东海陆架盆地CO<sub>2</sub>地质封存适宜性评价

可行; 陈建文; 龚建明; 杨传胜; 杨长清; 谢明英; 王建强; 袁勇

doi:10.16028/j.1009-2722.2022.156

东海陆架盆地CO₂地质封存适宜性评价

1.
山东科技大学地球科学与工程学院，青岛 266590

2.
中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛 266237

3.
崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，青岛 266237

4.
河海大学海洋学院，南京 210024

5.
中海石油（中国）有限公司深圳分公司，深圳 518000

基金项目: 崂山实验室项目“中国海域重点盆地发育时空差异及其深部过程”（LSKJ202203401），“海域强屏层下与崎岖海底深层地震采集技术”（LSKJ202203404）；国家自然科学基金“二连盆地下白垩统富火山组分的咸水湖相烃源岩地质地球化学特征及其有机质富集机制”（42102188），“南黄海CSDP-2井二叠系砂岩储层致密化过程及其对油气充注事件的响应”（42206234）；山东省自然科学基金“南黄海盆地崂山隆起上二叠统特低渗砂岩致密层储层表征研究”（ZR2020QD038）；中国地质调查局项目“渤海等海域新生界油气地质条件与碳封存选区”（DD20230401），“我国东部海域及北印度洋等重点海域油气资源调查评价”（DD20221723），“南黄海油气资源调查”（DD20160152），“崂山隆起构造沉积条件地质调查”（DD20190818）

详细信息

作者简介: 可行（1995—），男，在读硕士，主要从事地球化学方面的研究工作. E-mail： 1132720355@qq.com

通讯作者: 陈建文（1965—），男，博士，研究员，主要从事海洋油气资源调查评价及碳封存方面的研究工作. E-mail： jwchen2012@126.com

中图分类号: P744.4；P618.13

收稿日期: 2022-05-16

录用日期: 2023-03-21

刊出日期: 2023-07-28

Suitability evaluation of CO₂ sequestration in the East China Sea Shelf Basin

1.
School of Earth Sciences and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China

2.
Laboratory for Marine Mineral Resources, Laoshan Laboratory, Qingdao 266237, China

3.
Qingdao Institute of Marine Geology, China Geological Survey, Qingdao 266237, China

4.
College of Oceanography, Hohai University, Nanjing 210024, China

5.
Shenzhen Branch of CNOOC(China) Ltd., Shenzhen 518000, China

More Information

Corresponding author: CHEN Jianwen, jwchen2012@126.com

Received Date: 16 May 2022

Accepted Date: 21 March 2023

Publish Date: 28 July 2023

摘要

摘要:
温室气体过量排放引起了明显的全球气候变化及诸多次生灾害，CO₂捕集与地质封存技术应运而生。中国东海沿岸CO₂排放源众多，但陆上盆地面积狭小，无法满足巨量CO₂封存的需求。根据相关学者做出的中国全海域级碳封存适宜性评价，东海陆架盆地在中国近海盆地中碳封存适宜性排名第3，面积宽广且封闭性好，因此，在此基础上对东海陆架盆地开展了盆地级碳封存适宜性评价。结合专家意见和相关学者研究成果，利用模糊综合评价法和层级分析法确立了适宜性评价指标体系及指标权重，再根据盆地内各二级构造单元的相关地质资料，按照评价指标分级赋分表对各单元的每个评价指标进行评分，结合权重计算出综合适宜性评分。综合考虑碳封存容量、封闭性及可操作性的评价结果认为，台北坳陷为盆地中碳封存综合适宜性最好的单元，可作为优先实验性封存区。
- 东海陆架盆地 /
- 海域碳封存 /
- 适宜性评价 /
- 台北坳陷
Abstract:
Excessive greenhouse gas emissions have caused obvious global climate change and many secondary disasters. CO₂ capture and sequestration technology came into being. There are many CO₂ emission sources along the coast of the East China Sea, but the land basin area is small, which cannot meet the needs of huge amount of CO₂ storage. The continental shelf basin of the East China Sea ranks the third in the suitability of carbon sequestration in China's offshore basins, with a wide area and good sealing. On this basis, the suitability of basin level carbon sequestration in the East China Sea Shelf Basin was evaluated. Combined with expert opinions and available research results in analytic hierarchy. According to the relevant geological data of each secondary structural unit in the basin, the suitability evaluation index system and index weight were established by using fuzzy comprehensive evaluation, in which each evaluation index of each unit is scored according to the evaluation index grading, and the comprehensive suitability score is calculated by combining the weight. After comprehensively considering the carbon storage capacity, sealing, and operability, the evaluation results show that the carbon storage suitability is better in the eastern depression than that in the western depression, and the central uplift is the poorest. Among them, the Taipei Depression is the best unit in comprehensive suitability of carbon storage in the basin, which can be used as a priority experimental storage area.
- East China Sea shelf Basin /
- carbon sequestration in sea area /
- suitability evaluation /
- Taipei Depression

HTML全文

图 1 碳封存潜力递阶评价模型

Figure 1.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 东海沿岸陆上盆地及火电厂位置

Figure 2.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 东海陆架盆地构造单元划分

Figure 3.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 CO₂地质封存适宜性评价指标体系

Figure 4.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 东海陆架盆地CO₂地质封存适宜性评价等级

Figure 5.

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 中国近海盆地海底碳封存适宜性

Table 1. The suitability of seafloor carbon sequestration in offshore basins of China

盆地名称	盆地适宜性（权重0.533）	封存容量（权重0.206）	泄露风险（权重0.156）	运输距离（权重0.105）	综合评分
渤海盆地	2	2	1	3	1.949
北黄海盆地	2	1	3	3	2.055
南黄海盆地	3	2	3	2	2.689
东海陆架盆地	3	4	3	2	3.101
台西盆地	1	1	2	2	1.261
台西南盆地	2	2	3	2	2.156
珠江口盆地	4	3	3	2	3.428
北部湾盆地	2	1	2	3	1.899
琼东南盆地	1	1	2	1	1.156
南海中南部诸盆地	3	5	3	1	3.202
注：据文献[28]修改。

下载: 导出CSV

表 2 东海沿岸地区火电、水泥和钢铁行业CO₂排放量

Table 2. The variation trend of CO₂ emissions from thermal power, cement, and steel industries in coastal areas of the East China Sea

沿岸城市	CO₂排放量/10⁶ t
沿岸城市	2005年	2015年	2025年（按增长率预测）
上海	98.894	249.60	629.94
浙江	166.226	419.53	1058.84
福建	45.954	115.98	292.72
广东	146.084	368.70	930.54
注：据文献[28]修改。

下载: 导出CSV

表 3 东海陆架盆地构造单元

Table 3. The tectonic units of the East China Sea Shelf Basin

一级构造单元	二级构造单元		三级构造单元
东海陆架盆地	西部坳陷带	长江坳陷	昆山凹陷
			金山凹陷
			常熟凸起
		台北坳陷	钱塘凹陷-钱塘凸起
			椒江凹陷
			丽水凹陷
			灵峰凹陷
			雁荡凸起
			福州凹陷
		彭佳屿坳陷
	中部隆起带	虎皮礁隆起
		海礁隆起
		渔山隆起	渔山东隆起
		渔山隆起	渔山南低凸起
		福州隆起
	东部坳陷带	浙东坳陷	福江凹陷
			西湖凹陷
			钓北凹陷
注：据文献[31-32]修改。

下载: 导出CSV

表 4 东海陆架盆地沉积地层及储盖层

Table 4. Sedimentary strata and reservoir cap rocks in the East China Sea Shelf Basin

　　注：据文献[30]修改。

下载: 导出CSV

表 5 盆地级CO₂海域地质封存适宜性评价筛选指标

Table 5. The selection index of geological storage suitability evaluation of basin level CO₂ in sea area

指标类型	指标	不可行	可行
决定性指标	沉积厚度	<1 000 m	>1 000 m，储集体>800 m
	坳陷或隆起面积	<250 km²	>250 km²
	压力状态	超压	中压或低压
	构造背景	俯冲带/走滑拉分盆地	前陆盆地/克拉通
	断裂密度	密集	中等或稀疏
	储盖组合	差、不连续、被切割	中等或良好，多套组合
	地震活动性	强	中或弱

下载: 导出CSV

表 6 评价指标分级赋分表^[48-50]

Table 6. The grading table of the evaluation indicators^[48-50]

一级指标		二级指标		等级
一级指标		二级指标		不适宜	较不适宜	一般适宜	较适宜	适宜
CO₂封存适宜性	封存容量（权重0.43）	坳陷面积/ 10⁴km²	描述	小	中	大	巨大
		坳陷面积/ 10⁴km²	分值	1	3	5	9
		地温状态（地热流值q，mW/km²；地温梯度g，℃/m；地表温度t，℃）	描述	热	次热	中等	次冷	冷
				q＞85	75＜q＜85	65＜q＜75	54.5＜q＜65	q＜54.5
				g＞5	4＜g＜5	3＜g＜4	2＜g＜3	g＜2
				t＞25	10＜t＜25	3＜t＜10	—2＜t＜3	t＜—2
			分值	1	3	5	9	13
		油气资源潜力	描述	无	小	中等	大	巨大
		油气资源潜力	分值	1	3	7	13	21
	封闭性（权重0.43）	构造稳定性	描述	海洋聚敛边界	聚敛型山间盆地	离散大陆架	离散型前陆盆地	离散型克拉通
		构造稳定性	分值	1	3	7	15	15
		储盖组合	描述	缺乏	较少	中等	较多	丰富
		储盖组合	分值	1	3	7	15	21
		断裂密集度/(km/km²)	描述	密集（＞0.5）	较密集（0.4～0.5）	中等（0.3～0.4）	较稀少（0.2～0.3）	稀少（＜0.2）
		断裂密集度/(km/km²)	分值	1	3	7	15	21
		超压系统	描述	较多且靠近碳储层	较少且靠近碳储层	较多但远离碳储层	较少且远离碳储层	无
		超压系统	分值	1	3	7	15	21
	可操作性（权重0.14）	水体深度/m	描述	极深（＞200）	较深（150～200）	中等（100～150）	较浅（50～100）	很浅（＜50）
		水体深度/m	分值	1	3	7	15	21
		勘探开发程度	描述	未勘探	已勘探	开发中	较成熟	高成熟
		勘探开发程度	分值	1	2	4	8	10
		基础条件	描述	无	较少	中等	大规模
		基础条件	分值	1	3	7	10
		离岸距离/km	描述	很近（50～100）	近（100～150）	中等（150～200）	远（200～250）	很远（250～350）
		离岸距离/km	分值	1	2	4	8	10

下载: 导出CSV

表 7 东海陆架盆地各评价单元碳封存适宜性评价指标赋分

Table 7. Evaluation indicators of carbon sequestration suitability of each evaluation unit in the East China Sea Shelf Basin

评价单元	封存容量相关指标			封闭性相关指标				可操作性相关指标
评价单元	坳陷面积	地温状态	油气资源潜力	构造稳定性	储盖组合	断裂密集度	超压系统	水体深度	勘探开发程度	基础条件	离岸距离
长江坳陷	0.46	0.92	0.95	0.92	0.81	0.94	1	0.8	0.92	0.95	1
台北坳陷	0.95	0.98	1	0.95	0.95	1	0.95	0.8	1	1	0.92
彭佳屿坳陷	0.28	0.95	0.86	0.95	0.81	0.88	1	0.85	0.86	0.95	0.85
虎皮礁隆起	0.31	0.61	0.78	0.72	0.67	0.75	1	1	0.75	0.54	0.95
海礁隆起	0.45	0.72	0.78	0.75	0.67	0.75	1	1	0.73	0.63	0.95
渔山隆起	0.29	0.68	0.78	0.70	0.67	0.75	1	1	0.78	0.65	0.85
福州隆起	0.25	0.65	0.78	0.69	0.67	0.75	1	1	0.73	0.76	0.8
福江凹陷	0.72	0.95	0.85	0.97	0.95	0.86	1	0.75	0.95	0.85	0.72
西湖凹陷	1	0.95	0.92	1	1	1	0.85	0.75	1	0.98	0.51
钓北凹陷	0.69	1	0.85	0.97	0.95	0.92	1	0.75	0.95	0.85	0.48

下载: 导出CSV

表 8 东海陆架盆地CO₂地质封存适宜性评价指标权重

Table 8. Index weight of CO₂ sequestration suitability evaluation in the East China Sea Shelf Basin

	一级指标	二级指标	相对权重	真实权重
CO₂封存适宜性	封存容量（0.43）	坳陷面积	0.41	0.1763
		地温状态	0.41	0.1763
		油气资源潜力	0.18	0.0774
	封闭性（0.43）	构造稳定性	0.22	0.0946
		储盖组合	0.26	0.1118
		断裂密集度	0.26	0.1118
		超压系统	0.26	0.1118
	可操作性（0.14）	水体深度	0.25	0.035
		勘探开发程度	0.25	0.035
		基础条件	0.25	0.035
		离岸距离	0.25	0.035

下载: 导出CSV

表 9 各评价单元适宜性评分

Table 9. Suitability score of each evaluation unit

评价单元	封存容量	封闭性	可操作性	综合适宜性
台北坳陷	0.971	0.963	0.930	0.962
西湖凹陷	0.965	0.961	0.810	0.942
钓北凹陷	0.846	0.960	0.758	0.882
福江凹陷	0.838	0.944	0.818	0.881
长江坳陷	0.737	0.917	0.918	0.840
彭佳屿坳陷	0.659	0.908	0.878	0.797
海礁隆起	0.620	0.794	0.828	0.724
渔山隆起	0.538	0.783	0.820	0.683
虎皮礁隆起	0.518	0.788	0.810	0.675
福州隆起	0.509	0.781	0.823	0.670

下载: 导出CSV

表 10 适宜性评价结果分级

Table 10. Classification of the suitability evaluation results

适宜性等级	封存容量	封闭性	可操作性	综合适宜性
不适宜	＜0.602	＜0.817	＜0.792	＜0.728
较不适宜	0.602～0.694	0.817～0.854	0.792～0.827	0.728～0.787
一般适宜	0.694～0.787	0.854～0.890	0.827～0.861	0.787～0.845
较适宜	0.787～0.879	0.890～0.927	0.861～0.896	0.845～0.904
适宜	＞0.879	＞0.927	＞0.896	＞0.904

下载: 导出CSV

参考文献(50)

[1]	焦丽杰. 我国的碳排放现状和实现“双碳”目标的挑战[J]. 中国总会计师,2021(6):38-39.
[2]	中华人民共和国国务院新闻办公室. 中国应对气候变化的政策与行动（2011）[EB/OL]. （2011-11-22）[2022-04-28]. http://www.gov.cn/jrzg/2011-11/22/content_2000047.htm.
[3]	卞相珊. 从国际气候谈判看中国低碳经济转型[J]. 政法论丛,2011(3):19-25. doi: 10.3969/j.issn.1002-6274.2011.03.003
[4]	李波. 应对气候变化的有效途径:二氧化碳捕集与封存[J]. 中国人口·资源与环境,2011,21(S1):517-520.
[5]	Carbon capture journal Group. The global status of CCS 2014[J]. Carbon Capture Journal,2015(43):6-8.
[6]	HOLLOWAY S. An overview of the underground disposal of carbon dioxide[J]. Energy Conversion and Management,1997,38(S1):193-198.
[7]	ORR F M. Storage of carbon dioxide in geologic formations[J]. Journal of Petroleum Technology,2004,56(9):90-97. doi: 10.2118/88842-JPT
[8]	PECKHAM J. Global CCS institute:EU falling behind on carbon capture and storage[J]. Gasification News,2014,17(4):13-14.
[9]	杨红,赵习森,康宇龙,等. 鄂尔多斯盆地CO₂地质封存适宜性与潜力评价[J]. 气候变化研究进展,2019,15(1):95-102.
[10]	张冰,梁凯强,王维波,等. 鄂尔多斯盆地深部咸水层CO₂有效地质封存潜力评价[J]. 非常规油气,2019,6(3):15-20. doi: 10.3969/j.issn.2095-8471.2019.03.003
[11]	何佳林,师庆三,董海海,等. 新疆准东油田各区块CO2地质封存潜力评估[J]. 新疆大学学报(自然科学版),2018,35(4):528-531.
[12]	李玮,师庆三,董海海,等. 低渗透油藏二氧化碳混相驱注采方式研究:以克拉玛依油田X区克下组低渗透油藏为例[J]. 中国地质,2022,49(2):485-495.
[13]	汪传胜,田蓉,季峻峰,等. 苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探[J]. 高校地质学报,2012,18(2):225-231. doi: 10.3969/j.issn.1006-7493.2012.02.004
[14]	孙亮,陈文颖. 中国陆上油藏CO₂封存潜力评估[J]. 中国人口·资源与环境,2012,22(6):76-81. doi: 10.3969/j.issn.1002-2104.2012.06.013
[15]	张贤,李阳,马乔,等. 中国碳捕集利用与封存技术发展研究[J]. 中国工程科学,2021,23(6):70-80.
[16]	郭建强,张森琦. 深部咸水层CO₂地质储存工程场地选址技术方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2011,41(4):1084-1091.
[17]	贾小丰,张杨,张徽,等. 中国二氧化碳地质储存目标靶区筛选技术方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2014,44(4):1314-1326.
[18]	刘桂臻,李琦. 气候变化背景下二氧化碳地质封存的盆地级选址评价方法[J]. 气候变化研究快报,2014,3(1):13-19.
[19]	MICHAEL K,ARNOT M,COOK P,et al. CO₂ storage in saline aquifers I-Current state of scientific knowledge[J]. Energy Procedia,2009,1:3197-3204. doi: 10.1016/j.egypro.2009.02.103
[20]	GRATALOUP S,BONIJOLY D,BROSSE E,et al. A site selection methodology for CO₂ underground storage in deep saline aquifers:case of the Paris Basin[J]. Energy Procedia,2009,1:2929-2936. doi: 10.1016/j.egypro.2009.02.068
[21]	KOVSCEK A R. Screening criteria for CO₂ storage in oil reservoirs[J]. Petroleum Science and Technology,2002,20(7/8):841-866.
[22]	MYER L R , BENSON S M , BYRER C , et al. The GEO-SEQ project: a status report[C]. Greenhouse Gas Control Technologies 6th International Conference, 2003: 1625-1628.
[23]	刘廷,马鑫,刁玉杰,等. 国内外CO₂地质封存潜力评价方法研究现状[J]. 中国地质调查,2021,8(4):101-108.
[24]	张森琦, 郭建强. 中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价[M]. 北京: 地质出版社, 2011.
[25]	WEI N,LI X C,WANG Y,et al. A preliminary sub-basin scale evaluation framework of site suitability for onshore aquifer-based CO₂ storage in China[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control,2013(12):231-246.
[26]	中国21世纪议程管理中心, 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心. 中国二氧化碳地质封存选址指南研究[M]. 北京: 地质出版社, 2012.
[27]	范基姣,贾小丰,张森琦,等. CO₂地质储存潜力与适宜性评价方法及初步评价[J]. 水文地质工程地质,2011,38(6):108-112.
[28]	霍传林. 中国近海二氧化碳海底封存潜力评估和封存区域研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2014.
[29]	周泽兴. 火电厂排放CO₂的分离回收和固定技术的研究开发现状[J]. 环境工程学报,1993(1):56-73.
[30]	匡建超,王众,霍志磊. 中国二氧化碳捕捉与封存(CCS)技术早期实施方案构建及评价研究[J]. 中外能源,2012,17(12):17-23.
[31]	张国华,张建培. 东海陆架盆地构造反转特征及成因机制探讨[J]. 地学前缘,2015,22(1):260-271.
[32]	索艳慧,李三忠,戴黎明,等. 东海陆架盆地构造单元划分与特征[J]. 海地质与第四纪地质,2010,30(6):49-58.
[33]	曾久岭, 王常青, 席敏红. 东海区域地质构造单元划分及地质结构特征[C]//第五次东海石油地质研讨会论文集. 2004.
[34]	冯晓杰,蔡东升. 东海陆架盆地中新生代构造演化对烃源岩分布的控制作用[J]. 中国海上油气(工程),2006,18(6):372-375.
[35]	冯晓杰, 蔡东升. 东海陆架盆地中新生代构造演化及其对油气分布的控制作用[C]//中国油气勘探潜力及可持续发展论文集. 第二届中国石油地质年会, 2006.
[36]	刘斌. 利用重、磁异常研究东海陆架盆地的断裂构造[D]. 西安: 长安大学, 2010.
[37]	BASAVA-REDDI L , GORECKI C , WILDGUST N . Development of storage coefficients for carbon dioxide storage in deep saline formations[C]//Second EAGE CO₂ Geological Storage Workshop 2010. 2010.
[38]	郑长远,白刚刚,师延霞,等. 西宁盆地级(D级) CO₂地质储存区域适宜性研究[J]. 青海大学学报(自然科学版),2016,34(4):1-8.
[39]	中华人民共和国能源部. 油气储层评价方法 SY/T 6285—1997[S]. 北京: 石油工业出版社, 1998.
[40]	中华人民共和国地震局. 工程场地地震安全性评价 GB 17741—2005[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.
[41]	陈建文,梁杰,张银国,等. 中国海域油气资源潜力分析与黄东海海域油气资源调查进展[J]. 海洋地质与第四纪地质,2019,39(6):1-29.
[42]	杨传胜,杨长清,李刚,等. 东海陆架盆地中—新生界油气勘探研究进展与前景分析[J]. 海洋地质与第四纪地质,2018,38(2):136-147. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2018.02.014
[43]	杨长清,韩宝富,杨艳秋,等. 东海陆架盆地中生界油气调查进展与面临的挑战[J]. 海洋地质前沿,2017,33(4):1-8. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.04001
[44]	金春爽,乔德武,须雪豪,等. 东海陆架盆地南部油气资源前景与选区[J]. 中国地质,2015,42(5):1601-1609. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2015.05.027
[45]	姜亮. 东海陆架盆地油气资源勘探现状及含油气远景[J]. 中国海上油气(地质),2003,17(1):5.
[46]	蔡乾忠. 中国海域油气地质学[M]. 北京: 海洋出版社, 2005.
[47]	姜亮, 田海芹, 马玉新, 等. 东海陆架盆地西湖凹陷含油气系统及目标评价[M]. 东营: 石油大学出版社, 2000.
[48]	BACHU S,ADAMS J J. Sequestration of CO₂ in geological media in response to climate change:capacity of deep saline aquifers to sequester CO₂ in solution[J]. Energy Conversion and Management,2003,44(20):3151-3175. doi: 10.1016/S0196-8904(03)00101-8
[49]	BACHU S,SHAW J. Evaluation of the CO₂ sequestration capacity in Alberta's oil and gas reservoirs at depletion and the effect of underlying aquifers[J]. Journal of Canadian Petroleum Technology,2003,42(9):51-61.
[50]	杨国强,苏小四,杜尚海,等. 松辽盆地CO₂地质储存适宜性评价[J]. 地球学报,2011,32(5):570-580.