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1、中国CO册质封存与可持续发展由气候变化引发的天气异常和极端灾害事件已经初见端倪,尽管各国都在积极开发太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、生物质能等新能源,但这些新能源所占比例较有限,以煤、石油、天然气为主的化石能源仍将在21世纪人类能源消费结构中占主体地位。这就意味着本世纪直接消耗化石燃料所产生的温室气体排放量将持续增加,如不采取措施加以遏制,由此引发的全球气候变暖、环境恶化状况将继续加剧。为避免全球气候变暖给人类和整个地球环境系统带来的灾难性后果,积极采取减缓全球气候变暖和地球环境恶化的措施迫在眉睫。目前,减缓全球气候变暖与环境恶化的关键问题就是要大量减少以CO加主的温室气体排放，其中施行二氧
2、化碳捕集与地质封存（CCS）是大量减小温室气体排放最有效的途径。本文主要论述我国CO珊质封存潜力及可行性，分析CO现质封存与实现我国可持续发展的关系。1CO2地质封存原理和条件CO洲质封存实质上就是把CO/一主要的温室气体压缩至超临界状态（温度高于31.1,压力高于?7.38?MPa）,并注入到地下深处具有适当封闭条件的地层中进行长期安全（千年至万年尺度）的封存和隔离。其目的是在一段时间内减少大气中CO2排放量,减缓全球变暖与地球环境恶化,为开发新的可再生清洁能源利用技术提供充足的缓冲时间。CO洲质封存主要包括物理封存和化学封存两种基本机制。其中,物理封存机制就是通过地层构造压力、地下水动力、
3、流体密度差、盖层岩石孔隙毛细压力及矿物（煤层）吸附等共同作用下将超临界CO2捕获于储层顶部孔隙中。被捕获于储层中的一部分CO2以溶解态分布于地下水中并随地下水以极低的速度运移,另一部分可能会被吸附于特殊岩层（煤层）表面。化学封存机制就是指储层中岩石矿物、地下水溶液与注入的超临界CO靖体在一定的温度和压力条件下发生缓慢的化学反应,生成碳酸盐矿物（碎屑岩储层）或碳酸氢根离子（HCO?3-）（碳酸盐岩储层）,从而把二氧化碳转化为新的物质固定下来。其中,物理封存机制在很大程度上受地质构造、地应力状态、地下水动力特征及工程活动扰动等制约，单纯的物理捕获CO端体只是将CO2暂时封堵在地下岩层中,在地质时期
4、存在泄漏的风险。化学捕获方式是最有利于长期安全固碳的，但是，目前化学方式封存CO2求储层具备的条件较为苛刻，合适的储层较为有限,因为这种方式可以将CO2过化学反应转化成新的岩石矿物成分,基本不存在泄漏的问题,其固碳容量极为有限。一般来讲，较为理想的CO现质封存箱（封存储层）应该是物理机制和化学机制共同作用的环境,这样有利于最大限度发挥其封存和固碳容量。为确保CO流体长期安全封存于地层,就需要寻求适宜的储层条件。理想的CO册质封存箱所需要的条件主要有1-2:（1）有效的储层空间:储层埋藏深度一般应大于?800m?,此时地层压才能确保CO2处于超临界状态，便于大量CO流体安全封存;储层一般应具备较
5、大厚度、水平延展长度及较大孔隙度,以确保具备大规模封存CO2的空间和能力。此外，储层的水文动力环境应较稳定,区域渗透率一般要较低一些,以保证CO2在储层中缓慢、平稳的运移,确保超临界CO端体在地层中有足够长的滞留时间。若储层中含有能与超临界CO流体发生化学反应的地下水溶液或岩石矿物,且具有高孔隙度、低渗透率的特征,则是较为理想的储层。崔振东等：中国CO2地质封存与可持续发展中国人口•资源与环境2010年第3期（2）致密、完整的盖层岩石:目标封存箱必须具备致密、完整的区域性盖层岩石圈闭,盖层岩石应具备较低的孔隙率和渗透率,节理、裂隙等结构面不发育且连通状况差。另外,盖层岩石应具备较好
6、的抗压、抗拉、抗剪强度及抗断裂性能（以岩石断裂韧度为指标）。这样才能降低CO端体透过盖层岩石泄漏的风险。（3） 稳定的水文地质环境:所选封存区域降水补给与径流、排泄应达到动态均衡,具备稳定的区域性含水层和隔水层（或弱透水层）,含水层的孔隙水压力较平衡（水头差不明显）,地表水与深部含水层地下水之间的渗流体系较连续,而且地下水的流速、流向与盖层岩石一般应有利于构成完整的封闭系统。此外,深部目标封存箱含水层与浅部淡水（人类饮用）含水层之间的水力联系应较少,以防止污染到浅部淡水含水层,最好封存于地下咸水含水层（矿化度较高）（4） 稳定的区域构造地质背景和内、外动力环境:一般来讲,目标“封存箱”所处地层
7、的区域构造活动应该较少,断层、裂缝不发育或发育较少,所选封存储层应尽量远离大的穿透性断裂构造、活动断层、活火山及破坏性地震频发区;地表的地貌应处于低势能区,降雨和人类工程活动诱发的滑坡、泥石流等灾害不应过多,因为这些外动力因素可能导致地表井口密封设备的失效而使CO2世漏。综上所述,目前比较适合实施CO现质封存的地下空间主要有:油藏储层和废弃的油气层、无开采价值的深部煤层（包括煤层气和未开采的煤层）中大的空洞、开采过的大洞穴、盐丘、深部咸水含水层等3-4。2中国CO现质封存潜力和可行性4.1 中国CO现质封存潜力判别CO2M质封存技术在我国是否可行,首要任务就是要进行我国CO21质封存潜力评估,
8、其主要指标是地质“封存箱”的有效存储容量。只有存在足够大存储容量的地质“封存箱”,才是进一步讨论地质封存技术可行性和经济可行性的前提。根据沉积盆地和层序地层学研究成果,中国主要大型盆地分布广、容积大,沉积了多层组合的沉积体系和层序地层格架,层与层之间的相对隔水层或弱透水层构成相对较好的密封CO2的条件5。这些沉积盆地蕴藏着我国绝大多数已探明的煤、石油、天然气等化石能源,表明这些盆地是地质历史时期自然形成的优势存储空间,具备良好的储层和盖层体系,且存储空间容量较为可观，应该成为CO现质封存箱的优先选择区域。根据国外学者提供的CO现质储存的容量计算方法6-7,我国学者对我国主要的潜在地质“封存箱”
9、（油气藏、煤层、深部咸水层等）的CO2存储容量进行了初步估算。估算结果表明3-4,8-9:我国CO现质封存总、容量为14548亿t。其中,24个主要沉积盆地深部咸水层可埋存CO2勺14350亿t,46个含油气盆地可埋存CO必78亿t,68个主要煤层区可埋存CO期120亿to按2002年中国CO2总排放量为33亿t的1/3计算，地下空间容量可供中国CO现质埋存使用1000年以上4o除此之外,我国还存在大量的盐岩空腔、砂岩透镜体构造等地下空间都存在较大的存储潜力。当然，由于目前CO2M质封存容量评估方法研究刚刚起步,估算过程中简化和忽略了某些因素,估算公式尚需要进一步完善再加上地质勘查工作的局限，
10、估算出的CO甜存容量难免有较大误差。但估算结果大体表明我国现有的地质状况具备大规模封存CO2的潜力。4.2 中国CO现质封存的可行性CO洲质封存的可行性评彳t是一个系统工程,涉及到一个国家的综合国力和和社会发展水平。除了探明具备大存储容量的储层和良好的“封存箱”储层-盖层系统外,还应主要从科学技术能力、人才储备、经济成本及效益预算、相关管理和运营体制、相关法律法规等方面进行评估。在CO洲质封存技术方面,发达国家已有十几年的研究历史和实践经验,很多国家如美国、欧洲、澳大利亚和日本等都开展了相关的可行性研究及现场封存试验、监测工作10-13。国际上已有的相关研究成果使我国的CO2M质封存理论和技术
11、研究具备了很高的研究起点和很强的前沿性。近年来,在国家政策的大力支持下,我国在CO2地质封存技术方面的研究工作已经起步已经设立了“863”和“973”等相关课题进行专门的CO2M存地质学理论和技术可行性研究,并很快将进行CO2M质封存的现场注入试验,这表明我国CO现质封存具备了政策和资金保障。相关科研院所（中国科学院、中国地质科学院等）、高校（中国石油大学等）及煤炭类（神华集团等）、石油类（中国石油、中国石化）等大型国企都已积极参与到这一前沿领域,为我国CO册质封存理论、技术研究和应用提供了充足的资金、人才和科技保障。此外,我国各大油气田在油气工业的发展过程中,积累了很多技术（勘探、储层描述、
12、模拟、容量评估、钻采与注水、地层监测、管道设备等）、运行管理经验以及关于储层-盖层系统的知识,这些都可以直接应用于CO甜存工程的封存点鉴别和选址。从经济分析角度来讲,我国具备人力资源优势,劳动力成本较低,在我国油气田和煤田实施CO2-EOR（CO2替采油）、CO2-EGR（CO驱替采天然气）及CO2-ECBM（CO2替采煤层气）等项目有较大的利润空间，配套的CO2甫集、运输设备也有很好的基础，并在逐渐完善这些都能降低我国CCS碳捕集与封存)计划的成本。从政治体制来看,我国在国际上是一个负责任的大国,各项政策具有高度的集中性和导向性,有集中力量(人力、财力、物力)办大事的体制优势,这有利于我国迅
13、速组织较大规模的CO2M质封存研究和技术攻关队伍与相关项目，为我国CO现质封存事业提供强大的支撑。综上所述,我国CO现质封存是切实可行的,各方面的条件有利于有效减少我国CO2非放量，使我国早日实现低碳经济和循环经济的可持续发展模式。3中国CO现质封存与可持续发展3.1 CO2等温室气体可能引发的气候和环境灾害国内外许多学者已经对以二氧化碳为主的温室气体排放和全球气候变暖可能带来的严重后果进行了科学预测和论证。可能引起的环境气候灾害归纳起来主要有1,14:(1) 全球变暖将改变海陆水汽交换和循环过程,进而导致全球降水量呈现出区域分布不均的规律,使我国局部地区水量过多而引发洪涝、滑坡、泥石流等灾害
14、,而局部缺水地区干旱状况会加剧。(2) 季节气候变化和天气出现异常,如气温变化、灾害天气和季节更替等出现异常。(3) 冰川继续消融,冰盖面积和厚度逐步萎缩,影响极地及海-陆系统的生态环境,导致某些生物物种的灭绝。据科学网报道,全世界一些冰川正在消融,而全球变暖加剧了这一趋势。例如,在美国蒙大拿州冰川国家公园,1850年时有150座冰川,而如今只有26座冰川。专家估计,如果当前的全球变暖趋势延续下去,仅存的26座冰川将会在2030年时全部消失。(4) 全球海平面不均匀上升,沿海海拔较低区域、三角洲及岛屿将面临沉降和被海水淹没的风险,沿海的相关产业链及原有的经济和生活方式将随之改变。美国科罗拉多大
15、学一份最新研究报告表明,全球33个人口密集的大型三角洲地区中,有三分之二正面临“地陷海升”(地面下陷、海平面上升)的双重威胁,而中国的长江三角洲、珠江三角洲及黄河三角洲将面临极为严重的洪水威胁(科学时报,2009)。(5) 气候变化导致的大规模人口迁移、灾害频发、粮食短缺、生态恶化、疾疫流行等后果将严重影响世界和平与地区社会稳定引发一系列人道主义危机。上述“全球变化”的潜在后果表明:人类活动可以导致气候变化,而气候变化又牵制了人类活动,人类必须限制自己的行动,走可持续发展道路。我国作为能源消费大国,更应积极采取措施减少向大气中排放CO2气体。5.2 中国能源消费结构与温室气体排放状况我国正处于快速发展时期,能源消费强度很高但能源消费整体上属于粗放型能源利用方式,能源消费结构不太合理。就我国近年来能源消费结构（表1）来看,中国将长期主要依赖化石燃料（特别是煤）作为能源15,这种能源消费状况易于造成能源浪费和环境污染,使我国面临严峻的环境压力。为了保持我国能源、经济和社会的可持续发展,江泽民（2008）提出走“中国特色新型能源发展道路”。其主要涵义是:“坚持节约高效、多元发展、清洁环保、科技
