岢醪椒治觥?中國科學(xué)院地質(zhì)研究所, 1961)、《松遼盆地地?zé)釄鰩А?吳乾蕃, 1991)和《松遼盆地古地溫恢復(fù)》(任戰(zhàn)利等, 2001)并取平均值獲得。

最終, 得到松遼盆地一級構(gòu)造單元的各適宜性評價指標的取值結(jié)果, 如表3所示。

3.3 評價指標權(quán)重的確定

層次分析法(Analysis Hierarchy Process, AHP)是在定性方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 定量確定參評因子權(quán)重的一種系統(tǒng)分析方法(王蓮芬等, 1989), 這種方法可將人們的經(jīng)驗思維數(shù)量化, 用以檢驗決策者判斷的一致性, 有利于實現(xiàn)定量化評價。

表3 松遼盆地各一級構(gòu)造單元評價因子數(shù)據(jù)表Table 3 Evaluation factors data of Grade-I tectonic units in Songliao Basin

用層次分析法計算權(quán)重的步驟包括(趙煥臣等, 1986):

(1)分析系統(tǒng)中各因素的關(guān)系, 建立系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu);

(2)對同一層次上各因素關(guān)于上一層次某一準則的重要性進行兩兩比較, 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣(正互反矩陣);

(3)由判斷矩陣計算被比較元素對于該準則的相對權(quán)重, 并進行一致性檢驗;

(4)計算各層元素對系統(tǒng)目標的合成權(quán)重, 并進行排序。

通過層次分析法計算的權(quán)重如表4所示。從表中可以看出, 儲存規(guī)模的指標權(quán)重較大, 地?zé)釛l件指標和地震安全指標權(quán)重均較小, 反映出由于松遼盆地地殼活動較穩(wěn)定, 而較低的地?zé)崽荻群偷責(zé)崃髦惦m然能使 CO2在較小的深度下達到較高的密度,但同時也說明區(qū)內(nèi)地?zé)釛l件的不足可由深度等因素彌補, 因此, 此次研究將儲存規(guī)模作為重點考慮因素。而最終一致性比率 CR=0.005＜0.1, 也說明求取的權(quán)重是合理的。

表4 適宜性評價指標權(quán)重表Table 4 Suitability index weight

3.4 評價結(jié)果與討論

應(yīng)用模糊綜合評價方法, 結(jié)合松遼盆地各一級構(gòu)造單元評價指標取值, 模糊綜合評判向量B=W?R, 由表4可得權(quán)重向量W, 通過隸屬度的計算可得模糊關(guān)系矩陣R。由于篇幅關(guān)系, 本文僅以中央坳陷區(qū)為例, 給出模糊關(guān)系矩陣R4:

由此可以得出松遼盆地各一級構(gòu)造單元的模糊綜合評價向量B如表5所示。

通過對模糊綜合評價的結(jié)果進行量化, 不僅能評價出適宜度的等級, 而且能對各個一級構(gòu)造單元的適宜度進行比較排序。本次研究采用加權(quán)平均法確定最終的適宜度, 首先對備擇集(評判者對評判對象可能作出的評判結(jié)果的集合)V={好, 較好, 中等,較差, 差}進行數(shù)量化, 用“9, 7, 5, 3, 1”依次表示各等級, 并稱其為各等級的秩, 得到V={9, 7, 5, 3, 1},通過加權(quán)計算, 得到最終的適宜度和評價結(jié)果如表5所示。從表中可以看出, 中央坳陷區(qū)CO2地質(zhì)儲存適宜度為7.742, 可以作為CO2地質(zhì)儲存的優(yōu)先區(qū)域,北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)和東南隆起區(qū)的適宜度分別為5.288、5.294和5.14, 說明這3個一級構(gòu)造單元的地質(zhì)儲存適宜性一般, 而東北隆起區(qū)和西南隆起區(qū)適宜度分別為4.155和4.126, 說明這3個一級構(gòu)造單元不適宜儲存 CO2。各分區(qū)的評價結(jié)果解釋如下:

(1)中央坳陷區(qū): 由于中央坳陷區(qū)地層發(fā)育齊全,沉積深度較大, 局部沉積巖厚度達 7000～10000 m,發(fā)育有多套生儲蓋組合, 且儲蓋層面積大, 在整個中央坳陷區(qū)均有分布, 儲層厚度較大, 蓋層封蓋能力較強, 成藏條件好, 是盆地中最重要的油氣源區(qū)和油氣田分布區(qū), 且碳氣源較多, 規(guī)模較大。另外,坳陷區(qū)內(nèi)地下水更新能力較差, 為滯留濃縮區(qū), 基本不受現(xiàn)代水循環(huán)影響, 地震基本烈度總體為Ⅵ～Ⅶ, 地震動峰加速度為 0.05～0.10, 地殼活動較相對較穩(wěn)定, 雖然坳陷區(qū)內(nèi)地溫梯度及地?zé)崃髦递^其它一級構(gòu)造單元偏高, 但整體的地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件決定了中央坳陷區(qū)具有較好的適宜度;

(2)北部傾沒區(qū): 北部傾沒區(qū)基巖埋藏深度為100～3500 m; 儲蓋層分布較廣泛, 儲層厚度較大,蓋層封蓋能力一般; 碳氣源少; 該區(qū)為一供水淡化區(qū), 地下水更新速度較快; 區(qū)內(nèi)地溫梯度和地?zé)崃髦稻^低; 區(qū)內(nèi)地震基本烈度總體為＜Ⅵ, 地震動峰加速度為＜0.05, 相對穩(wěn)定;

(3)東北隆起區(qū): 東北隆起區(qū)地層發(fā)育不全, 上白堊統(tǒng)基本缺失, 基巖起伏大, 埋藏深度 500～3000 m, 儲蓋層分布較廣泛, 儲層厚度一般, 蓋層封閉能力較中央坳陷區(qū)差; 碳氣源少; 該區(qū)同樣為一供水淡化區(qū), 地下水更新速度較快。區(qū)內(nèi)地溫梯度高, 但地?zé)崃髦递^低。區(qū)內(nèi)地震基本烈度總體為＜Ⅵ, 地震動峰加速度為0.05～0.10, 相對穩(wěn)定;

(4)西部斜坡區(qū): 基巖埋藏淺, 為 2000～2500 m;儲蓋層分布較廣泛, 儲層厚度一般, 蓋層封閉能力較中央坳陷區(qū)差; 碳氣源較多; 該區(qū)水力坡度大,易于補給水源長期深入, 為一供水淡化區(qū), 更新速度較快。區(qū)內(nèi)地震基本烈度總體為Ⅵ～Ⅶ, 地震動峰加速度為0.05～0.10, 相對較穩(wěn)定;

表5 松遼盆地各一級構(gòu)造單元模糊綜合評判向量表Table 5 Vector of fuzzy comprehensive evaluation of Grade-I tectonic units in Songliao Basin

(5)東南隆起區(qū): 東南隆起區(qū)地層發(fā)育不全, 上白堊統(tǒng)缺失, 基巖起伏較大, 埋藏深度為 500～3000 m。儲蓋層分布面積約占全區(qū)的70%, 儲層厚度一般, 蓋層封閉性一般; 碳氣源較多; 區(qū)內(nèi)地下水主要為氯化物-鈉型水, 水文條件穩(wěn)定, 外來水影響不大, 更新能力較差; 區(qū)內(nèi)地溫梯度和地?zé)崃髦稻^低; 區(qū)內(nèi)地震基本烈度總體為Ⅵ～Ⅶ, 地震動峰加速度為0.05～0.10, 相對較穩(wěn)定;

(6)西南隆起區(qū): 西南隆起區(qū)沒有登婁庫組沉積,泉頭組、青山口組分布范圍不廣, 厚度較小, 姚家組超覆于基巖之上, 基巖埋藏淺, 深度約在 250～1000 m; 儲蓋層在區(qū)內(nèi)分布的范圍較小, 儲層厚度較小, 且蓋層封蓋能力較差; 碳氣源較少; 區(qū)內(nèi)地下水礦化度較低, 更新速度較快; 區(qū)內(nèi)地溫梯度和地?zé)崃髦稻^低; 區(qū)內(nèi)地震基本烈度總體為＜Ⅵ,地震動峰加速度為＜0.05, 相對穩(wěn)定。

從以上討論可知, 整個盆地各一級構(gòu)造單元的地?zé)釛l件和安全性相差不大, 但中央坳陷區(qū)由于沉積深度、水文地質(zhì)條件、儲蓋層條件(儲蓋層面積、埋藏深度、儲層厚度等)均較其它各一級構(gòu)造單元好而適宜度較高, 北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)和東南隆起區(qū)由于以上條件均較中央坳陷區(qū)稍差而適宜性一般, 東北隆起區(qū)和西南隆起區(qū)同樣因為儲蓋層分布較少, 儲層厚度較小等條件而適宜性較差。由此可見, 上述結(jié)果與研究區(qū)的實際情況相符, 說明該評價方法的合理性。

另外, 沈平平等人同樣曾利用模糊綜合評價方法對位于松遼盆地中央坳陷區(qū)的大情字油田進行了CO2地質(zhì)儲存適宜性評價, 結(jié)果表明大情字油田的CO2地質(zhì)儲存適宜性是適宜的, 也很好地驗證了本次評價結(jié)果的準確性, 但由于他主要側(cè)重于油田介質(zhì), 指標體系的差別使得評價結(jié)果與本次研究有一定的差別。

4 結(jié)論

由于CO2地質(zhì)儲存條件的嚴格和沉積盆地地質(zhì)條件的復(fù)雜性, 建立合適的 CO2地質(zhì)儲存適宜性評價指標體系具有重要意義。通過上述研究可以看出,本次研究建立的評價指標體系能夠較好的應(yīng)用于盆地級 CO2地質(zhì)儲存場地篩選中, 且評價結(jié)果表明,中央坳陷區(qū)CO2地質(zhì)儲存適宜度為7.742, 可以作為CO2地質(zhì)儲存的優(yōu)先區(qū)域, 北部傾沒區(qū)、西部斜坡區(qū)和東南隆起區(qū)的適宜度分別為5.288、5.294和5.14,說明這 3個一級構(gòu)造單元的地質(zhì)儲存適宜性一般,而東北隆起區(qū)和西南隆起區(qū)適宜度分別為 4.155和4.126, 說明這2個一級構(gòu)造單元不適宜儲存CO2。為CO2地質(zhì)儲存場地篩選和工程建設(shè)等提供了科學(xué)依據(jù)。

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Suitability Assessment of Geological Sequestration of CO2in Songliao Basin

YANG Guo-qiang1,2,3), SU Xiao-si1,2,3), DU Shang-hai1,2,3), XU Wei1,2,3), MENG Jing-ying1,2,3), GAO Dong-yan1,2,3)
1) College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun, Jilin 130021;
2) Institute of Water Resources and Environment, Jilin University, Changchun, Jilin 130021;
3) Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment, Ministry of Education, Jilin University, Changchun, Jilin 130021

In mitigating the trend of global warming, CO2geological sequestration becomes one of the effective methods for reducing the amount of CO2emissions to the atmosphere.Regional suitability assessment constitutes the basis of selecting CO2geological sequestration target areas.Both selecting suitable evaluation indicators and determining the weights have important effects on the reasonableness of the evaluation results.Considering the geological conditions of Songliao Basin and taking six Ⅰ tectonic units as the evaluation objects, the research established an index system which included 4 aspects, 20 indicators and 5 indicator levels.The 4 aspects covered the scale of geological sequestration, the economy of geological sequestration, the conditions of geological sequestration and the security of geological sequestration.Using AHP (Analysis Hierarchy Process) to determine the indicator weights, and considering the fuzziness of grading standards, the authors obtained a fuzzy synthetic evaluation method of CO2geological sequestration based on AHP.The research applied this method to thesuitability evaluation of the 6 Ⅰ tectonic units and obtained the CO2geological sequestration suitability.The results of the evaluation show that the central depression area has relatively good suitability of CO2geological sequestration, which can hence be used as the CO2geological sequestration priority area.It is shown that the northern plunging area, western slope area, and southeast uplift have general suitability for CO2geological sequestration, whereas the northeast uplift area and southwest uplift area are not suitable for the geological sequestration of CO2.

geological sequestration of CO2; suitability; analysis of hierarchy process; fuzzy synthesized evaluation

X511; X821

A

10.3975/cagsb.2011.05.07

本文由地質(zhì)礦產(chǎn)部保障工程項目(編號: 水[2010]礦評03-08-01-ZT)和吉林大學(xué)博士研究生交叉學(xué)科科研資助建設(shè)項目(編號: 2011J012)聯(lián)合資助。

2011-07-04; 改回日期: 2011-08-16。責(zé)任編輯: 張改俠。

楊國強, 男, 1987年生。碩士研究生。主要從事地下水科學(xué)與工程研究。通訊地址: 130021, 長春市解放大路2519號。E-mail: yangguoqiang640607@163.com。