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| 內容簡介： |
本书以地下采卤型盐腔二氧化碳地质封存条件评价分析为主线，主要介绍了盐腔储气库的三维地质建模、密封性分析及长期运行稳定性研究。通过三维地质建模与数值模拟相结合的方法，系统分析了盐腔地质环境、运行压力下盐腔围岩的变形特征、屈服破坏规律及密封失效机制，揭示了盐腔在高压与低压状态下的变形规律及气体渗流机制，并提出了合理的运行压力范围和优化建议，旨在为二氧化碳盐腔储气库建设提供理论依据与技术支撑。
本书特色在于将地质学、岩石力学与碳中和背景相结合，基于实际工程数据构建高精度模型，并针对我国层状盐岩的特点提出针对性解决方案，不仅可为我国盐穴储气库选址、设计与运营提供技术参考，还可服务于碳中和战略下的能源结构调整，可供油气工程、地质勘探、能源储存等领域的科研人员与工程技术人员参考，也可供高等学校地质工程、石油与天然气工程及相关专业师生参阅。
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| 目錄：
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第1章 绪论 001
1.1 二氧化碳地质封存概念 002
1.2 国内外研究现状 003
1.2.1 盐腔储气库发展现状 003
1.2.2 三维地质建模研究现状 004
1.2.3 盐岩的力学特性研究现状 005
1.2.4 盐岩储气库稳定性评价研究现状 006
1.2.5 盐岩储气库围岩密封性研究现状 007
1.2.6 二氧化碳地质封存井筒气密性研究现状 008
1.3 二氧化碳盐腔地质封存前景与展望 009
参考文献 010
第2章 我国盐矿物理地质特征 014
2.1 盐岩的物理性质 015
2.1.1 低渗透性 015
2.1.2 溶解性 017
2.1.3 拉张性（含热应力） 020
2.1.4 剪切破坏性 021
2.1.5 蠕变性 022
2.1.6 损伤自愈合性 024
2.2 盐岩成因及沉积类型 025
2.2.1 盐岩成因 025
2.2.2 盐岩沉积类型 032
2.3 我国盐矿分布 033
2.3.1 东部海盐 033
2.3.2 西部湖盐 034
2.3.3 中部井矿盐 035
2.4 我国典型盐矿特征分析 035
2.4.1 江苏金坛盐矿 035
2.4.2 湖北云应盐矿 038
2.4.3 四川威西盐矿 041
2.4.4 陕北盐田 042
2.4.5 云南安宁盐矿 043
参考文献 046
第3章 盐岩储气库三维地质建模 048
3.1 建模思路与流程 049
3.1.1 数据准备 049
3.1.2 三维地质模型 051
3.2 三维构造建模 052
3.2.1 地层划分与对比 052
3.2.2 断层识别 059
3.2.3 构造建模 061
3.2.4 川南自贡实例区三维构造建模 064
3.3 三维岩相建模 076
3.3.1 岩性划分与识别 076
3.3.2 岩相建模 079
3.3.3 川南自贡实例区三维岩相建模 081
3.4 三维物性建模 083
3.4.1 物性解释 083
3.4.2 物性建模 086
3.4.3 川南自贡实例区三维物性建模 087
参考文献 088
第4章 盐腔腔体探测与建模 089
4.1 盐腔探测方法 090
4.1.1 声呐探测 090
4.1.2 三维地震勘探 092
4.1.3 可控源音频大地电磁法（CSAMT） 095
4.1.4 微动勘探法 097
4.2 盐腔三维建模 099
4.2.1 建模方法 100
4.2.2 盐腔三维建模的意义与挑战 100
4.2.3 川南自贡实例区盐腔三维建模 101
4.3 盐腔定性综合地质评价 103
4.3.1 稳定性评价 103
4.3.2 含盐地层建库地质评价 108
参考文献 112
第5章 盐岩储气库围岩稳定性分析 113
5.1 围岩应力分析数学模型 114
5.1.1 应力场方程 118
5.1.2 围岩渗流方程 119
5.1.3 围岩应力- 渗流耦合方程 119
5.2 盐岩本构关系 121
5.2.1 盐岩力学性质 121
5.2.2 盐岩变形特征 123
5.2.3 岩体扩容准则 125
5.2.4 盐岩蠕变模型 126
5.2.5 盐岩本构模型 128
5.3 储气库岩体力学性质分布 133
5.3.1 岩性分区 133
5.3.2 力学参数模型 135
5.3.3 岩体力学参数组装模型 139
5.4 盐岩储气库三维地质力学模型 143
5.4.1 岩体力学结构模型 143
5.4.2 有限元模型 146
5.4.3 边界条件 149
5.5 运行压力对围岩稳定性的影响 152
5.5.1 围岩损伤模型 152
5.5.2 地应力平衡后地质模块的应力分析 155
5.5.3 低压运行围岩变形特征 157
5.5.4 高压运行围岩变形特征 172
5.5.5 合理工作压力确定 181
5.6 断裂构造对围岩稳定性的影响 184
5.6.1 断裂表征模型 185
5.6.2 断裂密封性评价 187
5.6.3 不同工作压力下的断裂密封性变化 188
参考文献 194
第6章 盐岩储气库密封性分析 195
6.1 腔体密封性影响因素及预防措施 196
6.1.1 腔体密封性影响因素 196
6.1.2 密封影响因素评价及预防 198
6.2 围岩物理力学特征及渗透性能研究 199
6.2.1 盐层顶板岩芯Kaiser 效应地应力测算 199
6.2.2 盐层顶板岩芯基本物理力学性质 209
6.2.3 盐层顶板岩芯长期力学性能及渗透率测试 215
6.3 盐岩多尺度气体渗透特性与分子动力学研究 221
6.3.1 盐岩细观结构及渗透率测试 221
6.3.2 盐岩纳米管道气体分子动力学模拟研究 225
6.4 围岩流场分析表征模型 237
6.4.1 盐岩应力敏感性表征 237
6.4.2 盐岩蠕变损伤模型 239
6.5 围岩密封性分析 241
6.5.1 流场分区模型重建 241
6.5.2 围岩密封性模拟 243
6.6 井筒密封性分析 257
6.6.1 井筒界面损伤理论 257
6.6.2 井筒密封失效有限元模型 259
6.6.3 数值模型的验证模拟 262
6.6.4 井筒界面强度对密封性的影响 264
6.6.5 工作压力对密封性的影响 268
6.6.6 套管内压对密封性的影响 271
6.6.7 岩石蠕变和岩石类型对密封性的影响 273
6.6.8 流体黏度对密封性的影响 275
6.7 密封失效的防治方法 277
6.7.1 密封失效原因 277
6.7.2 防治方法 278
6.7.3 应用 278
参考文献 280
第7章 二氧化碳盐腔地质封存评价与利用 282
7.1 盐穴储气库封存二氧化碳原理 283
7.1.1 物理圈闭 284
7.1.2 化学圈闭 285
7.2 盐穴储气库运行方案设计 286
7.2.1 确定运行指标 287
7.2.2 储气库运行 289
7.2.3 运行压力校正 292
7.2.4 运行压力设计方法 295
7.3 盐穴储气库运行监测 298
7.3.1 形状监测 298
7.3.2 气体泄漏监测 300
7.3.3 地表沉降监测 301
7.3.4 川南自贡实例区分析 302
参考文献 304
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| 內容試閱：
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人类的活动包括水泥制造和化石燃料燃烧等，产生了大量二氧化碳，加剧了温室效应，导致全球气温不断攀升。据预测至21 世纪中叶，大气中二氧化碳的质量分数将显著增加，全球气温将上升1.5 ～ 4.5℃，将导致海平面上升等严重后果，对生态环境和人类社会构成巨大威胁。为应对这一挑战，《联合国气候变化框架公约》下的《巴黎协议》应运而生，要求各国制定减排计划，力争将全球变暖控制在远低于前工业化水平之上2℃。为此，减少化石能源使用及二氧化碳捕集与封存技术成为关键途径。
二氧化碳捕集与封存技术（简称CCS）近年来成为控制碳排放、应对气候变化的重要手段。该技术通过收集工厂排放和人类生活产生的二氧化碳，并注入深层地质构造中，实现长期安全存储。目前，废弃油气田、不可开采煤层和盐岩层溶腔等地质结构成为理想的存储场所。CCS 技术的应用对于降低碳排放成本、实现绿色发展至关重要。该技术包含收集、加压、输送和注入四个步骤，确保二氧化碳在地下长期安全储存。盐岩以其结构致密、渗透性低及损伤自修复等独特性质，在地下气体储备库与废弃物处置领域脱颖而出，成为首选介质。盐岩的低渗透性、优良的蠕变特性及自我修复能力，为地下二氧化碳封存提供了坚实的安全与密闭保障。同时，我国盐岩分布范围广，且盐矿易溶于水的特性使得水溶造腔技术得以高效应用，降低了储库建设成本。
我国已建成投产盐穴地下储备库11 座，但多数是后期建设，腔体尺寸有限，且多用于油气等能源储备，针对开采多年的大尺寸采卤型盐腔及利用盐腔地质封存二氧化碳方面的研究尚处起步阶段。历史上，盐腔储库多次发生溶腔失效、气体泄漏等事故，造成重大损失。我国盐岩单层薄杂质多，研究其变形特征和损伤失效规律对评价储气库稳定性至关重要。目前盐岩储气库的研究主要集中于对其变形特征、稳定性和地层密封性定性分析的研究，对于运营过程储气库地层围岩渗透性定量分析和井筒的密封性研究十分有限，而二氧化碳密度小、黏度低，地下封存存在泄漏风险，储气库密封性的下降不但会破坏生态环境，而且会导致储库内部压力下降威胁储气库的整体稳定性。
为此，本书基于川南自贡地区采卤型盐腔的实测数据，通过三维地质建模与数值模拟（包括ABAQUS 有限元仿真与Fortran 子程序开发）的方法，系统研究了盐腔封闭性与长期稳定性规律，以期为我国盐穴储气库的规模化应用提供理论支撑与实践指导。全书共7章，第1章为绪论，主要阐述了二氧化碳地质封存研究现状；第2章介绍我国盐矿物理性质及地质特征，包括盐岩的成因及沉积类型，对我国典型盐矿进行特征分析；第3章介绍了三维地质建模方法，包括构造、岩相、物性参数模型的构建；第4章总结了目前的盐腔腔体探测方法，以及通过已有数据进行盐腔模型的构建，前期对盐腔地质条件进行综合评价；第5章利用渗流应力耦合理论、有限元理论结合区域岩石物理力学的分布特征建立了岩体弹塑性和蠕变本构模型，探讨了运行压力及断裂构造对腔体围岩稳定性的影响；第6章结合盐层顶板Kaiser 效应地应力测试、XRD 岩石成分测定、MIP 压泵试验、巴西劈裂试验、蠕变试验及气渗测试结果，对盐腔围岩及井筒进行密封性评价，并探讨了密封失效的原因及防治方法；第7章总结研究成果，对盐穴储气库运行方案设计和运行监测提出建议。
本书由赵晓明、刘加杰、纪佑军、甄艳等著，其中第1章由赵晓明、纪佑军撰写；第2章由刘加杰、王鹏、毛川、刘晓博撰写；第3章、第4章和第7章由赵晓明、毛川、甄艳、刘飞、刘丽撰写；第5章和第6章由纪佑军、赵晓明、熊军、谢凌志、何柏撰写。最后，本书由西南石油大学赵晓明教授统稿并定稿，纪佑军、刘加杰、甄艳、毛川、刘丽协助完成全书统稿、定稿。本书撰写过程中得到了油气藏地质及开发工程全国重点实验室、西南石油大学地球科学与技术学院、四川省非金属（盐业）地质调查研究所、四川大学新能源与低碳技术研究院的大力支持。此外，张艺昊、刘鑫、伍鹏举、杨凯、唐显军等同志参加了部分图件编制工作，在此一并致以谢意。
本书的出版要感谢四川省自然科学基金杰出青年科学基金项目（2024NSFJQ0065）、四川省国际科技创新合作项目（24GJHZ0465）的资助。在本书撰写过程中，参阅了大量国内外相关文献，在此向所有论著的作者表示由衷的感谢！
愿本书能为我国二氧化碳地质封存与储能技术领域做一点微薄的贡献。限于笔者水平及编写时间，书中不足及疏漏之处恳请地学界老前辈及同仁不吝赐教，敬请读者批评指正。
赵晓明
2025 年4 月
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