深部咸水含水层二氧化碳地质储存选址原则与程序
不同的软件进行数值模拟时所需的参数、计算方法、剖分格式等不尽相同，数值模拟的过程也不同，但大致相同，本文以TOUGHREACT为例介绍CO2地质储存数值模拟的流程。
（一）研究范围的确定
一般情况下，独立的天然水文地质系统是计算区最好的选择，它具有自然边界，便于较准确地利用其真实的边界条件，避免人为边界在资料提供上的困难和误差。但是在实际工作中，常常不能完全利用自然边界，这就需要充分利用勘察和长期观测资料等建立人为边界。在确定计算区域时，除了保证范围足够大以外，还应使假定的边界条件尽可能接近真实状态。
计算范围的划定应充分考虑研究目的、区域地质构造、储层岩性、储层岩石矿物组成及地下水化学成分等多方面因素。数值模拟时间根据研究目的不同具有不同的时间尺度。就CO2地质储存数值模拟而言，如果不考虑地球化学作用，封存系统在1000年数量级的模拟时间内基本上已达到平衡或稳定。在划定边界时还应考虑CO2在储层中的扩散距离，与研究区地质模型的孔隙度，渗透率等参数关系密切。为了保证所选模型范围边界在模拟期内不影响模拟结果，尽量通过具有相同地质条件的天然CO2气田（藏）进行类比，确定大体的计算范围的边界。如果考虑地球化学反应，由于CO2注入引发的水－岩－气反应对围岩岩性改变较显著，制约着CO2注人的速度和径向运移的距离等。
（二）明确研究目的
在进行数值模拟以前首先要明确利用数值模拟技术要解决什么样的问题。对于CO2地质储存工程而言，进行数值模拟的目的主要是在CO2地质储存工程实施前，通过数值模拟技术对工程的选址、方案设计进行优化，工程实施期技术指导、运行期监测及后期CO2泄漏的风险评估等进行预测，以指导项目科学、合理地实施，将CO2泄漏风险降至最低。
研究目的决定着前期资料的收集类型、地质建模的侧重点、地质模型离散的精密度以及初始、边界条件的处理方式等过程。
（三）资料的收集整理
1）通过遥感、综合地质调查、物探、钻探和各类样品测试分析等手段获取场地深部地层岩性、地质构造、水文地质、水文地球化学、岩石矿物资料和数据；
2）搜集和分析CO2地质储存场地地质岩性、区域构造格架、活动断层与地震活动情况等；
3）采用钻井岩心、测井和地震反射方法，调查CO2地质储存场地目标储层和盖层的空间分布形态，埋深、厚度和规模等；
4）使用X射线衍射、扫描电镜等方法研究分析封存场地岩石矿物组成、孔隙结构特征及其物理化学性质；
5）通过采取浅部、深部含水层水样进行水质全分析，获得储盖层地层水及浅部含水层初始水化学成分。
不同的数值模拟软件其数学模型的数值解法不同，空间离散方式也不尽相同，所需的模型参数也有一定的差异，表9-1即为TOUGHREACT数值模拟所需要的主要参数。
表9-1 CO2地质储存模拟过程中需要的主要参数（以TOUGHREACT为例）
（四）概念模型的建立
利用所掌握研究区的地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、水文地质、水文地球化学等资料，根据研究目的初步建立地质模型雏形。为了解决实际问题，往往要对所建模型及初始条件、边界条件等进行必须要的概化，概化内容包括：
1）含水层系统结构的概化：应依据含水层的类型、岩性、厚度、渗透系数等，将内部结构概化为均质、非均质各向同性或者异性的含水层；
2）侧向边界和顶，底部边界的概化；根据研究区边界的划定，将侧向边界和顶、底部边界概化为一、二和三类边界条件；
3）根据所要解决问题的难易程度，将地质模型概化为一维、二维或者三维模型，并进行合理精密级的网格剖分；
4）源汇项的处理：储存库一般位于地表800m以下，上覆有致密的盖层岩石，CO2难以通过越流方式得到补充和排泄，在理想的条件下整个地质储库系统的CO2通过径向对流或抽取井的方式得到补充和排泄。
（五）模拟方案的设计
针对不同的研究问题，可以根据设计者技术水平、场地经验等设计出不同的方案。利用数值模拟技术对多种方案进行模拟分析，评估方案实施的可行性，并对方案进行优化，最终得出经济、合理的方案。如进行CO2灌注场地的遴选时，要对几个目标场区进行灌注能力，储存潜力、CO2在储层中的扩散速度及距离以及后期CO2泄漏风险等环节进行模拟，然后对模拟输出的数据进行后期处理。通过分析、统计这些数据确定最佳的灌注场地，同时合理划分储盖层的层位、厚度等。对场区灌注能力和储存潜力评估是数值模拟技术所能解决的CO2地质储层领域的又一难题。不同的灌注方式导致CO2进入储层的速度、流量等不同。根据设计者所设计的所有可行的注入方式进行模拟，分析比较不同方案下注入能力和注入量的大小，确定最优的灌注方式。
模拟方案的设计要根据研究问题不同视情况而定，而且方案设计的合理与否依赖于设计者自身理论和实际场地经验，不同的研究着对于同一个问题可能设计出不同的方案。我们可以针对这些方案建立不同的模型，通过模拟技术判断其合理性与可行性，最后确定最佳的方案。
（六）数值模型及模拟软件的选择
数值模拟的关键是地质模型概化、计算精度和计算速度。由于计算的精度取决于离散的程度，而离散的程度又决定了计算的速度，这是一对矛盾，要根据解决问题的需要来选择离散化的程度和计算速度。
CO2在储层中的运移、溶解以及与围岩的化学反应形成了一个多相、多组分的反应体系，涉及的主要数学方程有超临界CO2－水的两相流体运动控制方程、溶质运移控制方程和化学反应方程等。在建立数值模型时，通常采用的方法有有限差分法、有限元法和积分有限差法等。
由于实际应用时多采用已有的数值模拟软件对CO2地质储存的全过程进行模拟.不涉及软件的开发及程序代码的编写，只需根据研究的需要选择合适的软件进行模拟预测，而软件一旦选定，数学模型和数值模型基本上已经确定。以TOUGHREACT为例，基于上述所建的概念模型建立数学模型。气相和液相统一的偏微分方程为（9-1），咸水的偏微分方程为（9-2），超临界方程为（9-3）。方程中所涉及的相关字符和角标见表9-2。
二氧化碳地质储存技术方法概论
二氧化碳地质储存技术方法概论
表9-2 数学模型中所涉及的符号的意义
（七）数值模型的建立
1.网格剖分
建立了地质模型以后要对研究区离散化，即进行网格的剖分。首先确定离散点，即把所研究的区域按照某种几何形状（如矩形、任意多边形等）分割成网格系统。研究区的边界可以用最接近它的格线近似表示。当网格划分得足够小时，曲折的格线也能够很好地刻画出边界的形状。此过程又称研究区域的离散化（剖分）。在离散化时要遵循以下两条基本原则。
1）几何相似。要求物理模拟模型从几何形状方面接近真实被模拟体。
2）物理相似。要求离散单元的特性从物理性质方面（含水层结构、水流状态）近似于真实结构在这个区域的物理性质。
网格类型大体上可分为规则和不规则两种。规则网格剖分包括矩形、三角形和其他规则图形的剖分（图9-3），而不规则网格则包括不规则多边形等。网格的形状主要根据研究区形状而定。
图9-3 网格剖分
网格剖分对计算的精度及计算的效率有很重要的影响。精度越高对模拟结果刻画的越精细，但是数据的计算量越大，对计算机的要求也越高。建议在进行地质模型剖分时先采用较粗的网格剖分，如果这种剖分方式下模拟结果合理然后再进行精细化剖分，用于对模拟结果更加详细的刻画。
2.参数和初始条件
初始条件是指在初始时刻（t=0）时研究区内求解数学模型主要状态变量的初始值。选择的应用软件不同所需的状态变量数量、种类不同。如TOUGHREACT所需的初始主要状态变量包括压力、温度和组分浓度的空间分布。地质参数包括孔隙度、渗透率、密度、压力、温度、毛细压力等参数值。这些数值一部分采用室内实验测得，另一部分采用参考文献的经验值；地层水的化学成分的初始值采用实际地层水的化学分析，主要是8大离子的浓度、盐度和pH 等。如果研究区深部地层中的水样难以获得，如盖层，则采用静态平衡的方法，利用具有与储层相同盐度的咸水与含有原生矿物的地层岩石在原地层环境下进行化学反应，获取平衡状态下的地层水化学成分的初始值；通过岩矿分析、电子扫描、Ⅹ衍射等手段，获得组成CO2地质储层盖层的原生矿物成分体积含量初始值，并根据原生矿物的组成合理判断次生矿物。
从原则上讲，初始时刻是可以任意取定的，只要该时刻所需的参数和状态变量值已知即可。因此我们不应该把初始条件理解为研究系统的初始状态。具体如何取，应该视问题的需要、资料来源、计算方便与否等因素而定。
3.边界条件
边界条件是某一实际问题数学模型具有定解的必要条件之一。地下水流问题和溶质运移问题边界条件的定义不尽相同，但一般概化为以下三种。
（1）一类边界条件（Dirichlet条件）
解决水流问题时，此类边界条件为在边界上所有点的水头是给定的；对于溶质运移问题，一类边界条件是指研究区边界上的溶质浓度分布已知。解决CO2—水两相流动问题时，此类边界条件为在边界上所有点的压力是给定的。
（2）二类边界条件（Neumann条件）
当已知某一边界的单位面积流入或流出的流量时，可视作解决流动问题的二类边界；相对溶质运移来讲，此类边界又称给定弥散通量边界，即边界上的弥散通量随时间变化规律已知。
（3）三类边界（Cauchy条件）
当研究区一部分满足一类Dirichlet条件，而另一部分满足二类Neumann条件时，这类问题称为混合边界问题，称为三类边界。对溶质运移而言，此类边界为边界上溶质通量随时间变化规律已知。
在CO2地质储存数值模拟过程中，由于储层地层多在800m以下，地质模型的顶部和底部根据实际需要可以处理为不透边界；为了避免边界对模拟结果的影响，研究区的范围一般比实际CO2所能运移到的范围大得多，因此，在处理四周边界时一般设置为无穷一类边界或不透边界。在确定边界条件时，应根据水文地质条件以及现有的资料来综合考虑。
4.源汇项处理
在多孔介质中流动和溶质运移的问题中，对流、水动力弥散和溶质源或／和汇，是决定含水层中任一内点上溶质质量时变率的两大因素。源汇项问题在水质与水量计算中以及正确处理对流－弥散方程和渗流基本微分方程中占有重要地位。作为源汇项的方式很多，如越流补给、含水层弹性释放补给以及抽（注）井的补给等。
对于深部咸水层CO2地质储存系统而言，系统的顶部一般为具有低渗、低孔的泥岩、页岩等致密性岩层，越流补给较难发生。整个CO2地质储库系统的源汇项主要指对流（如侧向边界）和抽（注）井。
（八）模型的校正与验证
模型识别是建立地下流体数值模型最重要的环节之一，正确理解和进行拟合对于提高数值模型的仿真性是至关重要的。在有实测结果的情况下如示范工程，可将模拟结果与实测结果进行比较，对相关参数进行适当合理的调整，使模拟结果在给定的误差范围内与实测结果吻合。若误差较大，应该重新检验概念模型的可靠性，甚至重新建立概念模型。在识别校正以后，应采用校正好的模型继续计算，并与未用来识别校正的实际数据比较，验证模型的准确性和可靠性。若存在较大误差，需重复前面的过程。在没有实测结果的情况下，数值模型的可靠性可通过类比相关资料或根据个人经验和理论判断。
（九）模拟预测
模型预测是实施数值模拟技术的主要目的。对于CO2地质储存工程而言，由于CO2地质储存技术的提出为时尚短，针对CO2在深部咸水层中的运移、扩散、与地层水和围岩产生的化学反应，以及由于CO2灌注引起的储盖层物理、化学性质变化研究均处于研究和发展阶段。因此，在工程实施过程中急需具有技术指导性的工具产生，避免造成投资的浪费和CO2泄漏等风险的出现。
利用经过识别校正与验证过的数值模型对CO2地质储存过程进行模拟预测，有针对性地对模拟数据进行后期处理，如统计分析、比较等手段对结果进行解译，以此达到场地的优选，目标储层灌注能力、储存潜力的评估，CO：扩散运移途径和速度、不同捕集方式封存量及它们之间的时空转化等过程的详细刻画与模拟仿真等目的。同时可以预测CO2在已有、重新激活或新生成的裂隙中逃逸的可能性及时间、CO2泄漏风险评估以及评价CO2泄漏对浅层地下水的水质、水量及对地表环境的影响等。
上述结果的分析只是数值模拟技术所能解决问题的冰山一角。对于数值模拟结果的处理要根据所研究的目的进行有针对性的提取和解译。通过对处理后的数据进行总结分析，发现问题从而解决问题，并掌握内在规律，为CO2地质储存工程的前期设计、工程实施、中期监测管理提供理论支持和科学的技术指导，并可以提前开展风险预测，尽早制定预案防范CO2地质储存工程实施及运行过程中可能出现的隐患。
根据区域发展需求与重大地质环境问题防治需要，在重要经济区地质环境调查、城市地质调查、矿山地质环境调查、全球变化地质响应与二氧化碳储存研究、农产品主产区土壤地球化学调查等方面开展了大量工作，取得了明显成效。
随着一批重要经济区先后上升到国家战略层面，重要经济区地质环境调查工作驶入快车道。在环渤海湾环境地质调查先行探索的基础上，2008年启动了长江三角洲、海峡西岸、珠江三角洲、北部湾、长江中游（包括武汉城市圈、长株潭、昌九工业走廊等）等重要经济区和城市群地质环境综合调查；2010年启动了中原城市群、关中盆地城市群、重庆都市经济区地质环境综合调查；2011年启动了长吉图经济区地质环境综合调查；2012年启动了中原-冀中南城市群地质环境综合调查；2013年启动了成渝经济区地质环境综合调查。在中国地质调查局的引导和拉动下，各级地方政府高度重视，不断加大地方财政投入，与中国地质调查局合作共同推进重要经济区与城市群的地质环境调查工作。重要经济区地质环境综合调查按照“区域上开展1∶25万系列编图，重点地区开展1∶5万的水文地质、工程地质调查，针对重大问题开展专题研究，建立地质环境监测网及信息化服务平台”的总体思路推进工作。经过几年的努力，在1∶25万调查与编图、1∶5万调查、城市地质调查、地质环境问题专题研究、信息平台建设等方面取得了重要进展，为主体功能区规划编制、国土空间布局优化、新型城镇化建设、产业结构调整、资源优化配置以及重大工程建设等提供了重要地学基础资料。
城市地质调查取得了较大进展。2003～2008年，国土资源部与中国地质调查局和地方合作开展完成了北京、天津、上海、南京、杭州、广州等6个特大城市立体地质调查，系统建立了地下三维地质结构，全面评价城市地质环境容量和地下空间开发利用适宜性，实现多源、海量、异构地学数据的集群化管理，建立三维可视化城市地质信息管理和服务系统，为城市规划建设和管理提供便捷的地质信息服务。2004～2009年，中国地质调查局组织开展了全国287个地级以上城市和19个地州盟所在地县级城市（共计306个城市）环境地质摸底性调查，查明了主要城市群和城市存在的地质环境问题及其危害，为推进重要经济区地质环境综合调查奠定了基础。
开展了矿山地质环境调查与典型矿集区动态调查。2000～2005年，完成了全国以省（区、市）为单元的矿山地质环境调查与评估，首次系统地对我国所有矿山地质环境问题进行了摸底调查，共调查矿山113149个，调查矿山面积581.9×104hm2，基本摸清了我国矿山环境的现状，系统总结了不同区域环境地质背景和不同矿类开发所引发的环境地质问题的类型、特征及其危害，分析了我国矿山环境地质问题产生的主导因素，为政府部门今后实施矿山地质环境管理提供重要基础数据。对晋陕内蒙古陕北煤炭资源开发区、晋陕内蒙古东胜—准格尔能源基地、辽宁阜新煤矿区、吉林辽源煤矿区、陕西潼关金矿区等主要矿产资源集中开发区地质环境问题进行了详细调查，对湘东南有色金属和煤炭矿区、胶东半岛金矿区、冀东唐山煤炭矿区等典型矿区矿山地质环境变化进行了动态分析。近年来，选取山西太原东西山煤炭集中开采区、贵州省纳雍县北部煤炭建材矿区、陕西潼关金矿区、陇南有色金属集中开采区等典型矿产资源集中开采区和矿山开展了动态调查，通过矿区1∶5万矿山地质环境调查，对矿山环境动态变化情况进行了初步分析。
应对气候变化推进了全球变化地质响应与二氧化碳储存研究。2010年以来，开展了全球变化地质记录研究、地质碳汇潜力研究、二氧化碳地处储存潜力评价与示范。以更新世晚期以来气候变化的精细记录为研究对象，开展了全球气候变化重点时段地质记录研究，深入了解更新世晚期末次间冰期以来不同尺度气候变化的周期性及突发气候事件序列，揭示了气候变化长期趋势中自然因素和人为因素的作用。通过研究岩溶、土壤和矿物等的地质作用下的碳汇机制，对我国地质碳汇潜力进行了调查评价。在评价主要沉积盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性基础上，编制了全国1∶500万评价图系和主要盆地评价图集，圈定出一批二氧化碳地质储存目标靶区；构建了深部咸水层二氧化碳地质储存工程选址、场地勘查与评价技术方法；与神华集团合作，在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗成功实施了我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程。
服务农业发展实施了主要农产品主产区土壤地球化学调查。推进了中东部主要农耕区多目标生态地球化学调查，系统获得了土壤中包括氮、磷、钾、硒等有益元素和镉、汞、铅等重金属在内的54项元素指标的含量及分布规律，查明了中东部主要农耕区土地质量状况，把握了土壤污染区域、程度和可能造成的危害，为我国土地规划、土地整治和基本农田保护、土地资源合理利用与生态管护提供了重要基础数据。近几年选择长江三角洲Cd、Hg等重金属元素的重点污染地区及农耕区土壤Hg异常区，开展了生态地球化学评价与监测预警试点研究。
根据国土资源规划需要开展了资源环境承载力评价。根据区域资源环境空间分布、地区差异条件和区域协调发展目标，建立了四大资源（土地、矿产、水、海洋）、四大环境（地质环境、生态环境、水环境、气候环境）为主体的全国资源环境承载力评价指标体系框架，完成了全国资源环境综合分区图和分区表的编制。开展了四种重要资源单要素、四种重要环境单要素评价和资源型、生态型、城市群等三种类型区的研究与评价。推进了关中—天水、北部湾、长株潭、中原城市群等4个重点地区的资源环境承载力评价工作。
一、规模化二氧化碳地质储存选址的基本原则
所谓“规模化CO2地质储存”相当于欧美等发达国家的“商业运行”CO2地质储存。目前，国内对于规模化CO2地质储存年灌注量尚无界定。在此借鉴澳大利亚的划分方案，即中试阶段CO2地质储存量为5～10000t/a，示范工程阶段CO2地质储存量为50～100000t/a，商业运行阶段CO2地质储存量为(400～500)×104t/a。结合我国CO2地质储存地质条件和国情，初步确定中国规模化单项CO2地质储存工程灌注量为≥100×104t/a。
欲实现深部咸水含水层CO2地质储存必须满足CO2以超临界流体态的形式储存于地下，即储存深度必须≥800m。CO2地质储存相当于营造一个地下人工气藏，其选址条件主要考虑以下因素:位于地质构造稳定的地区，地震、火山活动和活动断裂不发育，所储存的气体向大气泄漏的可能性微小;储层孔隙度和渗透率高，有一定厚度，能达到所需要的存储容量;上覆有不透气的盖层(张洪涛等，2005;孙枢，2006;许志刚等，2008)。
与天然气藏储层条件不同的是还要考虑以下因素:储层压力超过CO2的临界值，在这种压力下CO2受到压缩，密度达到600～800kg/m3，浮力低于天然气而高于原油;较低的地热梯度和地热流值，使CO2在较小的深度下能达到较高的密度;对人类社会、自然环境和资源带来的负面影响小(沈平平等，2009)。
综上所述，既有可灌注性良好的储层，又有稳固的盖层，区域地质构造稳定，地震、火山活动和活动断裂不发育，无未贯通性的盖层裂缝、断裂和废弃井等地质缺陷风险因素，能够确保CO2安全地质储存1000年以上，且灌注场地地面工程不受地表不良地质作用影响，源汇匹配合理，成本相对较低，并符合当地工农业发展规划、相关法律政策和环境保护目标要求，以及“地下决定地上，地下顾及地上”是深部咸水含水层CO2地质储存选址的基本原则。
1.目标储层具有可储存CO230年以上，有效储存量大的原则
就现代燃煤电厂的平均使用寿命而言，深部咸水含水层CO2地质储存场地合理使用年限应大于30年。
深部咸水含水层CO2地质储存场地的使用年限是从注入CO2开始至封场结束的时间。从理论上讲，使用时间越长，单位CO2地质储存的费用就越低。因此，场地使用年限在选址时就应首先予以充分考虑。
有效储存量是通过应用一定的技术条件(地质上的和工程上的)来限制储存量的评估范围，如储层的物理条件(孔隙度、渗透率、温度和压力)、埋深、盖层稳定性和安全性，以及该储存区域其他资源(油、气、煤、地热和矿产等)的开发利用情况等。
为确定拟选场地有效储存量须通过地球物理勘探、钻探、样品采集与测试、灌注试验与监测等手段进行数据采集，明确储层的几何形状、圈闭构造的完整性，以及储盖层的埋深、厚度、孔隙度、渗透率、非均质性、压力、温度、岩石矿物学特征、流体流动方向、咸水含水层的矿化度等数据，筛选潜在的储层，通过数值模拟初步确定场地有效储存量和使用年限。
2.安全原则
安全原则是深部咸水含水层CO2地质储存选址的重要原则。CO2地质储存潜在的泄漏路径有(IPCC，2006):①如果CO2能突破盖层毛细管的吸附压力，那么CO2就可以通过盖层的孔隙系统发生泄漏;②通过盖层中断层和裂缝通道系统泄漏;③通过人为因素，如对废弃井或现有钻井套管水泥封固存在质量问题发生泄漏;④通过储层与周围岩层的水动力系统进行泄漏(许志刚等，2008);泄漏方式有侧向泄漏(断层、跨越水力圈闭、溢出点)、通过盖层裂缝或断裂以及井筒泄漏(封井泥浆、井壁腐蚀)等(江怀友等，2008)。
泄漏的CO2对当地环境的影响主要表现在:一是可能增大接纳水体的酸度，打破原有的地球化学和生态平衡，导致地下水污染;二是一旦发生大规模地层运动，大量的CO2泄漏地表将给附近地区造成毁灭性的灾难(周锡堂等，2006)，影响人群健康;此外，还可能诱发地震，产生地面变形，产生地质灾害。
因此，在工程选址阶段必须开展场地地质资料搜集、遥感地质调查、场地综合地质调查、地球物理勘探、钻探、灌注试验和环境背景监测等工作，查明场地盖层封闭性质量，有无废弃钻井、断裂等等潜在的CO2泄漏通道。明确储层上部是否有可供工农业利用的地下水含水层、与可利用地下水主要补给区的关系及距离、与河流、水库等地表饮用水水源的位置关系及距离、与固定居民点的距离、与固定居民点的主导风向关系，以及与其他需要特别保护的目标区的距离等基本数据。在选址阶段，排除因地质缺陷导致深部咸水含水层CO2地质储存局部风险的产生。
3.经济原则
以合理的技术和经济方案，以较少的投资，不过多额外地消耗其他化石能源，实现深部咸水含水层CO2地质储存，是现阶段CO2地质储存选址的基本原则。
对此，在工程选址阶段要查明CO2源的分布和规模、碳源距离、基础设施(水、电、交通、通讯、医疗等)，对场地征地、CO2灌注工程建造等价格进行了解，对运输方式进行论证，提出最佳的经济方案。
4.符合一般建设项目环境保护选址条件，不受外部不良地质因素影响的原则
目前，有关CO2地质储存实践更多的是把CO2作为工业废物来看待。由此界定，CO2地质储存工程属环保型项目。同时因为CO2地质储存存在着泄漏的风险，所以，在选址阶段就应坚持符合一般建设项目环境保护选址条件的原则。
如《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598－2001)规定:
1)填埋场场地的选择应符合国家及地方城乡建设总体规划要求，场地应处于一个相对稳定的区域，不会因自然或人为的因素而受到破坏。
2)填埋场场地不应选在城市工农业发展规划区、农业保护区、自然保护区、风景名胜区、文物(考古)保护区、生活饮用水源保护区、供水远景规划区、矿产资源储备区和其他需要特别保护的区域内。
3)填埋场距飞机场、军事基地的距离应在3000m以上。
4)填埋场场界应位于居民区800m以外，并保证在当地气象条件下对附近居民区大气环境不产生影响。
5)填埋场场地必须位于百年一遇的洪水标高线以上，并在长远规划中的水库等人工蓄水设施淹没区和保护区之外。
6)填埋场场地距地表水域的距离不应小于150m。
7)填埋场场地的地质条件应符合下列要求:位于地下水饮用水水源地主要补给区范围之外;地质结构相对简单、稳定，没有断层;
8)填埋场场地选择应避开下列区域:破坏性地震及活动构造区;海啸及涌浪影响区;湿地和低洼汇水处;地应力高度集中，地面抬升或沉降速率快的地区;溶洞发育带;废弃矿区或塌陷区;崩塌、岩堆、滑坡区;山洪、泥石流地区;活动沙丘区;尚未稳定的冲积扇及冲沟地区;高压缩性淤泥、泥炭及软土区以及其他可能危及填埋场安全的区域。
9)填埋场场地应选在交通方便、运输距离较短，建造和运行费用低，能保证填埋场正常运行的地区。
以上环境保护选址条件，可供深部咸水含水层CO2地质储存地面工程选址时借鉴。
图9－3中国CO2地质储存工作阶段与潜力分级图
二、二氧化碳地质储存选址程序与地质工作重点
基于我国多年来地质矿产和地下水资源勘查实践，我国CO2地质储存地质选址工作程序也是一个分阶段、循序渐进式的专业技术工作，是全国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作的深化和延续。CO2地质储存选址包括规划选址和工程选址两大阶段。
全国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作包
括如下5个阶段:第一阶段国家级预测潜力评价;第二阶段盆地级推定潜力评价;第三阶段目标区级控制潜力评价;第四阶段场地级基础储存量评价和第五阶段灌注级工程储存量评价。按CO2地质储存潜力评价精度由低到高，依次分称CO2地质储存潜力与适宜性评价E、D、C、B、A级(表9－6)。对应碳封存领导人论坛(CSLF，2008)CO2储存量金字塔分级图见图9－3，各级别潜力含义见表9－6内说明，与CSLF储存量金字塔分级的异同见表9－7。
深部咸水含水层CO2地质储存规划选址的第一阶段是国家级潜力与适宜性评价;第二阶段为盆地级一、二级构造单元潜力与适宜性评价;第三阶段为盆地三级构造单元圈闭级(CO2地质储存目标靶区)潜力与适宜性评价;第四阶段即工程选址阶段。
规划选址的第一、第二阶段主要是对国家级和盆地级CO2地质储存潜力进行评价。第三阶段重点是在选择出可供CO2地质储存的圈闭或地区的基础上，对圈闭内各地质时代形成的储、盖层做精细描述和刻画，通过圈闭内物化探资料、井筒资料和综合研究资料，采用综合评价方法，对圈闭CO2地质储存条件进行评价，优选出CO2地质储存目标靶区。
表9－6全国CO2地质储存潜力与适宜性评价地质工作阶段划分
表9－7中国CO2地质储存潜力分级与CSLF(2008)对比表
图9－4深部咸水含水层CO2地质储存选址工作流程图
第四阶段即工程选址阶段，开始于沉积盆地各三级构造单元CO2地质储存目标靶区(圈闭)评价所筛选出的3处以上比选场地。通过对各比选场地相关资料全面搜集、遥感调查、现场实地综合地质调查、地球物理勘探等工作，获取各类评价参数，详细评价这些比选场地，选择出优选场地，最终评价推荐出当地公众、政府和业主可接受的CO2地质储存工程选定场地。
深部咸水含水层CO2地质储存工程选址程序包括比选场地选址、优选场地选址和选定场地选址三大阶段。各阶段排序选出的场地分称比选场地、优选场地和选定场地(图9－4)。
(一)比选场地选址及地质工作重点
比选场地选址工作宜在沉积盆地各三级构造单元内圈闭级CO2地质储存潜力与适宜性评价的基础上，本着“地下决定地上，地下顾及地上”的原则所筛选出的3处以上比选场地而开展，相当于地质矿产和地下水水源地勘查的普查阶段，地质工作程度初步确定为1∶5万，选址控制面积依储存规模而定，宜大不宜小。
该阶段地质工作以3处以上比选场地为研究对象，首先在已有区域地质资料的基础上，通过比选场地已有钻孔、地震地球物理、储、盖层和流体资料等资料的搜集，重点对800～3500m深度区间各地质时代形成的储、盖层进行概化，确定和分析、描述各评价指标。进而本着“先遥感，后地面地质调查，再物探”的工作程序，依次开展:①1∶5万遥感技术选址→②1∶5万综合地质调查选址→③2D/3D地球物理勘探选址。如果过程①、②和③依次分别得出“可选”的结论，各项选址工作亦依次正常进行;若过程①、②和③分别得出“不可选”的结论，则须对目标靶区进行复核评价，重新确定比选场地，重复上一过程。最后依新获资料对3处以上比选场地进行综合评价和排序，给出1处以上待优选的场地。如果不能给出待优选的场地，则返回第三阶段目标靶区确定阶段，因此，沉积盆地内CO2地质储存目标靶区的确定是至关重要的。
CO2地质储存比选场地评价结束后应提交比选场地可行性研究报告，目的是利用充足的资料说明是否具有可选性和下一步工作建议。
(二)优选场地勘查及地质工作重点
该阶段工作对象是上一阶段确定的1处以上待优选的场地，相当于地质矿产和地下水水源地勘查的详查阶段，工作精度为1∶1万，初步确定待优选场地地质工作控制面积为25km×25km。目的是通过对场地已有资料深入分析、1∶1万综合遥感、1∶1万综合地质调查、3D/4D地震地球物理勘探，基本查明场地储、盖层地层岩性、地质构造、活动断裂、地壳稳定性、地质灾害、社会经济、气象水文和矿产资源分布等。深入研究待优选场地CO2地质储存地质条件，通过地质建模和数值模拟，计算有效储存量。最后对待优选的场地进行综合评价和排序，确定出选定场地。
优选场地综合评价结束后，应编制优选场地综合地质评价技术报告。报告应详细说明优选场地的综合地质条件与各种利弊因素，进行综合评价与排序，给出选定场地，并对下一步工作提出建议，并以报告的形式提交项目业主单位，再由业主单位报请官方审批，列入国家或地方的计划项目。
优选场地综合地质评价技术报告是CO2地质储存选址的关键依据和工程立项依据，标志着CO2地质储存项目由选址阶段正式过渡到工程阶段。该报告也是场地进入钻探及灌注试验阶段的依据。如果该阶段工作得到“不可选”的结论，以上选址工作将面临返回第一或第二阶段进行重新选址的风险。
(三)选定场地勘查及地质工作重点
选定场地勘查工作相当于地质矿产和地下水水源地勘查的勘探阶段，工作手段以钻探、岩心样品采集与测试试验、CO2环境背景值监测、CO2灌注试验、灌注期动态监测和数值模拟为主。通过优选场地钻探、储盖层岩心采集、测试与试验、井中物探、CO2地质储存灌注试验、地质模型修正与数值模拟等工作，重点解决选定场地的可灌注性、使用年限等关键技术问题。
钻探及灌注试验场结束后，应编写“二氧化碳地质储存场地勘查与场地选定报告”。报告应详细说明选定场地的综合地质条件，评价选定场地CO2可灌注量，安全及环境影响、经济合理性等。如具备规模化CO2地质储存条件，则转入工程性实际灌注，选址结束。
含水层(组)
答：区内第四系、古、新近系含水层(组)的形成、分布、埋藏条件及富水性,受控于地质构造,古地理及古气候等因素。因此,含水层(组)的空间展布在垂向和平面上均有较明显的变化。 3.1.3.1 浅层潜水-微承压水 (1)浅层淡水 浅层地下淡水区主要分布于小清河以南的山前冲洪积平原和小清河以北的黄河滩地、决口扇顶部...
各阶段环境影响与环境风险
答：根据对目前CO2地质封存地点、自然系统、工程系统和模式的观测和分析,经过适当选址和管理,历经百年或千年保留在储层中的CO2有可能超过99%。随着时间的推移,泄漏的风险预计会减小(Metz et al.,2005)。未来封存的CO2泄漏程度更多地取决于封存场地的地质环境、技术水平和管理等诸多因素。 另外,由于甲烷(CH4)在深部地层中...
专题研究
答：(一)储层优选 1.选取原则 适宜规模化CO2地质封存的储层应具备如下基本条件:相互连通的孔隙度大、渗透率高,储层条件下CO2的密度足够大以确保经济可行性;储层灌注能力足够大以避免灌注过程中地层压力过高(Doughty et al.,2008)。Bachu(2003)提出了一套储层选取原则,主要考虑盆地特征、储层特征以及社会经济等因素。
水文地质评价
答：形成了相对高渗透性的浅部砂体,河水的不断渗入形成了一些浅层地下淡水透镜体,它们漂浮在微咸水或咸水体之上,随着时间的推移,这些淡水透镜体的体积可能会增大或缩小,甚至消失。 3.中深层地下淡水 中深层地下淡水系统系指,含水层顶板埋深大于60m,底板埋深180～370m。孔隙承压淡水分布于官庄—陈桥—王屋—广北农场...
地球在大西洋底藏匿了储量惊人的淡水资源
答：在北大西洋的咸水海域之下，地质学家发现了规模庞大的淡水含水层，就隐藏在美国海岸附近。虽然其规模之大令人惊讶，但并出人意料。最早的线索出现在20世纪70年代，但直到最近，还没有人能猜到，被困在多孔岩石中的巨大水库几乎贯穿了美国整个东北部。哥伦比亚大学的海洋地质学家Chloe Gustafson说：“我们...
环境地质科学研究现状
答：近年来,开展了欧洲CO2点源、基础设施以及地质储存的GIS编图,评价了欧洲深部咸水含水层、油气构造与煤层中CO2的地质储存能力。在此基础上,研发了各种CO2的捕获与储存技术,包括从工业能源消耗中分离CO2技术、CO2运输技术、石油天然气田或咸水含水层储存技术。2009年,世界首座燃煤氧燃烧捕获CO2地质储存发电厂示范项目在...
水文地质条件
答：G矿床含矿层阿萨乌阿组砂岩含水层因受构造作用，从地表出露处沿岩层倾向逐步埋深于地下深部。其隔水顶板与区域地质条件相同，为白垩系伊腊泽尔组泥岩和粉砂质泥岩，是良好的隔水层顶板；其底部因与矿区第一含水层侏罗-三叠系阿加德兹群砂岩含水层连通，涌水量较大，受次级构造影响，水文地质条件较为...
澳大利亚大自流盆地地下水为什么是咸的
答：有三个方面原因：1、气候原因。该盆地位于中央低地区北部1／3的地区范围内，介于东部高地与西部高原之间，特殊的地理环境形成了当地以热带沙漠气候为主（部分是亚热带草原气候），气候的特点决定了降水量比较少而蒸发量往往大过降水量，造成地下水容易形成咸水；2、地质原因。盆地地下广布着承压水层。在...
地下盐卤水及深层承压水
答：华蓥山以西川中地区深部2000～3000m,富产含B、Br、I、K、Li浓卤水,已作为工业矿水进行开采。 ...3.西北盐卤水区 该区是以新疆为主的新甘宁(包括部分青海)地下盐卤水区。盐卤水储集层以古近-新近...第四纪滨海相地下卤水来源于海水,由于形成的地质历史短,变质程度低,水化学特征既不同于现代盐湖卤水,也...
西北内陆盆地含水层空间结构
答：一、含水层形成 西北内陆盆地包括了在天山、昆仑山、祁连山之间的柴达木盆地、准噶尔盆地,塔里木盆地,以及河西走廊等内陆盆地。西北内陆盆地含水层的形成和空间结构具有相似性。 西北内陆盆地山区含水层地质时代和岩性非常复杂,多以冰积、洪积和冰水堆积碎屑为主。平原区含水层主要为第四系冲洪积物,山前地带,以早...
