二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）作為一種大規(guī)模溫室氣體減排技術(shù)，有望成為未來(lái)我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要選項(xiàng)之一。注入深部地質(zhì)儲(chǔ)層的CO₂沿井筒等潛在通道泄漏是一個(gè)需要重點(diǎn)管控的風(fēng)險(xiǎn)。目前CCUS中泄漏的研究大多停留在理論層面，認(rèn)識(shí)還有待深入。天然泄漏對(duì)比研究是一個(gè)重要的深化認(rèn)識(shí)的途徑。青藏高原東北部拉基山以南、湟水河以北地區(qū)廣泛發(fā)育的天然CO₂泄漏現(xiàn)象為深部CO₂泄漏過(guò)程的研究提供了得天獨(dú)厚的條件。其中位于海東市平安區(qū)三合鎮(zhèn)的ZK10井自2002年完井以來(lái)長(zhǎng)期表現(xiàn)出高含CO₂的氣水混合物間歇高壓自流特征，是典型的CO₂驅(qū)動(dòng)間歇泉。

　　中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科研人員聯(lián)合青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院及吉林大學(xué)相關(guān)研究人員，針對(duì)該區(qū)陸續(xù)開(kāi)展了地質(zhì)文獻(xiàn)資料調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)勘察和數(shù)值模擬等工作。首先通過(guò)測(cè)量與ZK10井相連蓄水池水位變化確定了該井間歇性噴發(fā)的周期（圖1）；之后結(jié)合該研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料及ZK10井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，利用井筒-儲(chǔ)層耦合模擬軟件T2Well建立了三維非等溫模型以模擬ZK10井的間歇性噴發(fā)現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，ZK10井間歇性噴發(fā)中一個(gè)周期可進(jìn)一步劃分為四個(gè)階段，即噴發(fā)前、主噴發(fā)、副噴發(fā)和噴發(fā)后階段（圖2）；其中噴發(fā)過(guò)程受控于井筒內(nèi)部?jī)上嗔髁鲬B(tài)的轉(zhuǎn)變，而間歇性則由噴發(fā)這一自增強(qiáng)過(guò)程及噴發(fā)后井筒內(nèi)流體被消耗這一自限制作用共同控制（圖3），此外該過(guò)程還受儲(chǔ)層補(bǔ)給的調(diào)節(jié)；井筒半徑、儲(chǔ)層滲透率及儲(chǔ)層中CO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)等參數(shù)對(duì)噴發(fā)周期具有不同程度的控制作用，且主噴發(fā)階段占總噴發(fā)周期的比例對(duì)不同參數(shù)的擾動(dòng)具有不同的響應(yīng)，這可作為識(shí)別間歇泉噴發(fā)周期變化直接誘因的依據(jù)。這些結(jié)果揭露了CO₂沿ZK10井泄漏過(guò)程中的流動(dòng)特性，可為CCUS項(xiàng)目泄漏監(jiān)測(cè)與預(yù)防提供依據(jù)。 

　　研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFE0100100）、國(guó)家自然科學(xué)基金（41602255，51809259）、青海省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2018-ZJ-785）的共同資助。相關(guān)研究成果以“Modeling of CO₂-driven cold-water geyser in the northeast Qinghai-Tibet plateau”為題發(fā)表于Journal of Hydrology，武漢巖土所博士研究生蔡雨娜為論文第一作者，雷宏武博士為通訊作者。 

　　論文鏈接：Modeling of CO₂-driven cold-water geyser in the northeast Qinghai-Tibet plateau - ScienceDirect 

圖1. (a) ZK10井位置及研究區(qū)地質(zhì)概況；(b) ZK10井筒結(jié)構(gòu)示意圖；(c) 與ZK10井相連蓄水池水位實(shí)測(cè)變化圖；(d) ZK10井導(dǎo)流結(jié)構(gòu)示意圖及排氣口照片 

圖2. 井筒內(nèi)不同深度處(a)氣相流量，(b)液相流量，(c)氣體飽和度，(d)壓力模擬結(jié)果 

圖3. (a) 漂移速度與氣體飽和度關(guān)系；(b) 井筒內(nèi)部?jī)上嗔髁鲬B(tài)的轉(zhuǎn)變對(duì)噴發(fā)的控制及自增強(qiáng)與自限制作用對(duì)間歇性的控制 

圖4. 野外調(diào)研工作 

（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）