摘要
CO2地质埋存技术是一项具有大规模应用前景的温室气体处置技术，有望实现化石能源使用后CO2的零排放。在CO2地下埋存的四种储集体中，深部咸水层的潜力最大。因此通过一系列物理、化学反应，最终将CO2永久封存于咸水层中，将对全球碳循环具有深远影响。要想实现CO2地下埋存的有效性、持久性和安全性，就需要对所选埋存点进行全面、详细的地质学研究。本文围绕CO2地下咸水层埋存这个核心问题，采用沉积学、矿物岩石学、水文地质学及构造地质学等多学科综合分析，从沉积演化特征、储层地质特征、盖层地质特征、水文地质特征以及构造地质特征等方面论述CO2地下埋存的地质条件。主要研究内容包括： ⑴研究区目的储层的埋深平均为1809～2424 m，既符合CO2地下埋存的最小深度要求，对于埋存项目的实施又是比较经济的选择。储层砂岩累积总厚度为5.5～286.5 m，平均175 m。砂岩类型均以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，成分成熟度较低，结构成熟度中等，胶结类型为基底式、孔隙式及接触式胶结，泥质胶结为主，钙质胶结次之，硅质胶结最少。成岩作用表现为压实、胶结、交代及。 ⑵储层属于中低孔、中低渗储层，从孔隙度、渗透率以及泥质和灰质含量方面分析，储层的均质性一般-较差。储层砂体主要为分流河道、水下分流河道、河口坝和远砂坝等沉积微相，席状砂、决口扇相和分流河道溢岸砂体相对较少。 ⑶研究区盖层总厚度为282～486 m，平均为358 m。整个松辽盆地暗色泥岩的面积超过22600 km2，为区域性盖层。盖层泥岩中粘土矿物含量最高，为35.9％～70.1％，以伊利石/蒙脱石混层为主，方解石含量非常低，对于CO2的矿物捕获十分有利，且能使盖层的孔隙度和渗透率进一步降低。研究区盖层的完整性较好，裂缝发育较少，且多数裂缝在地层中处于闭合状态，有利于CO2长期安全埋存。 ⑷泉四段沉积末期-嫩江组沉积末期，松辽盆地经历了扩张期-兴盛期-衰退期-再度扩张期-极盛期-萎缩期六个阶段。发育有河流相、冲积扇相、三角洲相和湖泊相4种沉积相类型、10种亚相、22种微相。 ⑸青山口组经历了湖平面迅速扩张-湖平面震荡下降-湖盆面积缓慢缩小的过程，保康砂体从缓慢进积-快速进积;姚家组湖平面逐渐下降，经历了由陆上辨状河道-退积式浅水三角洲的过渡沉积;嫩江组盆地经历了从湖盆急剧下降到缓慢抬升，沉积相从深湖-半深湖-浅湖-三角洲前缘的相变，总体呈现出松辽盆地由极盛转为逐渐衰亡。 ⑹研究区嫩江组一、二段和青一段为区域隔水层，其余层系为含水层，水型以NaHCO3型为主，其次是CaCl2型、Na2SO4型，MgCl2型最少。目的储层矿化度主要变化范围为5500～13500 mg/L，属于目前不容易被利用的咸水-盐水层。且从钠氯系数的研究来看，研究区受渗入水的影响相对较小，封闭性较好，是CO2安全有效埋存的又一有利因素。 ⑺研究区在坳陷发育阶段发育有北北西向、南东向和近南北向的正断层，主要发育在泉三、四段、青山口组至姚家组二加三段，而在嫩江组层内较少发育。构造反转阶段，早期发育的正断层发生反向逆冲，形成逆冲断层。断层表现为下正上逆，断面上陡下缓，走向为北东向。研究区新构造运动记录少，属于地震及火山活动微弱区，适合作为CO2地下埋存的选址。 ⑻采用美国能源部(US DOE)技术分组推荐的CO2地下埋存量计算方法，得出研究区总的CO2埋存量为7.43×109吨，该数值相当于中国2002年CO2排放量的2.2倍、中国2009年的全年排放量。探讨了矿物捕获埋存潜力的计算方法，得出研究区矿物捕获潜力为4.64×1010～5.18×1011吨。
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