中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選技術(shù)方法

賈小豐，張 楊，張 徽，刁玉杰，李旭峰，范基姣，張 超，鄭長(zhǎng)遠(yuǎn)

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051 2.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 8100083.青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810008

中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選技術(shù)方法

賈小豐1，張 楊1，張 徽1，刁玉杰1，李旭峰1，范基姣1，張 超1，鄭長(zhǎng)遠(yuǎn)2，3

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051 2.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 810008
3.青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810008

在沉積盆地三級(jí)構(gòu)造單元CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)得出的“適宜CO2地質(zhì)儲(chǔ)存”區(qū)域的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外已有的選址流程和方法，結(jié)合我國(guó)的地質(zhì)條件和技術(shù)方法水平，提出了深部咸水層CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括安全性、儲(chǔ)存規(guī)模、場(chǎng)地地面環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適宜性四大評(píng)價(jià)指標(biāo)層以及44個(gè)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將層次分析法和多因子逐層疊加法等評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于目標(biāo)靶區(qū)篩選。通過(guò)鄂爾多斯盆地和河套盆地3處典型目標(biāo)靶區(qū)適宜性評(píng)價(jià)的實(shí)例，證明了該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在目標(biāo)靶區(qū)篩選過(guò)程中具有較好的可操作性和推廣應(yīng)用價(jià)值。

二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存；目標(biāo)靶區(qū)；選址；場(chǎng)地描述；關(guān)鍵指標(biāo)；地質(zhì)安全性；儲(chǔ)存規(guī)模

0 前言

深部咸水層CO2地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)目標(biāo)靶區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“目標(biāo)靶區(qū)”），是指在沉積盆地三級(jí)構(gòu)造單元潛力與適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果得出的“適宜CO2地質(zhì)儲(chǔ)存”區(qū)域的基礎(chǔ)上，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的、數(shù)學(xué)的（如層次分析法）和計(jì)算機(jī)技術(shù)（如多因子逐層疊加法）等評(píng)價(jià)方法，依據(jù)安全性、儲(chǔ)層條件、場(chǎng)地地面環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適宜性4大評(píng)價(jià)指標(biāo)層確定的，可作為下一階段進(jìn)行場(chǎng)地選址勘查的有利構(gòu)造或地區(qū)。

目標(biāo)靶區(qū)篩選與評(píng)價(jià)具有承上啟下的作用：一方面，“目標(biāo)靶區(qū)”是全國(guó)盆地級(jí)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)得出的，有進(jìn)一步開展選址研究?jī)r(jià)值的地區(qū)；另一方面，“目標(biāo)靶區(qū)”是CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程選址的起點(diǎn)和主要依據(jù)［1］。

現(xiàn)階段，因世界主要國(guó)家選址出發(fā)點(diǎn)和盆地地質(zhì)研究程度的差異，部分國(guó)家或?qū)W者強(qiáng)調(diào)盆地尺度的選址評(píng)價(jià)。如Bachu［2］提出了一套包括15個(gè)指標(biāo)的盆地級(jí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)加拿大的主要沉積盆地進(jìn)行了評(píng)價(jià)。澳大利亞地球科學(xué)局面向盆地級(jí)別的評(píng)價(jià)篩選出了20項(xiàng)指標(biāo)，據(jù)此將澳大利亞適宜儲(chǔ)存CO2的盆地進(jìn)行排序［3］。部分則強(qiáng)調(diào)工程選址與場(chǎng)地表征。如國(guó)際能源署（IEA）2009年發(fā)布的《CCS場(chǎng)地表征標(biāo)準(zhǔn)》，以及挪威的《CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址、場(chǎng)地和項(xiàng)目核準(zhǔn)指南》［4］。我國(guó)一方面加速開展盆地級(jí)潛力與適宜性評(píng)價(jià)，即規(guī)劃選址；另一方面在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，通過(guò)工程選址已建立起 CO2地質(zhì)儲(chǔ)存示范工程［5－7］。

盡管國(guó)外CO2地質(zhì)儲(chǔ)存場(chǎng)地選址通常包括2～3個(gè)階段，即初步篩選、場(chǎng)地選擇和場(chǎng)地初步描述，我國(guó)也提出了適宜中國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)的選址階段［8］，但從規(guī)劃選址的盆地級(jí)評(píng)價(jià)到工程選址之間的“橋梁”——目標(biāo)靶區(qū)篩選評(píng)價(jià)技術(shù)方法問(wèn)題尚未得到合理解決。因此，開展CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選與評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、可操作性?qiáng)的目標(biāo)靶區(qū)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)方法體系是十分必要的。

1 選址流程與目標(biāo)靶區(qū)篩選

1.1 CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址流程

美國(guó)能源部國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室制定的CO2封存選址指南——《深部地質(zhì)構(gòu)造CO2封存的場(chǎng)地初篩、選擇和最初表征最佳實(shí)踐》［9］，提出了選擇CO2地質(zhì)封存適宜場(chǎng)地的篩選方法，這個(gè)方法的圖解表示見(jiàn)圖1。其篩選過(guò)程首先是根據(jù)一個(gè)潛在的子區(qū)，確定選址區(qū)域并制作一個(gè)合格場(chǎng)地優(yōu)先級(jí)列表［9］，其中的場(chǎng)地篩選與我國(guó)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)階段劃分與評(píng)價(jià)方法不同。

圖1 通過(guò)勘察階段的“工程場(chǎng)地成熟階段”圖示［9］Fig.1 Graphical representation of “project site maturation”through the exploration phase

在充分考慮到中國(guó)沉積盆地的復(fù)雜性、活動(dòng)斷裂與地震等地質(zhì)安全性、CO2地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)條件的特殊性與苛刻性等因素的基礎(chǔ)上，借鑒碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇（CSLF）和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，特別是中國(guó)地下水、油氣資源、固體礦產(chǎn)等循序漸進(jìn)、分階段勘查開發(fā)的基本原則，將中國(guó)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)工作劃分為5大階段［5，8］。第一階段為區(qū)域級(jí)預(yù)測(cè)潛力評(píng)價(jià)階段，第二階段為盆地級(jí)推定潛力評(píng)價(jià)階段，第三階段為目標(biāo)靶區(qū)級(jí)控制潛力評(píng)價(jià)階段，第四階段為場(chǎng)地級(jí)基礎(chǔ)儲(chǔ)存量評(píng)價(jià)階段，第五階段為灌注級(jí)工程儲(chǔ)存量評(píng)價(jià)階段。按評(píng)價(jià)精度由低到高，依次分成CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)E、D、C、B、A級(jí)（表1）。

對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址研究而言，第一、二、三階段為規(guī)劃選址階段；第四階段即工程選址階段（圖2），開始于沉積盆地各三級(jí)構(gòu)造單元CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)所篩選出的3處以上比選場(chǎng)地（圖3）。通過(guò)對(duì)各比選場(chǎng)地相關(guān)資料全面搜集、遙感選址調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地綜合地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探等工作，獲取各類評(píng)價(jià)參數(shù)，詳細(xì)評(píng)價(jià)這些比選場(chǎng)地，選擇出優(yōu)選場(chǎng)地，最終評(píng)價(jià)推薦出當(dāng)?shù)毓?、政府和業(yè)主可接受的工程選定場(chǎng)地。

表1 中國(guó)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)地質(zhì)工作階段劃分Table 1 Geological session divided of potential and suitability assessment of CO2geological storage in China

1.2 目標(biāo)靶區(qū)的篩選

本文將適宜CO2地質(zhì)儲(chǔ)存的三級(jí)構(gòu)造單元稱為CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址遠(yuǎn)景區(qū)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)、油氣地質(zhì)、物探和鉆探資料搜集，以及實(shí)地遙感解譯和路線綜合地質(zhì)調(diào)查，基本掌握了儲(chǔ)蓋層組合、沉積相變化、物性參數(shù)及其空間展布與地質(zhì)構(gòu)造模式，本著“地下決定地上，地下顧及地上”的原則［7］，經(jīng)綜合分析，選定出區(qū)域地殼穩(wěn)定、蓋層封閉及封堵性好、儲(chǔ)層可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⑷胄浴M足CO2地質(zhì)儲(chǔ)存條件的有利構(gòu)造或地區(qū)，被稱為CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)。

由于目標(biāo)靶區(qū)是CO2地質(zhì)儲(chǔ)存場(chǎng)地選址的基礎(chǔ)，因此在目標(biāo)靶區(qū)篩選時(shí)，同樣應(yīng)堅(jiān)持如下原則：1）安全性原則；2）目標(biāo)儲(chǔ)層具有可儲(chǔ)存CO230a以上、有效儲(chǔ)存量大的原則；3）經(jīng)濟(jì)原則；4）符合一般建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)選址條件，不受外部不良地質(zhì)因素影響的原則［9－10］。

圖2 中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存選址流程圖Fig.2 Flowchart of site selection of CO2geological storage in China

圖3 CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選過(guò)程示意圖Fig.3 CO2geological storage target area classification and relationship diagram

由表1和圖2看出，目標(biāo)靶區(qū)是工程選址的基礎(chǔ)，如果缺乏深入、細(xì)致的資料二次開發(fā)利用和實(shí)地調(diào)查評(píng)價(jià)，隨著勘探程度與深度的增加，一旦得出不可選的結(jié)論將造成時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)。因此，目標(biāo)靶區(qū)的篩選與評(píng)價(jià)是選址工作極其重要的環(huán)節(jié)。

2 目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

本著CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址“安全性第一，既經(jīng)濟(jì)又技術(shù)和環(huán)境友好”等原則，可從地質(zhì)安全性、儲(chǔ)存規(guī)模、社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)適宜性4個(gè)方面建立具有層次分析結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表2）。

2.1 地質(zhì)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)層

地質(zhì)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)層包括區(qū)域地殼穩(wěn)定性、蓋層封閉性特征、可能的CO2泄漏通道和水文地質(zhì)條件4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層，15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表3）。

1）區(qū)域地殼穩(wěn)定性：包括地震動(dòng)峰值加速度、目標(biāo)靶區(qū)地震安全性和及其周邊25km為半徑范圍內(nèi)是否有活動(dòng)斷層3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)。

2）蓋層封閉性：主要由主力蓋層的埋深、蓋層巖性、主力蓋層單層厚度、蓋層分布的連續(xù)性、滲透率、主力蓋層之上的二次截留能力和蓋層封氣指數(shù)7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成。

3）可能的CO2泄漏通道：主要包括場(chǎng)地及其周邊是否有廢棄井、斷裂和裂縫的發(fā)育情況和現(xiàn)有技術(shù)條件下未被發(fā)現(xiàn)的斷裂3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層。

4）水文地質(zhì)條件：作為有利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存和可能導(dǎo)致CO2泄漏的水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層主要選取水動(dòng)力作用和深部咸水層水頭狀態(tài)2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 儲(chǔ)存規(guī)模指標(biāo)層

儲(chǔ)存規(guī)模評(píng)價(jià)指標(biāo)層包括儲(chǔ)層特征、儲(chǔ)層物性參數(shù)、地?zé)岬刭|(zhì)特征和儲(chǔ)層儲(chǔ)存前景4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層，13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表4）。

1）儲(chǔ)層特征：儲(chǔ)層特征評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層包括儲(chǔ)集巖的巖性、主力儲(chǔ)層的厚度、有效儲(chǔ)層長(zhǎng)寬比、層間非均質(zhì)性、儲(chǔ)層壓力系數(shù)和地層水礦化度6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2）儲(chǔ)層物性參數(shù)：理想的儲(chǔ)層至少具備完整性和密封性良好的蓋層，儲(chǔ)層具有較高的可注入性和足夠的儲(chǔ)存容量2個(gè)條件。

3）地?zé)岬刭|(zhì)特征：主要選取地溫梯度、地?zé)崃髦岛偷乇頊囟?個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4）儲(chǔ)層儲(chǔ)存前景：選取有效儲(chǔ)存量和使用年限2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)的理念是有效儲(chǔ)存量越大、使用年限越長(zhǎng)越好。

表2 CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成Table 2 Indexes of target evaluation for CO2geological storage

表3 地質(zhì)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)層分級(jí)評(píng)價(jià)表Table 3 Indexes of geological safety

表4 儲(chǔ)存規(guī)模評(píng)價(jià)指標(biāo)層分級(jí)評(píng)價(jià)表Table 4 Indexes of storage reservoir capability

2.3 社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)層

社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層包括社會(huì)環(huán)境、目標(biāo)靶區(qū)地質(zhì)環(huán)境、所在地區(qū)的性質(zhì)、與飲用水源的關(guān)系與安全距離和對(duì)作業(yè)人員的影響4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表5）。

1）社會(huì)環(huán)境：主要選取人口密度、與居民點(diǎn)的距離和土地利用現(xiàn)狀3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)。

2）地質(zhì)環(huán)境：主要選取地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性，是否在采礦塌陷區(qū)、巖溶塌陷區(qū)、地面沉降區(qū)、沙漠活動(dòng)區(qū)、火山活動(dòng)區(qū)，是否低于江河湖泊、水庫(kù)最高水位線或洪泛區(qū)3個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)。

3）所在地區(qū)的性質(zhì)：CO2地質(zhì)儲(chǔ)存選址應(yīng)符合國(guó)家及地方城鄉(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃要求：不應(yīng)選在城市工農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃區(qū)、農(nóng)業(yè)保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、文物（考古）保護(hù)區(qū)、生活飲用水源保護(hù)區(qū)、供水遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備區(qū)和其他需要特別保護(hù)的區(qū)域內(nèi)。選址時(shí)還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)赜袩o(wú)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物和植被覆蓋率大小，不能額外地清除植被，影響植物固碳。

4）與飲用水源的關(guān)系與安全距離：包括蓋層上部是否有可供工農(nóng)業(yè)利用的地下水含水層，是否在飲用地下水主要補(bǔ)給區(qū)內(nèi)，距離河流、水庫(kù)等地表飲用水水源的距離3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.4 經(jīng)濟(jì)適宜性指標(biāo)層

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)層包括碳源規(guī)模、碳源距離、運(yùn)輸方式和蘊(yùn)礦狀況等4個(gè)指標(biāo)（表6）。

1）碳源規(guī)模：碳源規(guī)模越大、越集中越好。同時(shí)兼顧碳源到目標(biāo)靶區(qū)沿線的地質(zhì)條件（地殼應(yīng)力、地震、滑坡、凍脹、地下水分布等）、碳源到目標(biāo)靶區(qū)沿線的自然地理和經(jīng)濟(jì)地理情況（包括山脈、河流、湖泊、沙漠、鐵路、公路，以及人口分布及生物棲息地分布等）。

2）碳源距離：碳源距離越近，運(yùn)輸CO2的成本就越低，反之成本越高。評(píng)價(jià)的理念是碳源距離越短越好。

3）運(yùn)輸方式：可供選擇的運(yùn)輸方式包括管道運(yùn)輸、駁船運(yùn)輸和罐車運(yùn)輸?shù)取６艿肋\(yùn)輸在絕大多數(shù)情況下，以陸上長(zhǎng)距離大規(guī)模CO2運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)。

4）蘊(yùn)礦狀況：在實(shí)施規(guī)?；?、純粹以CO2地質(zhì)儲(chǔ)存為目的時(shí)，在目標(biāo)靶區(qū)適宜性評(píng)價(jià)階段宜妥善處理好與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的關(guān)系。

表5 社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)亞層分級(jí)評(píng)價(jià)表Table 5 Indexes of society and environmental conditions

表6 經(jīng)濟(jì)適宜性指標(biāo)層分級(jí)評(píng)價(jià)表Table 6 Indexes of economical evaluation

3 目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)方法

3.1 層次分析法

層 次 分 析 法 （analytic hierarchy process，AHP），又稱多層次權(quán)重分析法，是將與評(píng)價(jià)（決策）有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，它通過(guò)系統(tǒng)規(guī)劃和評(píng)價(jià)將復(fù)雜現(xiàn)象和決策思維過(guò)程系統(tǒng)化、模型化、數(shù)據(jù)化。該方法是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法提出的一種層次權(quán)重分析方法［11-14］（圖4）。

在目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)化選取后，對(duì)各因子層和單要素的權(quán)重賦值采用專家評(píng)分法和層次分析法綜合評(píng)判。層次分析法中指標(biāo)值是由指標(biāo)之間優(yōu)越性相互對(duì)比得出的相對(duì)值，即優(yōu)越性權(quán)值。依據(jù)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，來(lái)設(shè)計(jì)專家打分表，對(duì)影響因子重要性相互對(duì)比采用1—9標(biāo)度法，通過(guò)相互之間重要性對(duì)比，建立重要性成對(duì)比較判斷矩陣。

圖4 層次分析遞階結(jié)構(gòu)模型示意圖Fig.4 Analytic hierarchy structure model

專家選取有3個(gè)原則：1）必須熟悉并能準(zhǔn)確地把握二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的現(xiàn)狀及演變的趨勢(shì)，承擔(dān)了相關(guān)內(nèi)容的科研項(xiàng)目；2）對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)有所了解，熟悉層次分析法的原理和計(jì)算過(guò)程；3）為同行業(yè)的學(xué)科帶頭人或?qū)W術(shù)骨干，且具有高級(jí)專業(yè)技術(shù)職稱。

層次分析法給出了一個(gè)科學(xué)、簡(jiǎn)易的確定權(quán)值的方法，即兩兩因素比較，確定成對(duì)比較的判斷矩陣，然后成對(duì)比較判斷矩陣，進(jìn)而獲得指標(biāo)優(yōu)越性權(quán)值。確定影響因子層的相對(duì)重要性權(quán)值，首先要建立影響因子重要性成對(duì)比較判斷矩陣，然后由判斷矩陣確定權(quán)值并進(jìn)行檢驗(yàn)。

本次構(gòu)建各指標(biāo)層的比較判斷矩陣一致性比率均遠(yuǎn)小于0.1，具有滿意的一致性。經(jīng)初步判斷排序，確定影響因子層的重要性由大到小依次為：地質(zhì)安全性＞儲(chǔ)層規(guī)模＞社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)＞經(jīng)濟(jì)適宜性，權(quán)重W1＝（0.521 2，0.341 9，0.097 7，0.039 2）；敏感因子層的重要性排序?yàn)椋簠^(qū)域地殼穩(wěn)定性＞儲(chǔ)層特性＞蓋層封閉性＞儲(chǔ)層物性參數(shù)＞社會(huì)環(huán)境＞可能的CO2泄漏通道＞水文地質(zhì)條件＞儲(chǔ)層儲(chǔ)存前景＞地?zé)岬刭|(zhì)特征＞碳源規(guī)模＞地質(zhì)環(huán)境＞所在地區(qū)的性質(zhì)＞蘊(yùn)礦狀況＞與飲用水源的關(guān)系與距離＞碳源距離 ＞ 運(yùn)輸方式，權(quán)重W2＝（0.269 2，0.231 0，0.174 8，0.068 9，0.058 6，0.054 4，0.022 8，0.021 0，0.021 0，0.017 8，0.017 5，0.012 4，0.010 3，0.009 3，0.005 5，0.005 5）。通過(guò)整理得到二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重排序（表7）。

3.2 多因子空間疊加法

“多因子空間疊加法”的主要原理是采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，運(yùn)用區(qū)位理論，分析評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)每個(gè)評(píng)價(jià)因子的作用分值及其權(quán)重，最后根據(jù)計(jì)算得出的綜合分值進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)際操作時(shí)將待評(píng)價(jià)區(qū)域按要求劃分成多個(gè)編號(hào)連續(xù)的網(wǎng)格，將多個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)區(qū)域的影響結(jié)果填入網(wǎng)格，再根據(jù)不同的評(píng)價(jià)因子，用不同的系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出每個(gè)網(wǎng)格多個(gè)因子的影響綜合結(jié)果，最后將影響結(jié)果相近的網(wǎng)格根據(jù)地域相鄰的原則用計(jì)算機(jī)繪出等值線，組格成區(qū)，得出宏觀的評(píng)價(jià)［15］。

具體分析過(guò)程為劃分網(wǎng)格→選取評(píng)價(jià)因子→填充基礎(chǔ)數(shù)據(jù)→加權(quán)計(jì)算→結(jié)果評(píng)價(jià)。即采取等面積劃分方法剖分研究區(qū)域。每個(gè)網(wǎng)格按“弓”字形編碼方式進(jìn)行編號(hào)；標(biāo)注、匯總、計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格環(huán)境中的安全性、儲(chǔ)層條件、場(chǎng)地地面環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適宜性4個(gè)方面評(píng)價(jià)因子，每個(gè)因子的評(píng)價(jià)結(jié)果按好、一般、差分為3級(jí)，分別賦值為3、2、1，作為評(píng)價(jià)分級(jí)基礎(chǔ)。加權(quán)計(jì)算各網(wǎng)格綜合級(jí)別，運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪制出等值線，將綜合級(jí)別相近的網(wǎng)格連片成區(qū)域，結(jié)果分值越高越好［16－17］。加權(quán)計(jì)算公式：綜合級(jí)別＝安全性×0.4＋儲(chǔ)層條件×0.3＋場(chǎng)地地面環(huán)境條件×0.2＋經(jīng)濟(jì)適宜性×0.1。運(yùn)用“多因子空間疊加法”進(jìn)行目標(biāo)靶區(qū)綜合條件評(píng)價(jià)，可以較好地表征出多個(gè)因子對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的影響，得出一個(gè)較為全面的綜合性結(jié)果。

4 實(shí)例分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)碳源分布數(shù)量較多，中部河套盆地、鄂爾多斯盆地密度最大，尤其火力熱電類型最多，約占全省碳源總數(shù)的72.8%，其次為能源化工類型的碳源。選擇了鄂爾多斯盆地和河套盆地3處較典型的目標(biāo)靶區(qū)開展評(píng)價(jià)，以檢驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理性。3處目標(biāo)靶區(qū)分別為鄂爾多斯市伊金霍洛旗布連溝（A）、呼和浩特市托克托縣三間房（B）、巴彥淖爾市烏拉特前旗新安（C）（圖5）。

4.1 儲(chǔ)存條件分析

按目標(biāo)靶區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并分別從地質(zhì)安全性、儲(chǔ)存規(guī)模、社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)適宜性4個(gè)方面對(duì)3個(gè)目標(biāo)靶區(qū)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存條件的適宜性進(jìn)行分析。

4.1.1 地質(zhì)安全性

伊旗布連溝目標(biāo)靶區(qū)（A）：位于鄂爾多斯伊金霍洛旗北東部；布連溝地區(qū)無(wú)活動(dòng)斷裂，僅發(fā)育少數(shù)淺表層次的小規(guī)模斷層；該地區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，基本地震烈度為6度，歷史上僅發(fā)生過(guò)6級(jí)以下的小地震，也未有地震災(zāi)害記錄，其地震活動(dòng)較弱，反映了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的褶皺斷裂不甚強(qiáng)烈的特點(diǎn)。該地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性好。主力蓋層為中三疊統(tǒng)紙坊組泥質(zhì)巖和砂質(zhì)泥巖，次級(jí)蓋層為二疊系下石盒子組頂部與石千峰組泥質(zhì)巖段。蓋層孔隙度和滲透率低，具有較好的封蓋能力。目標(biāo)靶區(qū)范圍內(nèi)石油勘探程度低，未發(fā)現(xiàn)深度大于800m的鉆井及廢棄井。深部咸水層水頭低于地面，水動(dòng)力條件差，近乎于停滯狀態(tài)，具水力封閉作用，有利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存。

托克托縣三間房目標(biāo)靶區(qū)（B）：位于河套盆地南東部，托克托縣城之北。該目標(biāo)靶區(qū)緊鄰磴口—黃河區(qū)域性活動(dòng)斷裂和陰山活動(dòng)性地震斷裂帶，區(qū)域地殼穩(wěn)定性、斷層封閉性與地質(zhì)安全性較差。蓋層為第四系、上新統(tǒng)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，分布廣，盡管孔隙度小、滲透率低，但成巖程度低，封閉性一般。深部咸水層水頭高，與地面相近，靶區(qū)周邊個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)自流井，對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存安全性不利。

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重排序Table 7 Weights of evaluation indexes

圖5 目標(biāo)靶區(qū)地理位置圖Fig.5 Targets location

烏拉特前旗新安目標(biāo)靶區(qū)（C）：位于河套盆地南東部。斷裂構(gòu)造發(fā)育，緊鄰磴口—黃河區(qū)域性活動(dòng)斷裂和陰山活動(dòng)性地震斷裂帶，區(qū)域地殼穩(wěn)定性、斷層封閉性與地質(zhì)安全性較差。蓋層主要為上新統(tǒng)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，成巖程度低，封閉性一般。深部咸水層水頭高，與地面相近，對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存安全性不利。

4.1.2 儲(chǔ)存規(guī)模

A區(qū)：目標(biāo)儲(chǔ)層為奧陶系、二疊系和三疊系的砂巖和碳酸鹽巖。該地區(qū)砂巖儲(chǔ)層平均孔隙度為9%～15%，滲透率為（2～19）×10－3μm2，物性條件一般；碳酸鹽巖儲(chǔ)層為馬家溝組海相白云巖，平均孔隙度為6%～11%，滲透率為（0.3～3.7）×10－3μm2，物性條件較差。主力儲(chǔ)層厚度較大，砂體連續(xù)性好，儲(chǔ)層壓力一般。平均100km2范圍內(nèi)的有效儲(chǔ)存量約960×104t，對(duì)于30×104t/a的儲(chǔ)存規(guī)模使用年限大于30a。

B區(qū)：目標(biāo)儲(chǔ)層為漸新統(tǒng)砂巖和下白堊統(tǒng)砂巖。該地區(qū)砂巖儲(chǔ)層為盆地邊緣發(fā)育河流、三角洲、沖積扇相砂體，巖性粗，物性好，孔隙度21%～40%，滲透率（100～2 000）×10－3μm2，儲(chǔ)層物性好。主力儲(chǔ)層厚度較大，砂體連續(xù)性好，儲(chǔ)層壓力一般。平均100km2范圍內(nèi)的有效儲(chǔ)存量約980×104t，對(duì)于30×104t/a的儲(chǔ)存規(guī)模使用年限大于30a。

C區(qū)：目標(biāo)儲(chǔ)層為漸新統(tǒng)砂巖。該地區(qū)砂巖儲(chǔ)層平均孔隙率18%～25%，平均滲透率為0.274～0.302μm2，最大可達(dá)2.03μm2，物性條件好。主力儲(chǔ)層厚度大，砂體連續(xù)性好，儲(chǔ)層壓力一般。平均100km2范圍內(nèi)的有效儲(chǔ)存量約2 740×104t，對(duì)于30×104t/a的儲(chǔ)存規(guī)模使用年限大于30a。

4.1.3 社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

A區(qū)：主要存在采煤塌陷和伴生的地裂縫地質(zhì)災(zāi)害，但影響深度局限于400m以淺，現(xiàn)狀條件下對(duì)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存影響小，危害小。目標(biāo)靶區(qū)與國(guó)家及地方城鄉(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃要求無(wú)沖突，無(wú)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物，植被覆蓋較低。該目標(biāo)靶區(qū)對(duì)當(dāng)?shù)氐娘嬘盟赡軙?huì)存在一定影響，但影響不大。人口密度相對(duì)較大，不利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存。

B區(qū)：土壤鹽漬化比較嚴(yán)重，但對(duì)于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存沒(méi)有影響，地質(zhì)災(zāi)害條件良好。目標(biāo)靶區(qū)與國(guó)家及地方城鄉(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃要求無(wú)沖突，無(wú)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物，植被覆蓋較低。該目標(biāo)靶區(qū)對(duì)當(dāng)?shù)氐娘嬘盟赡軙?huì)存在一定影響，但影響不大。人口密度相對(duì)較大，不利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存。

C區(qū)：東南部為烏拉山的西端，地形切割強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，時(shí)有崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。目標(biāo)靶區(qū)與國(guó)家及地方城鄉(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃要求無(wú)沖突，無(wú)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)植物，植被覆蓋較低。該目標(biāo)靶區(qū)對(duì)當(dāng)?shù)氐娘嬘盟赡軙?huì)存在一定影響，但影響不大。人口密度相對(duì)較大，不利于CO2地質(zhì)儲(chǔ)存。

4.1.4 經(jīng)濟(jì)適宜性

A區(qū)：當(dāng)?shù)氐拿夯て髽I(yè)可提供充足的碳源。主要礦產(chǎn)資源為淺表部侏羅系延安組賦存的煤炭資源，CO2地質(zhì)儲(chǔ)存對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)不造成影響。

B區(qū)：托克托電廠是重要的碳源，2013年發(fā)電量約為280億kW·h，具備充足的碳源。該地區(qū)沒(méi)有礦產(chǎn)資源的開采，不會(huì)造成礦產(chǎn)壓覆。

C區(qū)：烏拉山電廠是地區(qū)重要碳源，2013年發(fā)電量約為28億kW·h，，具備充足的碳源。該地區(qū)沒(méi)有重要礦產(chǎn)資源的開采，不會(huì)造成礦產(chǎn)壓覆。

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)以上的分析，對(duì)3個(gè)目標(biāo)靶區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，并通過(guò)層析分析法進(jìn)行綜合評(píng)定，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8。

在3處目標(biāo)靶區(qū)中，伊旗布連溝目標(biāo)靶區(qū)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存條件最好，托克托三間房目標(biāo)靶區(qū)次之，烏拉特新安目標(biāo)靶區(qū)最差，故可將伊旗布連溝目標(biāo)靶區(qū)作為CO2地質(zhì)儲(chǔ)存工程優(yōu)選場(chǎng)地和進(jìn)一步開展工程場(chǎng)地選址的專項(xiàng)調(diào)查區(qū)。

表8 目標(biāo)靶區(qū)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Evaluation results of targets

表8（續(xù)）

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)深部咸水層CO2地質(zhì)儲(chǔ)存地質(zhì)目標(biāo)靶區(qū)進(jìn)行了定義，提出了深部咸水層CO2地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選的指標(biāo)體系，包括安全性、儲(chǔ)層條件、場(chǎng)地地面環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適宜性4大評(píng)價(jià)指標(biāo)層以及47個(gè)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合已有的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存或相關(guān)領(lǐng)域的工程實(shí)踐系統(tǒng)地探索了評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；還提出將層次分析法和多因子空間疊加法兩種評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于目標(biāo)靶區(qū)選址過(guò)程，并推薦了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，具有較好的借鑒價(jià)值；通過(guò)對(duì)3處目標(biāo)靶區(qū)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存條件評(píng)價(jià)的實(shí)例，證明了該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在目標(biāo)靶區(qū)篩選過(guò)程中具有較好的可操作性和推廣應(yīng)用價(jià)值。所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還處于探索階段，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重的確定與應(yīng)用，仍需結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)條件、選址目的、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及技術(shù)水平做適當(dāng)調(diào)整。

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Method of Target Area Selection of CO2Geological Storage in China

Jia Xiaofeng1，Zhang Yang1，Zhang Hui1，Diao Yujie1，Li Xufeng1，F(xiàn)an Jijiao1，Zhangchao1，Zheng Changyuan2，3

1.CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeologySurvey，ChinaGeologicalSurvey，Baoding071051，Hebei，China
2.QinghaiInstituteofHydrogeologyandEngineeringGeologyandEnvironmentalGeology，Xining810008，China
3.QinghaiKeyLaboratoryofHydrogeologicalandGeothermalGeological，Xining810008，China

On the basic of third-grade tectonic units potential and suitability evaluation results of suitable for carbon dioxide geological storage，learning from siting processes and methods，combining with geological conditions and technical methods level of China，we bring forward that the target scale can be determined by the four major evaluation index as layers of safety，reservoir scale，the ground environment conditions and economic suitability and 44detailed indexes.The authors still bring forward that evaluation methods，such as the analytic hierarchy process and multi-factors space superposition assessment methods，can be used in the process of selecting target.The authors evaluated the suitability of three typical targets in Ordos basin and Hetao basin，confirming this evaluation index system has better maneuverability and application value in selecting target.

book=1315,ebook=242

CO2geological storage；target area；site selection；site description；key indicators；geological safty；storage scale

10.13278/j.cnki.jjuese.201404210

P66

A

賈小豐，張楊，張徽，等.中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存目標(biāo)靶區(qū)篩選技術(shù)方法.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2014，44（4）：1314-1326.

10.13278/j.cnki.jjuese.201404210.

Jia Xiaofeng，Zhang Yang，Zhang Hui，et al.Method of Target Area Selection of CO2Geological Storage in China.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2014，44（4）：1314-1326.doi：10.13278/j.cnki.jjuese.201404210.

2013-09-03

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目（12120113006500）；國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201211063）；中澳二氧化碳地質(zhì)封存國(guó)際合作項(xiàng)目（2013-12）；青海省科學(xué)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2013-Z-708）

賈小豐（1982—，男，工程師，碩士，主要從事水文地質(zhì)調(diào)查和二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存研究，E-mail：jiaxiaofengdaxia＠163.com。