新疆准噶尔盆地四棵树凹陷CO2地质封存潜力评估∗

王新奥，师庆三,2†，巴合提亚尔·艾尼瓦尔

(1.新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830017；2.新疆阿勒泰地区生态环境局，新疆 阿勒泰 836500)

0 引言

随着社会工业化进程的加快，CO2排放量不断增加，仅新疆平均每年就有约6.227 9×108t 的CO2排放[1]，生态环境承担着巨大的压力，所以CO2在地质上的应用也越来越受到人们的重视.CO2地质封存技术不但大大提高了CO2利用的效率，还降低了原有驱油方式的成本，这也使得国内越来越多的学者开展CO2地质封存潜力评估研究.“十四五”规划中，我国庄严承诺CO2排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和.根据我国现阶段对化石能源的过分依赖和对清洁能源、可再生能源的发展需要，可以预见，CCUS技术对于碳中和的实现以及油气开采技术的重大突破起着重要作用.

新疆准噶尔盆地是我国西部地区重要的沉积盆地和油气资源基地之一，在其周边有着良好的CO2气源，这对于CO2地质封存的研究和评估有着相当大的潜力[2].准噶尔盆地位于中亚造山带，构造发育较复杂，所以可依据其构造特征分为多个构造单元.目前，对于CO2地质封存潜力评估的研究都偏重于整个地区或大的构造盆地[1,3]，更小尺度的构造单元研究未见，本文针对准噶尔盆地西南端的二级构造单元-四棵树凹陷，进行CO2地质封存潜力评估.通过对四棵树凹陷范围内的各项指标参数的分析评估，得出四棵树凹陷地区的CO2地质封存潜力，最后计算出CO2封存量的理论值.

1 准噶尔四棵树凹陷地区地质环境背景

准噶尔盆地是我国第二大盆地，位于中国新疆境内，面积约为13 000 km2.根据地质资料综合分析表明，准噶尔盆地为双基底构造：下部为前寒武纪结晶基底，上部为晚海西期（泥盆-早中石炭世）的褶皱基底，沉积岩总厚度约为15 km，其中的侏罗系地层分布最为广泛[3].由于准噶尔盆地内的二叠系构造以及后期地质活动的改造，可将准噶尔盆地划分为东部隆起、西部隆起、陆梁隆起、中央坳陷、北天山山前冲断带和乌伦古坳陷6个一级构造单元，并且还可再划分为44个二级构造单元（图1）[4].

图1 准噶尔盆地构造地质单元分布

四棵树凹陷位于准噶尔盆地西南段，隶属北天山山前冲断带，东邻昌吉凹陷，并且西南边以依林黑比尔根山为界，北部邻车排子凸起，和红车断裂带有所接壤，其凹陷处于北天山构造带和西准噶尔构造带交汇处（图2）[5]；四棵树凹陷地层主要是形成于印支–燕山中期较厚的三叠纪和侏罗纪的沉积地层，其主体走向为北西西–南东东.不论从构造变形的运动学机制，还是从构造变形时间分析，都表明四棵树凹陷经历多期构造叠加改造，这使得四棵树凹陷相较于准噶尔盆地周缘其它地区，它的变形历史、构造展布、断裂走向和圈闭形态都更为复杂[5−6].

图2 四棵树凹陷构造纲要

2 四棵树凹陷地区地质封存潜力评估

通过对四棵树凹陷地区进行相关数据的搜集和整理，收集到其区域评价指标，包括盆地特征指标、安全性指标；圈闭评价指标包括盖层指标、储层指标等；油藏适宜性指标包括流体指标、油气藏物性指标等；气源及环境指标包括气源指标、交通指标、环境指标等（表1）.

表1 四棵树凹陷数据指标

由于CO2地质封存评价中所涉及到的因素较多、指标较多，且有些指标只能进行定性描述、难以量化，所以选择模糊综合评价法来解决这些问题[9].对这些指标的重要性进行估算评价从而确定其权重并建立评价模型体系.由于现阶段对四棵树凹陷探明的不完全性，仍有小部分区域地层的数据未知，本研究只对已探明区域的已知数据进行评估.

根据中国地质调查局之前发布的《中国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程实施技术要求》，对每项指标赋值9、7、5、3、1，其所对应评价集定义为｛极适宜、比较适宜、一般性适宜、不适宜和极不适宜｝，从中得到每项评估指标的评估分值，其后再依据所制定的评价标准并应用加权平均法计算出该区域CO2地质储存适宜性综合评分值[10].加权平均法公式：

式中：p为评价单元的综合评分值，n为评价因子的总数，Pi为第i个评价指标的给定指数，Ai为第i个评价指标的权重.

3 四棵树凹陷地质潜力评价结果

3.1 地质封存适应性评价

根据《中国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程实施技术要求》，对各指标参数采用加权平均法计算CO2地质储存适宜性综合评分值.准噶尔盆地四棵树凹陷地质封存适宜性评价体系及计算结果见表2.计算可得准噶尔盆地四棵树凹陷的CO2适应性地质封存综合评价值为6.379，准噶尔盆地四棵树凹陷CO2地质封存综合适宜性评价结果为一般性适宜.

表2 CO2地质封存适宜性评价体系及赋值

续表2

3.2 四棵树凹陷CO2技术封存理论储量结果

3.2.1 理论封存储量计算方法

目前，油气藏中的CO2理论储量值主要依据物质平衡方程计算得到的，其假设条件为原油气藏空间全部用于CO2的贮藏.本文根据盆地一级构造圈闭的划分计算四棵树凹陷整个构造圈闭的CO2储存量值[11].通过国内外相关文献前期研究，做出如下假设：考虑到凹陷内的地层发育延展、地质构造断裂、矿产开发以及缺少详细的地质数据资料等，很难详细地计算出凹陷储层的平面展布情况，所以在计算CO2地质理论封存储量过程中，取储层单元总面积的1%[12]；凹陷储层的孔隙度资料由于不能详细得知，孔隙度取20%（经验值）[13].由于区域构造的复杂性和油气开采进度等因素，在计算过程中仅对已知范围内数据进行计算.

CO2在构造圈闭之中理论储存值的计算应是在详细探知的圈闭构造或其圈闭指标详知条件下进行的，所以在此假设其构造圈闭的油气藏空间全部用来进行CO2的封存，不考虑圈闭内复杂构造和残留油气以及层间水等因素的影响.利用圈闭构造的数据、构造空间延展参数及CO2注入地层时的密度等数据，并依据储存效率基数，利用如下公式进行储量计算：

式中：Vtrap为整个构造或地层圈闭的有效体积，m3；hst为储存效率，代表地质体中可被CO2充填孔隙的空间百分比，一般取经验值0.2；Φaverage为储层岩石的平均孔隙度；Haverage为储层圈闭的平均厚度，m；A为构造或地层圈闭的平面分布面积，m2；ρCO2为储层圈闭中CO2的密度，kg/m3；MCO2S为CO2在构造地层圈闭中的理论储存值，kg.

本次计算由于数据的局限性和资料的不完整性，在不考虑注入及采出水的问题下，参数的选取是在已知的大量数据资料基础上取平均值所得.对于一些未知或油气藏未探明的数据资料在此不做讨论.

3.2.2 理论封存储量结果

由查询到的数据可知，面积延展为0.18×104km2[5]，累计平均厚度为240 m，平均孔隙度为0.125，CO2的平均密度为860 kg/m3[3].

运用公式（2）对四棵树凹陷区域的CO2地质封存潜力进行计算，可得CO2在四棵树凹陷油气藏中的理论地质封存量为92.88×108t.

4 讨论与结论

4.1 讨论

研究发现，凹陷盆地的区域特征条件和圈闭条件尤其是圈闭条件对于CO2地质封存潜力起着决定性作用.盖层指标和储层指标对于CO2的注入和封存作用息息相关.油气藏物性总体而言对于封存能力影响较小，所占权重比不大.气源及环境指标所占权重比不高，但也是封存条件评估中必不可少的影响因素.

由于所用数据只是已探明情况下的数据，所计算出的CO2理论封存量只是现阶段下的保守理论封存量.随着进一步勘探的进行，CO2的理论封存量会进一步加大.

4.2 结论

（1）运用文章中的评价方法可对四棵树凹陷区域进行CO2地质封存潜力评价.并且此评价体系也可推广应用至更多盆地凹陷相关研究.

（2）四棵树凹陷在评价体系中所得评分为6.379，适应进行CO2地质封存，实施效果一般适宜.

（3）四棵树凹陷区域地质封存潜力非常巨大，理论上现阶段CO2封存量为92.88×108t，随着对四棵树凹陷的继续探明，CO2的地质封存量定会加大.