示踪CO2咸水层封存地球化学响应的监测指标体系研究

This study plans to take the Guantao saline aquifer in Bohai Bay Basin as a case to establish a geochemical indicator system tracing the geochemical response of saline aquifers to the injection of CO2. By carrying out a series of CO2-water-reservoir rock/caprock experiments under conditions of various CO2 partial pressures and water/rock ratios, it is intended to explore into the mechanism of the CO2-water-rock interactions, the evolutionary pattern of the chemical and isotopic compositions of the rocks and fluids, and the impact of mineral alteration on the chemical and isotopic compositions of the fluid phases. Then, the sensitivities and precisions of the chemical and isotopic indexes of the fluids would be evaluated and the geochemical indicator system capable of tracing the mechanism of the geochemical response would be established, which can be an indispensable complement of the indicators attainable to date and having the potential to instruct the geochemical monitoring schemes refering to the saline aquifers aiming for CO2 sequestration. Thus, this study has important significance with respect to both theoretical and practical purposes.

本项目申请拟以渤海湾盆地馆陶组咸水层为研究对象，建立示踪CO2咸水层地质封存地球化学响应的监测指标体系。通过开展不同CO2分压和水岩比条件下CO2-咸水-储层/盖层岩石反应的实验研究，阐明CO2封存条件下咸水层的地球化学响应机理，并揭示不同反应条件下储层、盖层岩石、储层流体的化学和同位素组分变化规律，确定矿物蚀变对储层流体的化学和同位素组分的影响，进而评估储层流体水化学和同位素指标示踪CO2-咸水-储层/盖层岩石反应的灵敏度和精度，构建CO2深部咸水层封存条件下的地球化学监测指标体系，对当前的指标体系进行必要补充，并为指导咸水层封存场地的地球化学监测提供依据。本项目的研究具有重要的理论和实践意义。

地球化学监测是评估咸水层对注入CO2地球化学响应的直接手段，可为咸水层对注入CO2的地球化学响应机理研究提供了良好约束。目前关于示踪CO2咸水层封存地球化学响应监测指标方面研究对不同CO2分压和水岩比条件下CO2–咸水–储层/盖层岩石反应中流体地球化学组分变化规律的认识不够全面系统，且缺少对CO2–咸水–储层/盖层岩石反应体系中13C和18O同位素组成变化机理及对流体同位素组成影响的研究。.本项目以渤海湾盆地馆陶组咸水层为研究对象，构建了示踪CO2咸水层地质封存地球化学响应的监测指标体系。主要开展了如下工作：1）开展了不同水岩比和CO2分压条件下CO2-咸水-储层/盖层岩石反应实验，探讨了反应机理。在馆陶组砂岩咸水层CO2-水-岩反应中，主要发生的反应为钾长石、钠长石等长石矿物的溶解，及高岭石、石英、钠云母、斜绿泥石等沉淀。粘土矿物反应主要表现为蒙脱石伊利石化，高岭石含量显著增加，伊利石含量变化较小；在CO2-咸水-盖层岩石反应中，主要反应为长石、蒙脱石和伊利石溶解，及高岭石、石英、白云母、菱镁矿、方解石等沉淀；2）揭示了不同反应条件下储层、盖层岩石、储层流体的水化学和同位素组分变化规律。在CO2-水-岩反应中，水岩比和CO2分压对于反应进程具有重要影响，反应中发生溶解和沉淀的矿物及反应进行程度存在差异，水化学指标也发生相应变化。在相同水岩比条件下，反应后溶液中Mg、Ca、K、Na等阳离子的浓度随着反应中CO2分压的增加而增大；而在相同分压条件下，阳离子的浓度总体上随着反应中水岩比的增加而减小。pH值出现1~2个单位的显著下降，阴离子中HCO3-发生显著增加。3）评估了储层流体水化学和同位素指标示踪CO2-咸水-储层/盖层岩石反应的灵敏度，建立了示踪CO2咸水层地质封存地球化学响应的监测指标体系，包括水化学常量组分、微量组分和同位素组分。.本次研究结果可对当前的指标体系进行必要补充，并为指导咸水层封存场地的地球化学监测提供依据。