基于寻找大背斜或其他构造圈闭的选址

Meyer等（2008）报道了德国东北部封存CO2潜在的海岸场地（深部咸水层）区域性筛选、选择和地质特征（Meyer et al，2008；葛秀珍译，2011）。研究的目的是调查和确定候选封存场地，进而评价了德国东北部三叠系、侏罗系和白垩系的几个深部咸水层的封存潜力和基本储水性能。从多个确认的候选场地中选择了Schweinrivh背斜构造控制的三叠系最上层和侏罗系最下层的深部咸水层。根据场地的地质特点，包括构造地质调查和三维含水层建模，Schweinrich构造似乎是封存大规模工业CO2比较适合的位置。为了证明封存CO2场地构造的完整性和确保长期的安全性，需进一步通过新钻孔、三维地震和调查获取数据。

德国东北部选址初步可行性研究的主要目的是，寻找大背斜或者其他构造圈闭，尽可能地封存目前褐煤发电厂产生的CO2。该发电站由两个900 MW的机组组成，每年总计大约排放CO2 010×108t。因为经济原因，CO2的管道输送距离约300 km。

德国北部大规模CO2封存项目中，最有前景的方案是深部咸水层和废弃的天然气储层。该地区石炭系天然气层深埋，以至于不考虑不可开采的煤矿作为封存方案。而70个天然气田中，最大的已经至少开采了2×108 m3的天然气，其中的Altmark天然气田可以提供40×108 t的CO2封存量。

德国北部盆地是一个大型内陆盆地，二叠系到更新统的沉积层累计厚度达10×104m。几个构造和地层圈闭为封存CO2提供了地质条件。总封存量评估表明，有足够大的封存潜力容纳德国化石燃料火力发电站40多年，每年排放大约30×108 t的CO2。因此，研究的目的是探测具有足够封存量的含水层构造（＞40×108t CO2），如最优储集特征的Scheeirich构造。

1场地筛选和位置选择

Schwarze Pumpe发电站位于联邦德国勃兰登堡的东南，该处古生代的基岩浅埋。因此，调查潜在的封存场地局限于Lausitz北部，该处向德国盆地北部中心倾斜的沉积地层厚度超过了1 000 m。柏林、勃兰登堡、萨克森-安哈尔特和梅克伦堡-前波美拉尼亚的部分州在劳西茨附近大约300 km半径范围内。调查覆盖了大约40×104 km2的区域。

通过石油、天然气勘探（20世纪50年代至80年代）和地热地质调查（Diener et al1983a，1983b），地质构造、中生代和新生代地层已被掌握。深度1 000～4 000 m间的含水层矿化度为100～400 g/L（Muller and Papendiek，1975）。这些水体不是饮用的地下水源。在德国，水体受水法律保护。根据矿石法，卤水还是化学元素和地热资源。德国含水层封存CO2也没有法律依据。然而，深部咸水层封存天然气是允许的。目前，欧盟委员会尝试建立欧洲CO2封存的法律框架。

Scheinrich储层附近地下水的矿化度为100～300 g/L，封存深度处大约为200 g/L。卤水的矿化度用于计算浓卤水静水压力。用区域温度和静水压力梯度评估Schweinrich储层CO2的密度为570～585 kg/m3。在Schweinrich区域，三眼井实际测量的压力和温度得出了CO2的密度范围为554～642kg/m3。

在筛选区域内，勾画出了上三叠统（Buntsandstein）、下三叠统（Schilfsandstein）、三叠系最上层/侏罗系底层（Rhaethium、Hettangium）、中侏罗统（Aalenium）和下白垩统（Wealden和Albi-um-Hauterivium）（Muller et al，2003）。各种厚度、深度的区域和封存地层的岩性以及盖层的分布都在这些图中予以显示。使用地理信息系统（GIS）将储层剖面和盐层构造的空间信息与含水层特征相结合。

以下是圈闭内寻找封存场地高潜力区域的条件：

（1）深度1000～4000m间；

（2）储层厚度大于20m（认为10m是很薄的岩层）；

（3）发育有盖层。

以下区域封存潜力受到限制：

（1）主要的砂岩相被细碎屑沉积物取代；

（2）由于岩盐固结，孔隙度降低；

（3）10～20m厚度的储层；

（4）800～1000m深度的储层。

考虑不同封存效果，根据下列方程计算初始封存量Ω。

中国二氧化碳地质封存选址指南研究

式中，Ω是封存量；A是含水层空间分布；D是优质储层砂岩累计厚度，φ是有效孔隙度（无量纲容积率）；hst是封存效率（无量纲容积率），ρCO2是封存条件下CO2的密度。

确认几个封存场地之后，对所有确定的构造按照下列附加条件进行排序：

（1）储层孔隙度大于20％；

（2）定性的盖层特征（相应的岩性）；

（3）存在800 m深度以上的储备含水层；

（4）与管道网络连接的场地（使用现有的通道）；

（5）穿过盖层钻井的数量（在构造的顶部，最好是一个也没有）；

（6）勘探以前场地特征研究的有效数据。

此外，在研究中，记录了场地选择的次要条件。但没有进行排序，可能存在的问题在括号中表示。

（1）保护区域的存在和种类（验收、补偿）；

（2）自然地貌（验收）；

（3）人口密度（安全、经费、验收）。

初步可行性研究应用了一些标准的选择条件，排除了不适合做进一步场地特征研究的构造。这些排除标准是：

（1）CO2封存量小于40×108 t（封存策略）；

（2）受到强烈干扰的圈闭构造（安全）；

（3）300 km以上的输送距离（经济）；

（4）与现有矿产资源开发发生冲突，如油气生产和地热能的存储和开采，以及液体废物处理等（许可）。

经过评估，在德国北部的东侧筛选出了26个候选场地（背斜）。

由于每一个潜在封存场地拥有的地质资料不均一，导致封存量不确定（岩石物理环境特征、沉积相变化和构造轮廓），需对每一个构造进行单独调查。

为了计算不同构造已知的和可参照的值，分别用6％、20％和40％的封存效率计算封存量。假定这个范围是为了表示 “差”、“较好” 和 “好” 的等级效果，CO2封存效率则被定义为是CO2充填的地质构造的总孔隙体积的函数。除了灌注阶段以外，缓慢的物理和化学持续过程，诸如矿物捕集、束缚气捕集或者CO2溶解在这里都是被忽略的，因为CO2灌注到含水层的数值模拟说明，在灌注期间，大多数CO2在含水层中都是以游离相残留。地质构造可以是一个单一的砂岩储层或者是一个完整的含水岩层。因此，依据边界条件和研究的体积，系数相当于局部气体的饱和度或者波及系数。

调查的9个大的构造封存场地中，假定封存效率取40％，则可封存40×108t CO2。总计26个候选构造，假定封存效率为40％，累计CO2封存量评估大约为75×108 t。将之分为小封存量（小于10×108 t）、中封存量（10～40×108t）和大封存量（大于40×108t）。

根据上述，对9个大构造（大于40×108t的封存量）进行评分。一个用于液体废弃物注入的构造已经被取消。现有的天然保护区、宝贵的自然资源区和军事用地作降低处理。良好的存储特征和有效数据成为Scheeinrich构造的首选决定性因素。该构造位于Schwarze Pumpe西北约250 km处。

2Schweinrich场地特征

Schweinrich构造及其周围场地的地质特征描述包括地层格架、封存量、长期储集能力和盖层特征。根据现有的二维地震数据（大部分是20世纪70年代早期记录）编制储层深度图。井群提供了校对地震数据的深度资料。这个深度图是创建三维数字储层模型的基础。使用Petrel 2005版软件进行构造、岩相和特征模拟。由于有效的岩心数据的数量有限，许多岩石物理特征数据必须来自测井曲线。确定岩心测量和缆式测井之间的关系，根据测井曲线，评价页岩的数量、孔隙度和渗透性（大多数是自然电位、伽马射线、电阻率测井、中子和/或密度测井）。

该储层模型横向长度60～70 km，包括背斜构造以及邻近的向斜和储层较深的部分。三维地质格栅模型用于计算圈闭构造内储集层的孔隙体积。它还作为该储层中流体流量的储层模拟的基础（Meyer et al，2006；Chadwick et al，2006）。

所选择的候选场地Schweinrich是被动的背斜构造，是在附近的Wredenhagen和Zechlin刺穿盐丘地层形成期间和上升期间形成的。CO2封存的目标储层位于海平面以下超过1 300 m的下侏罗统和上三叠统的两个砂岩地层，构造圈闭面积约100km2。两个储层累计厚度270～380 m。几十米厚的粗质侏罗系粘土岩层覆盖了整个储层。在构造圈闭范围内，Hettangian和Contorta储层的顶部分别位于海平面以下1300m和1500m。外部的背斜构造在刺穿盐丘附近边缘凹陷内，向下达到海平面以下2500余米。因此，这个背斜构造的幅度大约为1000m。

根据录井资料和测井解释，Hettangium/Contorta含水层主要由中砂岩夹数层粘土质岩层组成。取决于受盐体构造强烈影响的沉积相，含水层中砂岩和粘土岩的比例变化不定，砂岩占50％～90％。

由于地震资料分辨率有限，判定断层具有不确定性，共发现3个较大的北东-南西走向、位于Schweinrich构造中部和北西翼的正断层。这些断层的垂直断距不详。现有资料中没有发现次级断层。利用三维储层模型计算出了构造圈闭内储层的孔隙体积。绘制出储层的几何形状以后，将砂岩体积和孔隙值赋给网格单元，并且用测井曲线解释说明。利用水平15 km、垂直10m和10％点的指数方差图，通过克里格法对来自邻近井的上部标值进行内插。

因缺乏位于两个储层单元之间的Triletes粘土岩的封闭能力资料。因此，储层特征的不同解释是可能存在的。现用如下两个对比的假设计算背斜构造CO2封存潜力。

（1）假设Triletes粘土岩可以渗透CO2。在低于海平面1500m深处拥有一个共同溢出点，两个含水层将作为一个单一的储层单元。

（2）假设Triletes粘土岩没有渗透性。两个含水层是独立的，溢出点分别为海平面以下1 500 m和1 700 m深的储层。

封存效率取40％，假定CO2密度为600 kg/m3，(1)计算出CO2封存潜力为43×108 t；(2)计算出CO2封存潜力为72×108 t。

根据矿物学和地球化学分析，储层砂岩主要由长石（2％～9％，大部分是钠长石和正长石）、石英（80％～90％）和少量的其他矿物如碳酸盐（铁白云石、菱铁矿和白云岩）、伊利石和重矿物（金红石、锐钛矿、榍石、电石和黄铁矿）。储层砂岩孔隙度范围为10％～32％。电子探针分析确定了长石、碳酸盐和硫化物的化学成分。

储层上部直接盖层主要由几百米厚、块状粘土岩层组成，形成第一个较大的盖层。在该粘土岩层中夹有粉砂岩、砂岩和少量的薄泥灰岩。盖层中粘土岩占70％～90％（体积百分比）。其他含水层（砂岩）位于这个储层的盖层中，在第一个盖层失效的情况下（如通过未发现的断层泄漏），可能充当容纳CO2的二次储层。

分析了直接覆盖储层的这个粘土岩层的岩样，表明主要由伊利石/混合层粘土矿物（15％～50％，重量百分比）、高岭石（5％～25％，重量百分比）、石英和少量斜长石、钾长石、碳酸盐（＜5％，重量百分比）、大部分的菱铁矿、白云石/铁白云石和方解石组成。泥灰岩样测定出了较多的碳酸盐矿物。

矿物对碳酸的溶解和蚀变敏感，如长石和碳酸盐是储集岩的次要成分。因此，蚀变反应应该对封存量影响较小。另一方面，对于碳酸盐岩层长期封存的安全问题，储集岩层的潜力较小。盖层中的粘土岩层大概类似于耐久性的物质，除了一些泥灰岩以外，这个粘土岩层对流经这些岩石层的含碳水体发生的溶解更加敏感。

3讨论

示范项目或者封存项目的位置一般根据项目参与者的投资选择，依场地和资料的有效性选择场地。对比该研究，除了已有资料外，还要进行系统的场地调查和选择。如果不能分辨出一些构造是否符合选址标准，特别是封存量，那么就根据最初的验证标准确定场地的适应性。尽管这个程序不一定总是适用，但它能作为场地选择、封存场地填图和地下空间规划的方法。根据区域条件或者封存策略，可以修改这里使用的标准，或者定义附加标准。

管理者使用这个标准可以为他们制定条例和许可任务确定临界值、允许误差或者特殊条件。为了开展系统的场地调查、评分和地质编图，需要关注整个区域。封存前景填图是较大面积调查的第一步。更详细的填图必须包括区域地质构造资料，确定场地的地质图以及包括CO2封存资料的数据库。如果数据库可以用于地下不同方案的空间规划，那么附加信息就是有用的。以GESTCO项目为基础构建的数据库在欧洲的Castor（LeThiez，2004）和欧盟正在研究中的地质容量项目（Chris-tensen，2006）中是很常见的。

根据早期提出的选择标准，绘制了预期研究的几个地层。确定的构造预示出相当大的封存潜力，大约可封存75×108 t CO2。由于限定的地质输入数据和封存效率的基本假设，估算的封存量仍然有很大的不确定性，封存量不是岩石固有的特征，但它是岩土力学的特征之一。这些不确定性将影响封存规模和全球规模（Manancourt，2004；May et al，2005；Bradshaw et al，2006）的预测。因此，在一些交流中提供封存量的不确定值被视为是必要的。另外，非地质专业学者对封存量误导性的理解通常是对地下情况的过于简化，他们可能常常低估岩土工程评估的不确定性。

根据场地特征初步研究结果，包括三维模拟，Schweinrich大背斜构造似乎提供了足够的能力封存目前燃煤电厂排放的全部CO2。储层模拟提供了一般可能性的支持证据，即用10个井灌注，40年内，需要灌注40×108 t CO2（Meyer et al2006；Chadwick et al，2006）。在没有优化灌注方案的情况下，这个速率已经被选择。这只是假定Sleipner达到了CO2灌注的速率，挪威一个近海地区的天然气田（从1996年开始就将CO2灌注该层）也在别处达到了这个灌注速率。关于预测的压力增加问题，需要提供CO2储量大的、储水特征好的宽阔区域含水层。因此，为了预测咸水位移、压力增长、含水层压力传播和长期CO2溶解，更多综合性的研究需要包括封存场地周围宽阔的区域。封存量预测和封存安全是关联和迭代的过程。随着进一步的场地勘探和场地评价，将改进预测的质量。为实现封存场地，安全和容量标准两者都必须满足。

初步可行性研究还说明缺少基础资料，这些资料对于封存场地的进一步评价是必须的。除此之外，还需要取得三维地震资料、勘探井钻井资料和地球物理测井资料。为了证明封存系统结构的完整性，需要详细分析构造编录、局部压力状态的解释等资料。

40×108t CO2的封存量将超过一些现有的地下封存量。欧洲下萨克森Rheden的地下封存的工作气体量大约相当于012×108t CO2。在Sleipner和阿尔及利亚Salah项目中，每年灌注含水层的CO2大约为001×108 t。相反，上述CO2封存实例中，Schweinrich封存场地是在人口密集的区域，而这样大的封存设施的 *** 作将要求较高的技能，承担更大的社会和经济风险。根据示范项目的经验进行预测，该项目灌注的CO2仅仅是大电厂排放的部分，是本研究中调查情况的极限值。因为即使详细的场地勘探之后，仍然有不确定性。实施必须考虑灵活的规划，必须结合相应的监测项目，这样有助于确定预测偏差。在泄漏风险的实例中，可能要采取补救措施。一些井的灌注速率低，可能需要持续的安全灌注压力，通过其他的或者额外的灌注井补偿，以实现尽可能大的封存量目标。在场地实施CO2地质封存期间，如果储层特征的参数超出期望值，那么替代的灌注方案还可以利用超过这个封存目标的方案。

4结论

柏林北部Schweinrich背斜构造内的Contorta和Hettangium含水层的孔隙体积足够容纳目前褐煤发电站，如Schwarze Pumpe在使用周期内排放的总计达40×108t的CO2。储层和盖层的特征似乎有助于在含水层中灌注和安全封存CO2。到目前为止，取得的结果是根据对Schweinrich构造及其环境有效的资料和样品。在该实例研究的局限性中，没有提出盖层完整性或者储层质量的问题。因此，评价Schweinrich构造地下封存的适宜性需要进行进一步的详细场地勘察。

盖层中断层的存在、走向和空间范围问题和老的地震探测法的疑点都需要明确回答。这需要在一定深度范围内，用高分辨率的新三维地震测量法获得。在没有证明盖层封闭能力的情况下，不能最终评价封存场地Schweinrich的适宜性。盖层的钻井岩心和新的开采井都需要确定相关的岩石物理力学参数和封闭特征。

包括储层在内，更广泛的区域地质模型的研发必须在储层和它的环境中进行卤水和CO2迁移的流体动态模拟。为研究类似的地球化学反应，应该完成另外的地球化学模拟、试验和测试，这些也许影响灌注性质或者影响长期安全性。

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根据我国新刑诉法的规定，犯罪时不满18岁，且处罚刑期在5年以下，则一般情况下公安会将犯罪记录封存，封存后一是严格限制犯罪记录查询；二是前科报告义务免除。

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相关法条如下：

我国刑诉法

第二百七十五条 犯罪的时候不满十八周岁，被判处五年有期徒刑以下刑罚的，应当对相关犯罪记录予以封存。

犯罪记录被封存的，不得向任何单位和个人提供，但司法机关为办案需要或者有关单位根据国家规定进行查询的除外。依法进行查询的单位，应当对被封存的犯罪记录的情况予以保密。

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