王齊鑫，馬傳明，花勐健，周愛(ài)國(guó)

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢 430074; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院， 湖北 武漢 430074；3.清華大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100084)

安徽省沉積盆地CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)

王齊鑫1，馬傳明2，花勐健3，周愛(ài)國(guó)2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢 430074; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院， 湖北 武漢 430074；3.清華大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100084)

CO2的地質(zhì)儲(chǔ)存已成為減緩溫室效應(yīng)的一條有效的途徑。區(qū)域的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)是選址建設(shè)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程的基礎(chǔ)，而建立適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)指標(biāo)體系與選擇合理的評(píng)價(jià)方法對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)起到至關(guān)重要的作用。本次研究以安徽省內(nèi)CO2減排需要為目的，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際的地質(zhì)條件，從CO2的地質(zhì)儲(chǔ)存所關(guān)聯(lián)的多重因素出發(fā)，建立起包括安全性、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性與社會(huì)環(huán)境性4個(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并引入變異系數(shù)法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)確定權(quán)重與TOPSIS模型對(duì)研究區(qū)的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存盆地適宜性進(jìn)行排序。研究結(jié)果表明：阜陽(yáng)盆地與合肥盆地為優(yōu)先選擇的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存盆地。評(píng)價(jià)結(jié)果為安徽省初步選址CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。

CO2地質(zhì)儲(chǔ)存；適宜性；變異系數(shù)法；TOPSIS模型

近二三十年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但以犧牲環(huán)境資源為代價(jià)的發(fā)展模式也導(dǎo)致CO2排放量的急劇上升。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件，CO2地下地質(zhì)埋存無(wú)疑是處置CO2最有效最現(xiàn)實(shí)的方法之一，具體是指將CO2注入到地下深處具有適當(dāng)封閉條件的地層中隔離起來(lái)，地質(zhì)埋存的場(chǎng)所包括深部咸水含水層、不可采煤層和油氣儲(chǔ)層等[1]。而選擇安全有效的地質(zhì)儲(chǔ)存位置是進(jìn)行CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程建設(shè)前首要解決的問(wèn)題[2]。

目前，我國(guó)對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)研究尚處于起步階段，部分學(xué)者在考慮某個(gè)儲(chǔ)存介質(zhì)類型的基礎(chǔ)上提出了CO2地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)體系[3]，但對(duì)于多樣的儲(chǔ)存介質(zhì)評(píng)價(jià)存在著一定的不適用性。并且現(xiàn)有的評(píng)價(jià)工作大多以大尺度的沉積盆地為研究單位，所取得的研究成果無(wú)法滿足CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程建設(shè)的需求[2]，還因地質(zhì)構(gòu)造單元與行政區(qū)劃的差異性，落實(shí)到當(dāng)?shù)卣男姓?guī)劃中面臨著諸多困難。

缺乏較為客觀的評(píng)價(jià)方法很大程度上影響著CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)者[4～5]對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定所采用的是層次分析法，通過(guò)相對(duì)標(biāo)度的評(píng)定劃分影響CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性指標(biāo)重要性大小。此法容易受到評(píng)判者主觀意識(shí)影響，且當(dāng)復(fù)雜地質(zhì)條件下的指標(biāo)評(píng)判充滿著不確定性。此外，層次分析法易受到相對(duì)重要因子的影響而無(wú)法充分利用原始數(shù)據(jù)所表達(dá)的全面信息。

評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分在一定程度上關(guān)系著CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。文[6～8]多根據(jù)人為所確定的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性等級(jí)劃分，對(duì)研究單元的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性進(jìn)行判斷。但事實(shí)上，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性等級(jí)劃分沒(méi)有明確的界限，它的劃分標(biāo)準(zhǔn)與區(qū)間值的確定是一個(gè)模糊問(wèn)題，人為主觀所確定評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果有著直接的影響。本文通過(guò)對(duì)研究單元CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性優(yōu)先順序進(jìn)行排列，以避免人為所劃分的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

本次研究將以安徽省內(nèi)較小尺度盆地為研究單元，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際盆地地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，建立適用于研究區(qū)實(shí)際條件下的儲(chǔ)存介質(zhì)為深部咸水含水層的CO2適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并應(yīng)用變異系數(shù)法從客觀上對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行權(quán)重確定，引入TOPSIS模型對(duì)研究單元的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性進(jìn)行優(yōu)先排序，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果可為研究區(qū)選址CO2地質(zhì)儲(chǔ)存場(chǎng)地工程提供遠(yuǎn)景目標(biāo)區(qū)。目前，基于變異系數(shù)法與逼近理想解排序法共同作用在評(píng)價(jià)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性方面尚未見(jiàn)報(bào)道。

1 研究區(qū)概況

安徽省位于我國(guó)東部，面積約13.9×104km2，占全國(guó)面積的1.4%。省內(nèi)地形南高北低,地貌形態(tài)多樣，平原、丘陵、山地均可見(jiàn)。氣候溫和、濕潤(rùn), 有著明顯的季節(jié)性特點(diǎn)[9]。

安徽省北部為中朝準(zhǔn)地臺(tái)，中部為秦嶺褶皺系，南部為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)[10]。皖中江淮之間北部丘陵為巖漿巖和碳酸鹽巖構(gòu)成，南部丘陵主要為碳酸鹽巖構(gòu)成，中部波狀平原地表主要為中、上更新統(tǒng)黏性土，其下伏為中生界紅色砂巖。皖西大別山中、低山區(qū)主要由變質(zhì)巖和巖漿巖組成；長(zhǎng)江兩岸和巢湖周圍，主要由火山巖、紅色砂巖和第四系沖積物組成[11～12]。

安徽省正處于工業(yè)化中期，產(chǎn)業(yè)以資源型、勞動(dòng)以密集型為特征，發(fā)展以高能源消耗、地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重破壞、CO2高排放為代價(jià)，煤炭開(kāi)采、有色金屬選冶、火力發(fā)電等傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)很大程度上影響了全省的生態(tài)環(huán)境。國(guó)家“十三五規(guī)劃” 明確提出到2020年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2015年下降18%，因此安徽省CO2的減排任務(wù)十分艱巨，而開(kāi)展CO2地質(zhì)儲(chǔ)存研究就顯得十分必要。本次研究將為安徽省CO2的地質(zhì)儲(chǔ)存提供科學(xué)依據(jù)，也必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

本文根據(jù)安徽省區(qū)域地質(zhì)志中對(duì)全省中新生代盆地的劃分方案，初步篩選出可以進(jìn)一步進(jìn)行CO2地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)的盆地作為本次研究單元(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

2 研究方法

變異系數(shù)-TOPSIS模型法相結(jié)合的評(píng)價(jià)模型能從客觀的角度去衡量評(píng)價(jià)單元的優(yōu)劣次序，克服人為主觀條件對(duì)于權(quán)重大小的影響與評(píng)價(jià)等級(jí)劃分的模糊性問(wèn)題，并且能夠充分利用原始數(shù)據(jù)所能提供的完整信息，因此對(duì)各盆地單元CO2適宜性能夠做出較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

2.1變異系數(shù)法

變異系數(shù)法是一種利用被評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)的變異程度確定指標(biāo)權(quán)重的方法，可實(shí)現(xiàn)被評(píng)價(jià)對(duì)象各指標(biāo)的動(dòng)態(tài)賦權(quán)[13]。指標(biāo)的變異程度大，說(shuō)明其在評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)中的重要程度越高，應(yīng)賦予較大的權(quán)重；反之則賦予較小的權(quán)重[14]。其具體過(guò)程如下所示：

(1)原始數(shù)據(jù)的歸一化處理

根據(jù)已建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行1～9標(biāo)度的評(píng)分。

(1)

(3)計(jì)算第i項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分的均方差值Si

(2)

(4)計(jì)算變異系數(shù)δi

(3)

(5)計(jì)算權(quán)重wi

(4)

2.2TOPSIS模型

TOPSIS模型即為“逼近理想解排序方法”，主要用來(lái)解決有限方案多目標(biāo)決策問(wèn)題，是一種運(yùn)用距離作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的綜合評(píng)價(jià)法[14]。通過(guò)定義目標(biāo)空間中的某一測(cè)度，據(jù)此計(jì)算目標(biāo)靠近/偏離正、負(fù)理想解的程度從而對(duì)研究單元做出有效評(píng)價(jià)。具體過(guò)程如下：

(1)評(píng)價(jià)矩陣構(gòu)建

運(yùn)用變異系數(shù)法所確定的權(quán)重wj與歸一化后的原始數(shù)據(jù)構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣Y，具體計(jì)算公式如下：

(5)

(2)確定正負(fù)理想解

設(shè)Y+為評(píng)價(jià)矩陣中第i項(xiàng)指標(biāo)中的最大值，即最偏好的方案，稱為正理想解；Y-為評(píng)價(jià)矩陣中第i項(xiàng)指標(biāo)中的最小值，即最不偏好的方案，稱為負(fù)理想解，其計(jì)算方法如下：

(6)

(7)

(3)歐式距離計(jì)算

本次選用歐式距離作為衡量研究目標(biāo)距離正/負(fù)理想解程度，具體公式如下所示：

(8)

(9)

yij——加權(quán)規(guī)范化值；

(4)貼合度指數(shù)計(jì)算

通過(guò)計(jì)算各研究單元的貼合度指數(shù)cj的大小，按照從大到小的順序排列優(yōu)先次序，計(jì)算公式如下：

(10)

3 評(píng)價(jià)過(guò)程

3.1建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

CO2地質(zhì)儲(chǔ)存是一個(gè)與地質(zhì)條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件密切關(guān)聯(lián)的復(fù)雜系統(tǒng)，本次研究所建立的指標(biāo)體系是在《全國(guó)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程實(shí)施技術(shù)要求》的基礎(chǔ)上，根據(jù)所在研究區(qū)的實(shí)際情況，充分考慮影響CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的多重因素，以圍繞對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存影響的地質(zhì)條件為核心，構(gòu)建以技術(shù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性與社會(huì)環(huán)境性為準(zhǔn)則層的由24個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的適用于儲(chǔ)存介質(zhì)為深部含水層的評(píng)價(jià)體系。每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的評(píng)價(jià)等級(jí)(適宜、較適宜與較不適宜)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

表1 安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)表Table 1 Suitability index classification of geological storage of CO2 in the basins of Anhui Province

3.1.1技術(shù)性準(zhǔn)則層

(1)盆地發(fā)育條件

盆地面積直接影響整個(gè)盆地儲(chǔ)存CO2能力的大小，同時(shí)也影響著地層流體流動(dòng)規(guī)模；由于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存需要在超臨界壓力下將其注入地層中，超臨界CO2的臨界點(diǎn)為31.1 ℃，7.38 MPa，而在地表800 m以下才會(huì)有這樣的溫度和壓力[15]，因此對(duì)盆地沉積深度指標(biāo)進(jìn)行選取。

(2)地?zé)岬刭|(zhì)條件

較低的地?zé)崃髦的苁笴O2在較小的深度下達(dá)到較高的密度，有利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存；地溫梯度直接關(guān)乎沉積盆地的溫度，對(duì)自由CO2的相態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)影響較大，沉底盆地地溫梯度越小，越有利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存[16]。

(3)水文地質(zhì)條件

深部含水層孔隙度的大小與平均厚度直接關(guān)系到儲(chǔ)存CO2的空間多少，含水層的孔隙度與厚度均與儲(chǔ)存CO2空間能力上呈正比關(guān)系；儲(chǔ)層滲透率是表征儲(chǔ)層巖石滲透性好壞的主要指標(biāo)，一般認(rèn)為，儲(chǔ)層滲透率越大越有利于CO2從外界注入；地下水的水動(dòng)力交替作用會(huì)使得地下水運(yùn)移可攜帶CO2逃逸地表，進(jìn)而造成CO2的泄露，水動(dòng)力交替程度愈強(qiáng)，則發(fā)生CO2逃逸的可能性就愈大。

(4)儲(chǔ)存潛力

儲(chǔ)存潛力指標(biāo)是衡量盆地CO2地質(zhì)儲(chǔ)存條件是否成熟的重要定量化指標(biāo)之一，同時(shí)也能直觀反映該盆地是否具有良好的提供CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的條件。

(5)蓋層條件

由于在CO2地質(zhì)儲(chǔ)存中，根據(jù)能否具有阻止CO2逃逸或泄露能力，一般可將蓋層巖性分為蒸發(fā)巖類、泥質(zhì)巖類和頁(yè)巖類三種。此外，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存必須有供進(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)存的優(yōu)質(zhì)目標(biāo)儲(chǔ)層，儲(chǔ)層之上必須有良好的區(qū)域性蓋層，以防止CO2的直接泄露。同時(shí)還要考慮地表之下、主力蓋層之上是否有發(fā)育良好的次級(jí)儲(chǔ)、蓋層構(gòu)成的二次截留或二次封閉，以防止CO2突破主力蓋層之后向上進(jìn)一步泄露。因此，主力蓋層之上的次級(jí)蓋層質(zhì)量越好、數(shù)量越多，二次截留和二次封閉能力越強(qiáng)，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存安全性就越高。另外，蓋層厚度對(duì)CO2通過(guò)蓋層的滲濾和擴(kuò)散速率也有著重要影響，大厚度的蓋層可保證它在橫向上較大范圍的展布，并使CO2通過(guò)蓋層的滲濾和擴(kuò)散速率減慢，從而對(duì)CO2向上逸散起阻礙作用[17]。

3.1.2安全性準(zhǔn)則層

(1)斷裂條件

斷裂以及與之銜接的斷裂網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)破壞了巖層的連續(xù)性，直接影響盆地完整性，降低了蓋層的橫向完整性和連續(xù)性，使區(qū)域封閉性能整體降低，被認(rèn)為是CO2泄露的主要構(gòu)造通道。因此，斷裂密度越高，導(dǎo)致CO2泄露的概率越大，越不利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存[18]；深大斷裂因其活動(dòng)可能性較大，對(duì)區(qū)域地殼控制性明顯，易對(duì)區(qū)域穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而影響CO2地質(zhì)儲(chǔ)存安全。

(2)地震條件

地震動(dòng)峰值加速度是指與地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜最大值相應(yīng)的水平加速度；地震烈度是指地震時(shí)某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度[19]；歷史地震最大震級(jí)反應(yīng)了該地區(qū)發(fā)生最大地震程度。地震條件對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程的建設(shè)也有著十分重要的影響，地震活動(dòng)使巖土體產(chǎn)生變形，破壞其整體性和穩(wěn)定性，并且為地下水活動(dòng)提供通道，從而增大了CO2泄露風(fēng)險(xiǎn)。

(3)火山條件

CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程應(yīng)建造在火山不發(fā)育區(qū)域上，火山地質(zhì)構(gòu)造對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程造成一定的不利影響?；鹕降刭|(zhì)構(gòu)造往往形成特有地下熔洞、熔巖隧道發(fā)育，或因頂板巖體在長(zhǎng)期的地質(zhì)風(fēng)化、外荷載的影響及地心引力的長(zhǎng)期作用下，導(dǎo)致熔洞頂板強(qiáng)度及穩(wěn)定性不足[20]，最終使CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程發(fā)生突然性塌陷等破壞性工程地質(zhì)作用結(jié)果。本次研究主要是根據(jù)歷史上火山發(fā)育情況劃分歷史上火山不發(fā)育區(qū)、少發(fā)育區(qū)及多發(fā)育區(qū)對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1.3經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則層

對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是評(píng)價(jià)研究單元是否能夠?qū)O2的生態(tài)環(huán)境效益轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益的重要組成部分。碳源條件通過(guò)碳源規(guī)模來(lái)表示，CO2排放源主要集中在各燃煤電廠，將排放的CO2捕獲起來(lái)，經(jīng)過(guò)提純、液化后進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)存，因此，碳源規(guī)模越大越助于CO2經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)生；運(yùn)輸條件與直接經(jīng)濟(jì)條件都本著以綜合成本越經(jīng)濟(jì)越利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的原則，對(duì)研究單元進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1.4社會(huì)環(huán)境準(zhǔn)則層

社會(huì)認(rèn)可條件主要是通過(guò)公眾對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的認(rèn)可度來(lái)反應(yīng)，由于國(guó)內(nèi)已發(fā)生諸多群體抵制政府環(huán)保立項(xiàng)的事件，因此公眾認(rèn)可對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程的順利有序建設(shè)有著支持作用。CO2的泄露對(duì)于環(huán)境可能造成地下水污染、地面破壞與誘發(fā)地震等負(fù)面影響。因此，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的越充分，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存越可行。

3.2對(duì)比成熟評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

研究將所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與已有成熟評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)比發(fā)現(xiàn)其優(yōu)越性在于：如大多數(shù)文獻(xiàn)[21～22]在提出的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存提出的指標(biāo)體系中，忽略了水文地質(zhì)條件對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存影響的作用，本次研究則篩選水動(dòng)力條件指標(biāo)、含水層巖性參數(shù)指標(biāo)說(shuō)明水文地質(zhì)條件對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程選址的重要性；其中文[21]所提出的指標(biāo)體系對(duì)于區(qū)域地殼穩(wěn)定性的指標(biāo)體系量化較為簡(jiǎn)單，而本次研究則通過(guò)斷裂條件、火山條件與地震條件三個(gè)方面對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)；文[23]所針對(duì)華北南部盆地所提出的指標(biāo)體系中，沒(méi)有體現(xiàn)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存安全性相關(guān)指標(biāo)，且缺乏評(píng)估CO2地質(zhì)儲(chǔ)存能力的定量化指標(biāo)，而本次研究中不僅提出基礎(chǔ)地質(zhì)條件指標(biāo)定性評(píng)估CO2地質(zhì)儲(chǔ)存能力，又提出如儲(chǔ)存潛力等定量化的指標(biāo)直接反映CO2地質(zhì)儲(chǔ)存能力，采取定性指標(biāo)與定量化指標(biāo)相結(jié)合的指標(biāo)體系更加有利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存能力大小的判斷。部分文獻(xiàn)[2]中則沒(méi)有體現(xiàn)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)的指標(biāo)，而CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程是一個(gè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜工程，本次研究針對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程的特殊性提出了經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與社會(huì)環(huán)境指標(biāo)補(bǔ)充完善指標(biāo)體系。

3.3數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究中各評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的確定是在各種文獻(xiàn)資料[24～25]與相關(guān)報(bào)告的基礎(chǔ)上給出，主要報(bào)告來(lái)源有《安徽省油氣資源評(píng)價(jià)》、《安徽省石油地質(zhì)基本特征及含油氣遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)的初步探討》、《安徽北部中新生代沉積盆地分析》、《合肥盆地石油地質(zhì)與地球物理特征研究及進(jìn)展》、《合肥盆地中新生代構(gòu)造演化與油氣地質(zhì)特征》與《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖及安徽省主要斷裂(帶)和震中分布圖》等。

3.4確定指標(biāo)權(quán)重

3.4.1量化評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)已建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)按照不同級(jí)別進(jìn)行劃分(表1)，并根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行1～9標(biāo)度的評(píng)分，結(jié)果如表2所示。

3.4.2計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

通過(guò)變異系數(shù)法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重大小，具體結(jié)果如表3所示。從權(quán)重分布上看，在準(zhǔn)則層中對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性影響最大的是技術(shù)性指標(biāo)，其占比重最大為0.605，而安全性指標(biāo)占比最小為0.093；在領(lǐng)域?qū)又?，水文地質(zhì)條件所占權(quán)重最大為0.256，而斷裂條件所占比重最小為0.019；在評(píng)價(jià)指標(biāo)層面上，碳源規(guī)模占比最大為0.098，深大斷裂發(fā)育情況指標(biāo)權(quán)重最小為0。值得注意的是，由于各盆地構(gòu)造和地殼穩(wěn)定性方面的指標(biāo)級(jí)別相似或相同，對(duì)于各盆地優(yōu)先級(jí)別影響程度較小，故其安全性指標(biāo)權(quán)重占比很小。

3.5TOPSIS模型排序

通過(guò)利用TOPSIS模型所計(jì)算出的貼合度大小，并以此作為依據(jù)對(duì)研究區(qū)盆地單元CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性進(jìn)行優(yōu)劣排序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

根據(jù)以上結(jié)果可看出，安徽省盆地CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性大小依次為阜陽(yáng)盆地、合肥盆地、沿江盆地、潛山盆地、古沛盆地、泗縣盆地、宣-廣盆地、五河盆地、休寧盆地以及蒿溝盆地。其中因阜陽(yáng)盆地與合肥盆地排名靠前，應(yīng)考慮首選安徽省盆地CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的遠(yuǎn)景目標(biāo)區(qū)為上述兩個(gè)盆地。

合肥盆地與阜陽(yáng)盆地之所以為首選盆地原因在于：兩者盆地發(fā)育面積遠(yuǎn)大于其他研究盆地，都屬于中型盆地地區(qū)。阜陽(yáng)盆地為在前寒武系基底之上發(fā)育起來(lái)的古生代—新生代疊合盆地[26]，受新生界地質(zhì)構(gòu)造影響，沉積最大埋深大于8 000 m，蓋層厚度較大但厚度差異較大，最厚達(dá)4 000 m，古生界蓋層厚度比較穩(wěn)定，其中上古生界平均厚度為2 000～2 400 m。合肥盆地是由古近系定遠(yuǎn)組上段泥巖組成的上部蓋層，厚度達(dá)1 400 m；由白堊系響導(dǎo)鋪組、朱巷組上段泥巖組成的下部蓋層，厚度亦大于1 000 m，且兩者盆地均發(fā)育有多套生儲(chǔ)蓋組合。斷裂密度總體稀疏且都處于火山的不發(fā)育地區(qū)，地殼整體處于較為穩(wěn)定地區(qū)適宜CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程建造。阜陽(yáng)盆地地下水類型多為多層孔隙水，徑流緩慢，地下水的更新速度較慢因而地下水不易攜帶CO2進(jìn)入大氣環(huán)境。

蒿溝盆地與休寧盆地的排名最為靠后的原因在于：蒿溝盆地的盆地發(fā)育面積與單位面積推定潛力均較小以及盆地沉積深度較淺，直接反映出該盆地CO2儲(chǔ)存能力較差；而休寧盆地屬皖南山區(qū)，其主要為基巖裂隙水分布區(qū)，地形切割程度大，地下水交替作用強(qiáng)裂，因而地下水?dāng)y帶CO2逃逸的可能性較大。此外，休寧盆地整體受蘇浙皖贛大斷裂和寧國(guó)—績(jī)溪—歙縣大斷裂以及祁門—歙縣大斷裂所控制，區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用明顯，斷裂與垂直節(jié)理發(fā)育明顯，而導(dǎo)致其盆地完整性較差。

5 結(jié)論

(1)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存為CO2減排提供了一條新的途徑。由于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，本次研究以針對(duì)安徽省內(nèi)CO2減排需要為目的，以省內(nèi)主要盆地單元為研究對(duì)象，以影響儲(chǔ)存介質(zhì)為深部含水層CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性的地質(zhì)條件為核心，并統(tǒng)籌考慮影響CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性的多重效應(yīng)，建立起了包括4個(gè)準(zhǔn)則層、13個(gè)領(lǐng)域?qū)雍?4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)所構(gòu)成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系的建立對(duì)于安徽省篩選CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程初步選址具有一定的意義。

(2)本次研究采用客觀評(píng)價(jià)的方法對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。引入變異系數(shù)法對(duì)指標(biāo)權(quán)重的確定，克服了主觀對(duì)指標(biāo)權(quán)重評(píng)定影響；利用TOPSIS模型對(duì)安徽省盆地CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行排序，避免了人為劃定適宜性評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

(3)根據(jù)研究結(jié)果，安徽省盆地儲(chǔ)存CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性依次為：阜陽(yáng)盆地、合肥盆地、沿江盆地、潛山盆地、古沛盆地、泗縣盆地、宣—廣盆地、五河盆地、休寧盆地以及蒿溝盆地，其中阜陽(yáng)盆地與合肥盆地可作為CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的優(yōu)先考慮盆地。

表3 安徽省盆地二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性指標(biāo)權(quán)重表Table 3 Suitability index weight of geological storage of CO2 in the basins of Anhui Province

準(zhǔn)則層權(quán)重領(lǐng)域?qū)訖?quán)重評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重技術(shù)性指標(biāo)0605盆地發(fā)育條件0112盆地面積0050盆地沉積深度0062地?zé)岬刭|(zhì)條件0047地?zé)崃髦?016地溫梯度0030水文地質(zhì)條件0256孔隙度0088滲透率0046深部含水層平均厚度0038地下水交替程度0084儲(chǔ)存潛力0093推定潛力0035單位面積推定潛力0058蓋層條件0097蓋層巖性0027蓋層層數(shù)0024蓋層厚度0046安全性指標(biāo)0093斷裂條件0019斷裂密度0019深大斷裂發(fā)育情況0地震條件0054地震動(dòng)峰值加速度0029地震烈度0007歷史地震最大震級(jí)0018火山條件0020火山發(fā)育區(qū)0020經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)0196碳源條件0098碳源規(guī)模0098運(yùn)輸條件0025可能的運(yùn)輸方式0025直接經(jīng)濟(jì)條件0073捕獲、運(yùn)輸、基建成本0073社會(huì)環(huán)境指標(biāo)0106社會(huì)認(rèn)可條件0040公眾認(rèn)可度0040制度條件0066法律法規(guī)體系建設(shè)0066

表4 安徽省二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果表Table 4 Suitability evaluation results of geological storageof CO2 in the basins of Anhui Province

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責(zé)任編輯：汪美華

SuitabilityevaluationofgeologicalstorageofCO2
insedimentarybasinofAnhuiProvince

WANG Qixin1, MA Chuanming2, HUA Mengjian3, ZHOU Aiguo2

(1.SchoolofGeologicalSurvey,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan，Hubei430074,China; 2.SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan，Hubei430074,China; 3.TsinghuaUniversityHighSchool,Beijing100084,China)

Geological storage of CO2has become one of the effective ways for reducing greenhouse gas emissions. Regional suitability evaluation of geological storage of CO2is the basis of choosing sites of construction of geological storage of CO2. Establishment of proper evaluation index systems and selection of reasonable evaluation methods play a crucial role in the suitability evaluation of geological storage of CO2. For the propose of CO2reduction needs of Anhui Province, according to the actual geological conditions of the study areas and from the multiple aspects of associated CO2geological storage, the research built an evaluation index system of four aspects, which include security, technicality, economy and social environment. The variation coefficient method is introduced to determine the weight and the TOPSIS model is used for ranking the suitability of CO2geological storage basin in the study areas. The results of the evaluation show that the Fuyang Basin and the Hefei Basin are prior selection for geological storage of CO2. The evaluation results provide a scientific evidence for preliminary choosing engineering construction of geological storage of CO2.

geological storage of CO2; suitability; variation coefficient method; TOPSIS model

X701.7

A

1000-3665(2017)05-0121-10

馬傳明(1975-)，男，副教授，博士，主要從事水文地質(zhì)學(xué)的教學(xué)與科研工作。E-mail:bjmcm@163.com

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.05.19

2016-12-10;

2017-02-28

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ11B04)

王齊鑫(1993-)，男，碩士研究生，水文地質(zhì)學(xué)方向。E-mail:cug_wqx2016@126.com