环境影响机理
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发布时间：2022-04-25 17:38
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时间：2023-10-22 16:45
在CO2地质储存工程CO2注入过程中，随着CO2的注入，储盖层压力会同步增大。如果持续注入CO2，储盖层压力异常增高，可能会超过盖层的突破压力，进而破坏原有的力学平衡，使得盖层发生剪切破坏和拉伸破坏，生成盖层裂缝或小断层，导致原有未被发现的先存断层复活，诱发地震，尤其是在注入点附近的垂向剖面上，将可能出现地层地面隆起等地面变形现象（图11-9）。同时，由于实际地质体的不连续性，因断层、导水通道、开采井等的存在，注入的CO2在浮力的作用下向上部浅层含水层泄漏，从而影响浅层含水层的水质和水环境。一旦CO2突破水力圈闭，将会向上部沿着优势通道进入浅层土壤环境，通过改变土壤物化性质，影响土壤生物，进而进入包气带和大气环境中，连锁影响地下水、土壤，生态系统、大气环境和人群健康。
图11-9 CO2地质储存工程对地质环境扰动的潜在风险示意图
（据谢和平等，2012）
（一）地下水环境
CO2注入储层后，地下水化学性质、水力参数会发生变化，并影响与储层地下水相关的区域地下水水质及水动力系统。随CO2一起移动的污染物对地下水质量的影响主要包括以下几个方面：①陆上CO2储存时，CO2可能泄漏进入饮用地下水的补给层；②CO2泄漏可能引起重金属污染物从矿体附近进入下游饮用地下水含水层；③即使少量的CO2也可能造成饮用地下水质量的明显下降；④大量CO2的注入将改变地层中的孔隙流体压力，使原有孔隙流体被CO2挤出或置换，从而改变地下水矿化度。矿化度较高的地下水则通过裂缝或钻井向浅部地层运移，对浅部地下水造成污染（许志刚等，2008）；⑤主要矿物的溶解和次要矿物的沉淀，可改变储层的孔隙度和渗透率，并使气体饱和度发生显著的改变，进而对地下水水力参数产生较大的影响，导致区域地下水动力场发生变化。
（二）土壤环境
由于土壤类型的不同，土壤中的各种物理化学性质包括孔隙度、颗粒大小与分布以及p H 值等也不同。土壤中含有大量的有机物，能够在好氧微生物以及甲烷菌的作用下分解释放出CO2、CH4和NOx等温室气体。同时，土壤介质空腔与大气的相互连通性，使得土壤气体本身就含有CO2。要判断碳储项目泄漏的CO2对土壤环境的影响，应首先查明土壤环境因子及其对土壤CO2通量的影响规律。目前，有关高浓度CO2对土壤环境的影响研究十分薄弱，尚处于理论研究和模拟试验阶段。
（三）生态系统
在过去20年内，温室气体CO2浓度快速升高促使研究者不断地分析植物是如何响应这种变化的，从而更好地了解其对各种重要农作物的影响。国内外学者对CO2倍增时的农业响应都做了大量的试验研究。这些研究结论可概括为在假定大气中CO2的浓度从380×10-6升高到（600～1500）×10-6<5000×10-6）的条件下，CO2倍增对农业生产的影响。研究结果可分为两个方面，一是CO2的直接效应；另一是CO2增加导致气候变暖，温度升高使有效积温增加，生长期延长等间接影响。
植物对高浓度CO2的快速响应就是净光合速率（Pn）的可逆增加。高浓度CO2下增加的P。会导致结构性和非结构性碳水化合物的积累，这将使细胞密度增加从而降低光的可用性，进而导致光合作用的适应。气孔导度（Gs）对高浓度CO2的响应是多样的、可逆的，还具有物种特异性。
（四）大气环境
自然状况下，大气CO2浓度的空间变化具有垂直分布和水平分布特点。CO2在垂直方向上80km的范围内，都呈均匀分布，即在空中的混合比不随垂直高度而变化；但是在水平方向的分布是不均匀的，存在明显的地域差异，造成CO2水平方向不均匀的原因是水平方向上CO2的源和汇的分布不均匀，地球赤道附近CO2浓度最高，两极最低，因为高纬度地区海洋水温低，CO2的溶解度较大，而低纬度地区海洋水温度比较高，CO2的溶解度比较小（程振华等，1989，王明星等，1999）。自然条件下，全球尺度的CO2浓度依靠源与汇维持相对的平衡。
1.山谷风影响
山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡，夜间由平原或山坡吹向谷地的山谷风（图11-10）。这是由于白天山坡受热快，温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气交快，冷空气沿坡地向下流人山谷，称为山风。而一旦在山谷区选址，由于地形和自然风向影响，有可能会造成泄漏的CO2对大气环境和人群产生威胁。
图11-10 山谷风形成的地形热力作用原理
在人为因素或自然因素作用下.CO2泄漏到大气环境后，由于CO2比重较空气重，易在泄漏点附近发生沉降聚集。由图11-10可以看出，山谷风出现时，常常有逆温层伴随而生，污染物难以稀释扩散。如果污染物卷入环流，将会长期滞留在山谷中，造成严重的大气污染事件。
图11-11 逆温层结构及热力作用综合图解
2.逆温层影响
在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，就像一个锅盖一样，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着下部空气的向上对流运动（图11-11）。在此气象条件下，近地表空气中的水汽、烟尘以及各种有害气体，只有飘浮在逆温层下部的空气层中，有利于云雾的形成，能见度降低。更严重的是，一旦CO2发生泄漏，使空气中的高浓度CO2不能及时扩散，加重大气污染，给人们的生命财产带来危害。近代世界上所发生的重大公害事件中，就有一半以上与逆温县的影响有关。
