Description:

"First break том 26, Январь 2008", специальная тема CO2 секвестрация. Природные аналоги и тестовые объекты для геологической хранения СО2: опыт по Latera, Italy. Natural analogues and test sites for CO2 geological sequestration: experience at Latera, Italy. Salvatore Lombardi1, Aldo Annunziatelli1, Stan E Beaubien1, Giancarlo Ciotoli1 и Monia Coltella1. Олевые и лабораторные испытания в сочетании с компьютерным моделированием - общепринятый способ изучения того, как созданные человеком геологические системы могут изменяться с течением времени. Однако с таким подходом невозможно точно представить и понять процессы, происходящие в геологическом масштабе времени и в сложных неоднородных геологических средах. Изучение природных комплексов, похожих на создаваемые человеком, может помочь получить некоторую дополнительную информацию. Обычно относимые к природным аналогам природные объекты или природные лаборатории впервые использовались и изучались в 1970х годах для лучшего понимания долгосрочной безопасности при захоронении радиоактивных отходов в глубоких геологических хранилищах. Одними из первых, кто применил естественный аналоговый принцип для СО2 геологической секвестрации, был Pearce et al. (1996), затем последовали многочисленные исследования во всем мире (см. обзоры Baines and Worden, 2004; Holloway et al., 2007; Lewicki et al., 2007; Pearce, 2006). Большинство природных аналогов хранилищ СО2 может быть разделено на две основные категории: те, которые хорошо герметизированы, и те, в которых есть утечка. Изучение моделей обоих типов может дать ценную информацию, необходимую для создания хорошо изолированных и реально безопасных геологических объектов для хранения СО2. И СО2, и природные газовые резервуары представляют примеры геологических систем, которые способны быть подземными ловушками для газа в геологическом масштабе времени. Хотя многие исследователи считают, что все резервуары в некоторой степени могут давать утечки, скорость эмиссии экстремально низкая и рассеивание часто по времени контролируется. Несомненно, существование таких резервуаров дает нам уверенность в способности геологических резервуаров изолировать СО2 в течение времени от тысяч до миллионов лет. Объекты с возможными утечками несомненно не рассматриваются как "модели" (варианты) резервуаров промышленного захоронения СО2, однако их предпочтительно использовать для изучения случаев возможной неудачи (например, "старый" выработанный резервуар газа, сильно трещиноватый), где могут быть исследованы процессы газовой миграции. Например, объекты и в море, и на берегу могут помочь установить глубинные и приповерхностные пути миграции, время миграции и реактивно затухающие процессы, данные о которых являются крайне необходимыми для разработки методик по подбору местоположения и проектированию избранных ловушек для предотвращения рассеивания (протекания). Просачивание СО2 в природную систему может быть изучено для оценки опасности и последствий возможных близповерхностных утечек, равно как и для испытания оборудования, принципов и методик мониторинга утечек. Проект NASCENT, финансируемый Евросоюзом (Pearce, 2004), явился особенно обширным исследованием природных аналогов, который рассмотрел и охарактеризовал разнообразные объекты по всей Европе. Один из таких объектов, расположенный в Центральной Италии (Latera caldera), представлял особенный интерес, и поэтому стал официальным "объектом тестирования утечек" для CO2GeoNet (EC-funded Network of Excellence on geological CO2 storage финансируемая Евросоюзом Главная сеть геологических хранилищ CO2). За последние годы присоединившиеся к проекту CO2GeoNet партнеры выезжали на объект Latera для испытания обширного ряда методик исследования, в результате создана уникальная база методов мониторинга, база данных типов и эффектов от утечек CO2. Описание и геология объекта Latera. Кальдера Latera, расположенная в 110 км к северо-западу от Рима, является овальной депрессией, вытянутой в северо-западном - юго-восточном направлении, состоящей из относительно плоской центральной сельскохозяйственной долины, окруженной покрытыми лесом холмами высотой около 100 м. Не считая нескольких холмов, образованных интрузивными телами, долина кальдеры покрыта толщей аллювия мощностью в несколько десятков метров. Глубинное геотермальное бурение в 1970 г. показало, что термо-метаморфические процессы в карбонатном резервуаре являются источником СО2 (98%) и незначительных примесей газа (N2, H2, H2S, He, CH4 и других лёгких углеводородов), которые просачиваются к поверхности. Изучение вторичных минералов, обнаруженных в погруженных центральных частях ее, показало, что район, возможно, испытал эпизод самоуплотнения, создавший покрывающий пласт над. 1 Dipartimento di Scienze della Terra, Universita di Roma La Sapienza, Piazzale Aldo Moro n.5, Roma 00185, Italy. Corresponding author: Stan Beaubien, E-mail: stanley.beaubien@uniromal.it. 2008 EAGE www.firstbreak.org Специальная тема First break том 26, Январь 2008 CO2 секвестрация. Геотермальный резервуар. Эта покрышка кое-где нарушена разломами и сетью трещин, относящихся к региональным тектоническим и локальным вулканическим структурам обрушения, и газ по этим структурам выходит на поверхность. Эта миграция газа не равномерна, а скорее направлена по каналам вдоль полос повышенной проницаемости (трубок) внутри разломных зон. Хотя СО2 просачивается вдоль этих структур, можно отметить, что существует единый изолированный резервуар и часть образовавшегося CO2 все еще "заперта" в резервуаре даже при таких неблагоприятных условиях. На глубине СО2 перемещается вдоль наполненных газом каналов или как прерывистая пузырчатая последовательность до пересечения с горизонтом грунтовых вод (на глубине 1-4 м), после чего миграция проявляется как адвекция газовой фазы или диффузия в вадозную зону. Если скорость перемещения достаточно высокая, газ выделяется из почвы в атмосферу на небольших участках, известных как газовые воронки (рис. 1), тогда как при низких скоростях существует возможность для ненасыщенной зоны скопления и малоактивной диффузной дегазации на более обширных участках. Геохимия приповерхностного и атмосферного газа. Если СО2 действительно достигает поверхности земли, единственный способ убедиться в этом и с точки зрения безопасности, и для отслеживания углеродного влияния заключается в физическом измерении его. Это может быть осуществлено именно поверхностном слое (почвенный газ), на поверхностном контакте почва-атмосфера (газовый поток), или в воздухе над землей (атмосферный мониторинг), хотя каждый метод должен быть способен различать глубинный газовый признак от естественных биогенных флуктуаций СО2. Замеры почвенного газа производились на глубине 60-80 см, где газ не так подвержен разжижению и могут быть отобраны образцы разных газов для фильтрации фоновых вариаций. Рисунок 2 Две существующие инфракрасные лазерные системы (Boreal Laser, Canada), использованные для мониторинга концентрации атмосферного СО2 над газовыми воронками; одна имеет переменную длину цепи (а), а другая с фиксированной длиной цепи (b). Фото (b) любезно предоставлено Dave Jones (BGS - Британская Геологическая Служба, Nottingham, UK). Как естественные индикаторы, подобные радону и гелию, могут охарактеризовать глубинные вклады, отношения СО2 к N2 и О2 могут помочь распознать процессы биологического дыхания, а изотопный анализ 13C CO2 может помочь отделить вклады по этим двум конечным элементам изоморфного ряда. Детальные горизонтальные профили через активные газовые воронки показали, как СО2 может латерально растекаться от основной зоны восходящего потока благодаря его большой плотности по сравнению с другими разновидностями газа, тогда как реактивные газовые разновидности, такие как H2S и CH4, легко окисляются в почве, ограничивая таким образом свое пространственное распространение и перенос в атмосферу (Annunziatellis et al., в печати; Lombardi et al., 2006). Измерения газового потока, в большинстве обычно СО2, имеют преимущество, так как они очень быстрые и измеряют действительное количество СО2, покидающее землю. Региональные и детальные измерения, проведенные по всей кальдере, подчеркивают эффективность этого метода для характеристики размера и ориентации газовых воронок и нарушений, над которыми они расположены (Annunziatellis et al., в печати). Рисунок 1 Фотография, показывающая газовую воронку, характеризующуюся отсутствием растительного покрова в центральной части потока с высоким содержанием СО2, окруженной кольцом, где более низкий уровень потока оказывает более ограниченное воздействие на растительность. 40 www.firstbreak.org (c) 2008 EAGE First break том 26, Январь 2008 специальная тема CO2 секвестрация. Ключевые слова: italy, eage, центральный, carbon, воронка, масштаб, необходимый, геологический система, смотреть, analogue, скорость, обрабатываться, предполагаться, gas, пересечение, естественный, storage, порода, beaubien, глубина, org, детальный, testing, pearce, geological storage, мониторинг, natural, полет, рисунок, break январь, газ, поток, растительность, участок, миграция газ, метод, coltella, geological, цель, утечка, глубинный, natural analogue, природный, специальный, миграция, структура, report, специальный тема, показать, naturally-occurring, ciotoli, геологический масштаб, тема, почвенный, влияние, объект, рассеивание, низкий, annunziatellis, кальдера, сравнение, длина, latera, возможный, кальдера latera, система, печать, lombardi, тип, рассмотреть, energy, процесс, съёмка, январь, способный, зона, изучение, carbon dioxide, дать, хранение, поверхность, monitor, течение, хороший, dioxide, получить, газовый воронка, испытание, провести, резервуар, тема секвестрация, lewicki, измерение, исследование, степень, атмосфера, latera italy, местоположение, site, ограниченный, аномалия, break, использовать, атмосферный, газовый, environmental, покрыть, результат, экосистема, di, altunina, концентрация, обширный, просачиваться, аналог, почвенный газ, вскрытый, секвестрация, геологический, сложный, помочь, нарушение, firstbreak, существовать, press, интеграция, хранилище, последний