选址阶段环境背景调查与监测

选址阶段划分~

在第二章第一节阐述的基础上，本节重点对深部咸水层CO2地质封存工程选址的流程（图6-2）和地质工作重点进行界定。深部咸水层CO2地质封存工程选址包括比选场地选址、优选场地选址和选定场地选址三大阶段。各阶段排序优选出的场地依次分称比选场地、优选场地和选定场地。
（一）比选场地选址及地质工作重点
比选场地选址工作是在沉积盆地各三级构造单元内圈闭级CO2地质封存潜力与适宜性评价的基础上，本着“地下决定地上，地下顾及地上” 的原则，对所筛选出的3处以上比选场地而开展。该阶段地质工作相当于地质矿产和地下水水源地勘查的普查阶段，地质工作程度初步确定为1 ：5万，各比选场地调查面积依储存规模而定，宜大不宜小。
该阶段地质工作以3处以上比选场地为研究对象，首先在已有区域地质资料的基础上，通过比选场地已有钻孔、地球物理、储盖层和流体资料等资料的搜集，重点对800～3500m深度区间各地质时代形成的储盖层进行概化，确定和分析、描述各评价指标。进而本着“先遥感，后地面地质调查，再物探” 的工作程序，依次开展：(1)1 ：5万遥感技术选址→(2)1 ：5万综合地质调查选址→(3)二维或三维地球物理勘探选址。如果过程(1)、(2)和(3)依次分别得出 “可选” 的结论，各项选址工作亦依次正常进行；若过程(1)、(2)和(3)分别得出了 “不可选” 的结论，则须对目标靶区进行复核评价，重新确定比选场地，重复上一过程。最后依新获得的地质资料对3处以上比选场地进行综合评价和排序，给出1处以上待优选的场地。如果不能给出待优选的场地，则返回第三阶段目标靶区确定阶段。因此，沉积盆地内CO2地质封存目标靶区的确定是至关重要的。
CO2地质封存比选场地评价结束后应提交比选场地可行性研究报告，目的是利用充足的资料说明是否具有可选性和下一步工作建议。
（二）优选场地勘探及地质工作重点
该阶段工作对象是上一阶段确定的1处以上待优选的场地，相当于地质矿产和地下水水源地勘查的详查阶段，工作精度为1 ：1万，初步确定待优选场地地质调查控制面积为25km×25 km。目的是通过对场地已有资料深入分析、1 ：1万综合遥感、1 ：1万综合地质调查、三维/四维地震地球物理勘探，进一步查明场地地质构造、活动断裂、地壳稳定性、地质灾害、社会经济、气象水文、矿产资源和储盖层地层岩性及其物性参数等。深入研究待优选场地CO2地质封存地质条件，通过地质建模和数值模拟，计算有效封存量。最后对待优选的场地进行综合评价和排序，确定出选定场地。

图6-2 深部咸水层CO2地质封存选址工作流程图

优选场地综合评价结束后，应编制优选场地综合地质评价技术报告。报告应详细说明优选场地的综合地质条件与各种利、弊因素，进行综合评价与排序，给出选定场地，对下一步工作提出建议，并以报告的形式提交项目业主单位，再由业主单位报请官方审批，列入国家或地方的计划项目。
优选场地综合地质评价技术报告是CO2地质封存选址的关键依据和工程立项依据，标志着CO2地质封存项目由选址阶段正式过渡到工程阶段。该报告也是场地进入钻探及灌注试验阶段的依据。如果该阶段工作得到“不可选” 的结论，以上选址工作将面临返回第一或第二阶段进行重新选址的风险。
（三）选定场地勘探及地质工作重点
选定场地勘探工作相当于地质矿产和地下水水源地勘查的勘探阶段，工作手段以地球物理勘探、钻探、岩心样品采集与测试试验、CO2环境背景值监测、CO2灌注试验、灌注期动态监测和数值模拟为主。通过优选场地钻探、储盖层岩心采集、测试与试验、井中物探、CO2地质封存灌注试验、地质模型修正与数值模拟等工作，重点解决选定场地的可灌注性、使用年限等关键技术问题。
钻探及灌注试验场结束后，应编写《二氧化碳地质封存场地勘探与场地选定报告》。报告应详细说明选定场地的综合地质条件，评价选定场地CO2可灌注量，安全及环境影响、经济合理性等。如具备规模化CO2地质封存条件，则转入工程性实际灌注，选址结束。

油气藏、煤层和深部咸水层CO2地质封存选址流程分具特点，但以深部咸水层CO2地质封存选址流程较为复杂，具代表性，故本节以此为例进行阐述。
基于我国多年来地质矿产、地下水资源和油气资源勘查实践，CO2地质封存地质选址工作也是一个分阶段、循序渐进式的专业技术工作，是全国CO2地质封存潜力与适宜性评价工作的深化和延续，包括规划选址和工程选址两大阶段。
（一）规划选址
全国CO2地质封存潜力与适宜性评价工作包括如下5个阶段。第一阶段区域级预测潜力评价、第二阶段盆地级推定潜力评价、第三阶段目标区级控制潜力评价、第四阶段场地级基础封存量评价和第五阶段灌注级工程封存量评价。按CO2地质封存潜力评价精度由低到高，依次分称CO2地质封存潜力与适宜性评价E、D、C、B、A级（表2-1）。对应碳封存领导人论坛（CSLF，2008）CO2封存量金字塔分级图（图2-1），各级别潜力含义见表2-1内说明，与CSLF封存量金字塔分级的异同见表2-2。

图2-1 中国CO2地质封存工作阶段与潜力分级图

表2-1 全国CO2地质封存潜力与适宜性评价地质工作阶段划分


深部咸水层CO2地质封存规划选址的第一阶段是区域级潜力与适宜性评价（E级）；第二阶段为盆地级一、二级构造单元潜力与适宜性评价（D级）；第三阶段为盆地三级构造单元圈闭级（CO2地质封存目标靶区，C级）潜力与适宜性评价；第四阶段即工程选址阶段（B级）。
表2-2 中国CO2地质封存潜力分级与CSLF（2008）对比表


规划选址的第一、第二阶段主要是对区域级和盆地级CO2地质封存潜力进行评价。第三阶段重点是在沉积盆地三级构造单元评价的基础上选择出可供CO2地质封存的圈闭，对圈闭内各地质时代形成的储、盖层做精细描述和刻画，通过圈闭内物化探资料、井筒资料和综合研究资料，采用综合评价方法，对圈闭CO2地质封存条件进行评价，筛选出CO2地质封存的目标靶区。
第四阶段即工程选址阶段，开始于沉积盆地各三级构造单元CO2地质封存圈闭或目标靶区评价所筛选出的3处以上比选场地。通过对各比选场地相关资料全面搜集、遥感选址调查、现场实地综合地质调查、地球物理勘探等工作，获取各类评价参数，详细评价这些比选场地，选择出优选场地，最终评价推荐出当地公众、政府和业主可接受的工程选定场地。
第五阶段为规模化灌注场地评价阶段。
1.区域级潜力评价（E级：预测潜力与全国沉积盆地CO2地质封存适宜性评价）
（1）E级预测潜力与全国沉积盆地CO2地质封存适宜性评价的目的：以单个沉积盆地为单元，逐一对全国各沉积盆地内800～3500m深度区间各地质时代形成的主力储、盖层进行高度概化；通过盆地内不同位置少数控制性勘探井获得的潜力评价参数，预测整个盆地CO2地质封存潜力，即求取E级精度预测潜力。选取易于获得的评价指标，对全国面积大于200km2的沉积盆地进行CO2地质封存适宜性评价，通过比较和分类排队，淘汰部分不适宜CO2地质封存的沉积盆地，选择出可供下一阶段继续研究的适宜CO2地质封存的沉积盆地。
（2）主要工作内容及要求：应用盆地地质、油气地质、煤田地质钻探和物化探资料，进行盆地分析，计算单个沉积盆地CO2地质封存预测潜力，优选排序出适宜CO2地质封存的沉积盆地。
2.盆地级潜力评价（D级：推定潜力与沉积盆地CO2地质封存适宜性评价）
（1）D级推定潜力与沉积盆地CO2地质封存适宜性评价的目的：以适宜CO2地质封存的沉积盆地一、二级构造单元为研究对象，对沉积盆地内一、二级构造单元800～3 500 m深度区间各地质时代形成的储、盖层进一步详细概化，通过一级构造单元内钻孔、地震地球物理、储层和流体资料等资料的搜集，丰富潜力计算参数，计算各盆地一、二级构造单元D级推定潜力。对各盆地一、二级构造单元进行CO2地质封存适宜性评价，运用盆地模拟和其他综合评价方法，评价出盆地中CO2地质封存远景区，为宏观CO2地质封存场地选择提供依据。
（2）研究内容和重点：以钻孔资料为主，地震资料为基础，结合其他地质资料，详细研究盆地地质特征，建立盆地地质概念模型，重现盆地演化史；查明地层、岩性横向变化及构造形态和断层分布；储层分布；通过定量计算盆地D级推定潜力和适宜性评价，评价出盆地中CO2地质封存远景区，为国家宏观CO2地质封存场地选择提供依据。
3.目标区级潜力评价（C级：控制潜力与CO2地质封存目标靶区评价）
（1）C级控制潜力与CO2地质封存目标靶区评价的目的：以盆地三级构造单元内的圈闭为研究对象和评价单元，对圈闭内各地质时代形成的储、盖层做精细描述和刻画，通过圈闭内物化探资料、井筒资料和综合研究资料，采用综合评价方法，对圈闭CO2地质封存条件进行评价；通过圈闭CO2地质封存适宜性评价，计算C级控制潜力，优选出CO2地质封存的目标靶区，为国家CO2地质封存提供一批目标靶区。
（2）工作内容及要求：C级控制潜力评价以圈闭为基础，以目标靶区为评价主体。工作时以物化探、井筒资料等控制程度较高的资料为依据，在圈闭综合评价的基础上，比选出CO2地质封存的目标靶区，计算目标靶区CO2地质封存C级控制潜力。
（二）工程选址
1.基础封存量评价（B级：场地级潜力与CO2地质封存场地评价）
该阶段根据CO2地质封存场地选址标准，充分考虑地方政府和业主意见，比选出最佳CO2地质封存场地。通过场地遥感选址调查、综合地质调查、地球物理勘探、钻探与灌注试验、室内物理模拟与数值模拟，基本查明场地CO2地质封存地质条件，对场地做出勘探评价，计算场地级CO2地质封存量，即B级基础封存量，制定合理的CO2灌注方案，为CO2灌注工程施工图设计提供依据。
工程选址阶段包括比选场地选址、优选场地选址、选定场地选址三大阶段。各阶段排序选出的场地依次分称比选场地、优选场地和选定场地。
（1）比选场地选址：比选场地选址工作宜在沉积盆地各三级构造单元内目标靶区圈闭级CO2地质封存潜力与适宜性评价的基础上，本着“地下决定地上，地下顾及地上” 的原则所筛选出的3处以上比选场地而开展，相当于地质矿产和地下水水源地勘查的普查阶段。
该阶段地质工作以3处以上比选场地为研究对象，首先在已有区域地质资料的基础上，通过比选场地钻孔、地震地球物理、储盖层和流体资料等资料的搜集，对800～3500 m深度区间各地质时代形成的储盖层进行概化，确定和分析、描述各评价指标。进而本着 “先遥感，后地面综合地质调查，再物探” 的工作程序，依次开展相关选址工作。最后依新获的资料对3处以上比选场地进行综合评价和排序，给出1处以上待优选的场地。如果不能给出待优选的场地，则返回第三阶段目标靶区确定阶段。因此，沉积盆地内CO2地质封存目标靶区的确定是至关重要的。
（2）优选场地勘探及地质工作重点：该阶段工作对象是上一阶段确定的1处以上待优选的场地，相当于地质矿产和地下水水源地勘查的详查阶段。深入研究待优选场地CO2地质封存地质条件，通过地质建模和数值模拟，计算有效封存量。最后对待优选的场地进行综合评价和排序，确定出选定场地。
优选场地综合评价结束后，应编制优选场地综合地质评价技术报告。报告应详细说明优选场地的综合地质条件与各种利、弊因素，进行综合评价与排序，给出选定场地，并对下一步工作提出建议，并以报告的形式提交项目业主单位，再由业主单位报请官方审批，列入国家或地方的计划项目。
优选场地综合地质评价技术报告是CO2地质封存选址的关键依据和工程立项依据，标志着CO2地质封存项目由选址阶段正式过渡到工程阶段。
（3）选定场地勘探及地质工作重点：选定场地勘探工作相当于地质矿产和地下水水源地勘查的勘探阶段，工作手段以钻探、岩心样品采集与测试试验、CO2环境背景值监测、CO2灌注试验、灌注期动态监测和数值模拟为主。通过优选场地钻探、储盖层岩心采集、测试与试验、井中物探、CO2地质封存灌注试验、地质模型修正与数值模拟等工作，重点解决选定场地的可灌注性、灌注井布井方案和使用年限等关键技术问题。
钻探及灌注试验场结束后，应编写“二氧化碳地质封存场地勘探与场地选定报告”。报告应详细说明选定场地的综合地质条件，评价选定场地CO2可灌注量，安全及环境影响、经济合理性等。如具备规模化CO2地质封存条件，则转入工程性实际灌注，选址结束。
2.灌注级潜力评价（A级：工程封存量与CO2地质封存工程场地评价）
该阶段是指在场地级基础封存量评价的基础上，实现了由灌注试验转化为工程性实际灌注，并历经了较长的CO2灌注监测时间，灌注量日趋稳定，CO2扩散晕在储层内不断有效地扩展，且没有出现CO2泄漏、诱发地震等环境、安全问题时，通过拟合、改进的数值模型而得出的场地级工程封存量。根据灌注工程的运行状况，对灌注场地CO2灌注量及工程场地进行全面评价。

（一）目的任务

CO₂地质封存选址阶段环境背景调查与监测的目的任务是对CO₂地质封存选定场地及其周边一定范围内的大气环境、地表水环境、地下水环境、土壤环境、生态环境的环境质量现状，以及地表形变的变形程度与CO₂浓度背景值等实施调查与监测，为判别CO₂地质封存安全及环境问题提供环境比照依据；通过不同灌注方案灌注试验监测，获得灌注量、灌注压力、灌注速率、储盖层压力与温度、储层内CO₂扩散运移与地下水水质变化等参数，为场地综合评价、灌注方案优化和规模化CO₂地质封存工程设计提供监测数据。如选定场地转变为规模化CO₂地质封存工程场地，对已建监测网点进一步优化，并逐步扩大，继续开展规模化CO₂地质封存运营期和闭场后环境监测，为规模化CO₂地质封存灌注场地安全运行和政府环境管理提供支撑。

（二）监测方案

CO₂地质封存环境背景监测在场地选定后、灌注试验前开展，主要通过监测和采样获取CO₂灌注试验场地（以下简称“环境背景监测区”）人居环境、地表水环境和地下水环境CO₂背景浓度，大气CO₂浓度、土壤CO₂通量，以及地表形变现状等的环境背景值，为判断CO₂运移分布、泄漏、安全及环境风险分析提供环境背景值比照依据。

选址阶段环境背景监测采用多种方法和多学科交叉的方式进行综合调查与研究。在全面收集、整理分析CO₂灌注试验场地相关成果资料基础上，采用大气CO₂浓度监测、土壤气体监测、地表水和地下水监测、遥感和物探监测等技术方法开展监测工作。

CO₂地质封存环境背景监测的主要监测对象有地表水、地下水、大气、土壤、植被指数、地表形变和地层参数等（表7-19）。

表7-19 环境背景监测对象、监测项目和监测周期一览表

环境背景监测区范围的确定，依据选址阶段数值模拟所得的最大CO₂扩散羽在地表的投影而定，并适当扩大。

环境背景监测采用的监测技术方法有离子选择电极、红外探测、水准测量、遥感和时移VSP地震等。按照综合调查→监测方案设计（监测对象、监测技术、监测点设置、数据处理等）→监测点布设→开展监测→数据收集、整理、分析的流程开展监测工作。

（1）通过野外调查和室内分析、研究，掌握环境背景监测区的气象条件、居民点分布、需要特别保护目标的类型与分布，以及地质、水环境、地形变、生态环境、生态敏感与脆弱区的基本特征。

（2）参照现行国家和行业监测标准技术规范，制定切实可行的监测方案；结合环境背景监测区的基本特征，构建大气、土壤植被、水环境、生态环境和人居环境等的环境背景监测区监测体系；明确监测人员组成和管理结构。

（3）根据不同的监测对象，采用现场采集、现场测试和自动监测技术相结合的技术方法，制定监测方案。

（4）应用确定的监测手段，对相应的监测对象，在相应的监测网点上，进行环境背景值监测和灌注试验监测。如灌注试验场地转化为规模化灌注场地，进一步制定灌注运行期年度监测计划和工作方案，随之开展规模化灌注期。

（5）进行环境背景监测资料整理，分析监测数据，编制CO₂地质封存环境背景监测技术报告。按HJ/T 8.2—91《环境保护档案管理 · 环境监测》相关要求，对监测技术资料进行归档。

具体监测方案如图7-5所示。

图7-5 CO₂地质封存场地环境背景监测方案框图

（三）监测方法

1.大气环境背景值监测

（1）监测点布置：监测点布置的基本原则是尽量实现以最少的监测点和监测期次获取代表性最好的数据。大气环境监测点的布设应在考虑环境背景监测区气象条件和地质环境背景的基础上，以人居安全性为重点，结合CO₂的物理和化学性质，充分考虑可能的泄漏通道进行大气环境背景监测点布置。布设要点如下：

1）村镇、工厂等人口密集区；

2）地势低洼地带；

3）主导风向比较明显的情况下，应将下风向作为主要监测范围，布设较多的监测点；上风向布设少量的监测点作为对照；

4）地面沉降或者地面塌陷地带；

5）数值模拟出的CO₂运移扩散区域对应的地表范围；

6）已处理的废弃井和油井及其附近；

7）CO₂灌注试验井和监测井及其附近。

（2）监测项目：大气环境背景监测项目包括：时间、温度、湿度、风速、风向、云量、大气稳定度和CO₂浓度。

（3）监测周期：每个监测点每月定期监测，每个监测点全年共监测12次。

（4）采样方法：大气样品的采集方法采用直接采样法，包括玻璃注射器采样法、塑料袋采样法、球胆采样法、采气管采样法和采样瓶采样法等。

1）玻璃注射器采样：用大型玻璃注射器（如100mL注射器）直接抽取一定体积的现场气样，密封进气口，送回实验室分析。在取样前必须用现场大气冲洗注射器3次，样品需当天分析完。

2）塑料袋采样：用塑料袋直接取现场气样，取样量以塑料袋略呈正压为宜。注意应选择与采集气体中的污染物不发生化学反应、不吸附、不泄漏的塑料袋；取样前应先用二联橡皮球打进现场大气冲洗塑料袋2～3次。

3）球胆采样：要求所采集的气体与橡胶不起反应，不吸附。取样前先试漏，取样时同样先用现场气冲洗球胆2～3次后方可采集封口。

4）采气管采样：采气管是两端具有旋塞的管式玻璃容器，容积为100～500mL。采样时，打开两端旋塞，将二联球或抽气泵接在管的一端，迅速抽进比采样管容积大6～10倍的欲采气体，使采气管中原有气体被完全置换出，关上两端旋塞，采气体积即为采气管的容积。

5）采样瓶采样：采样瓶是一种用耐压玻璃制成的固定容器，容积为500～1000 mL。采样时先将瓶内抽成真空并测量剩余压力，携带至现场打开瓶塞，则被测大气在压力差的作用下自动充进瓶中，关闭瓶塞，带回实验室分析。

6）采集后如不能立即检测，应在4℃条件下冷藏保存。对分析有机成分的气样，采集后应立即放入-20℃冷冻箱内保存至样品处理前。

（5）大气样分析方法：大气样分析方法首先选择国家颁布的标准分析方法，其次选择国家环保总局等颁布的标准分析方法。对没有标准分析方法的监测项目，采用《空气和废气监测分析方法（第四版）》（国家环保总局，2003）中推荐的方法（表7-20，表7-21）。

（6）监测数据记录：大气CO₂浓度现场监测原始记录表格式见表7-22。

表7-20 CO₂分析方法与监测仪器性能指标

表7-21 气象设备技术性能指标

表7-22 大气CO₂浓度现场监测原始记录表

2.土壤大气CO₂通量背景值监测

土壤层是CO₂泄漏到大气环境的必由之路。土壤大气CO₂通量背景值监测时，通常将土壤气体抽取到累积室，然后使用闭路红外线土壤CO₂通量系统对土壤气体中的CO₂通量进行监测。

（1）监测点布置：监测范围包括以灌注井为中心的灌注中心区和灌注区外延区。中心区和外延区的划分主要依据灌注试验数值模拟得到的CO₂扩散运移范围而定。在中心区内采用网格化布点方法，每个网格内布设一个监测点，根据实际工程情况选取合适的网格间距。同时在灌注井和监测井周围加密布点。

灌注外延区的监测点布置主要遵循以下原则布点：(1)村镇和工厂等人口居住区；(2)推断的断裂带；(3)地层倾斜出露地表的地带；(4)地面沉降或者塌陷地带；(5)数值模拟所得的CO₂扩散运移范围外环带。

由于土壤呼吸受温度、土壤湿度、土壤pH值、降雨和农业耕作等多种因素影响，为最大限度地排除干扰因素，土壤大气CO₂通量监测的土壤深度建议在50 cm或50 cm以下。

（2）监测项目：土壤大气CO₂通量、气温和湿度等。

（3）监测周期：每个监测点每月监测一次背景值，全年共计12次。监测时段为监测日当天上午9～11点，此时的土壤大气CO₂通量最接近日平均值（Larionova et al.，1989；Davidson et al.，1998）。每次监测要确保时间和地点上的可重复性。

（4）采样方法：把CO₂采样钻钻入至土壤中所要测定的深处，取出土钻，弃去土钻中的土壤，再将土钻插入孔中，然后将钻筒往上提两转，使钻头与孔底间形成孔隙，然后压紧土钻周围的土壤，用皮管将土壤层CO₂抽气钻与CO₂气体吸收器相连接，用压力抽气瓶将土壤大气抽入采集袋开始取样。取样之前需先抽取土壤大气，以使橡皮管及钻杆中都充满土壤大气。取样装置见图7-6。

取样后用记号笔标好样品编号，现场填写《土壤大气采样记录表》，要求各栏内容填写齐全。如发现有错误或漏采，应立即重采或补采。

（5）监测分析方法：土壤CO₂通量测量方法主要包括气室法、气象色谱法、气井法和涡度通量法等。各方法比较见表7-23。

野外自动与便携式土壤CO₂通量监测方法主要采用非分散红外法，与CO₂浓度测量相同，相关技术指标可参考表7-20。

（6）监测记录表：监测记录表见表7-24。

图7-6 土壤大气中CO₂采集装置图

表7-23 土壤CO₂通量测量方法和优缺点一览表

表7-24 土壤大气CO₂通量现场监测原始记录表

3.水环背景值监测

水环境背景值监测调查和监测对象包括，环境背景监测区一定范围内的地表水和地下水。

（1）监测点的布置：在监测点布置前，应搜集环境背景监测区水文地质、土地利用、地表水体分布与水利工程状况等资料，对环境背景监测区进行调查，然后遵循以下原则进行监测点布置。(1)各类分散式饮用水水源井和泉点；(2)河流、湖泊和水库等；(3)CO₂灌注井和监测井；(4)地下水集中供水水源地。

（2）监测项目：为了满足水环境质量评价和保护要求，监测项目包括GH/T 14848—93《地下水质量标准》和GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中要求控制的项目。为了发现CO₂泄漏和研究储层CO₂-水-岩化学反应机理，增加地下水特种化学组分监测项目。

水质监测项目包括水温、pH值、电导率、总硬度、碳酸根、重碳酸根、钙离子、镁离子、氯离子和总铁等。

（3）监测周期：为了获取丰富的水环境背景值资料，监测和采样周期为各监测点每月采样一次，全年共12次。遇到特殊情况或发生污染事故可能影响地下水和地表水水质时，随时增加采样频次。

（4）采样方法：在井中采集水样时，必须在充分抽汲后进行，抽汲水量不得少于井内水体积的2倍，采样深度应在地下水水面0.5 m以下，以保证水样能够代表地下水水质；对封闭的生产井可在抽水时从泵房出水管放水阀处采样，采样前应将抽水管中存水放净；及时填写水样标签，现场填写《地下水采样记录表》。

水样的保存和运输见第三章第四节相关要求。

（5）监测分析方法：首先选择国家颁布的标准分析方法，其次选择国家环保总局等颁布的标准分析方法。对没有标准分析方法的监测项目，参照使用ISO分析方法或其他国际公认的分析方法。经过验证的新方法，其精密度、灵敏度和准确度不得低于常规方法。水环境背景值监测分析测试方法见表7-25。

（6）监测记录表：水质监测中涉及的记录表表格见表7-26～表7-30。

4.植被监测

环境背景监测区植被状况监测采用遥感技术监测，目的是通过环境背景监测区及周围植被发育状况变化，为监测CO₂泄漏及该工程对周围环境影响提供遥感基础资料。

植被状况遥感监测方法采用信息提取及植被指数计算法。首先获取分期遥感监测数据，利用遥感信息提取方法划分环境背景监测区植被类型及分布状况，继而计算每期数据的各种植被指数，综合分析确认植被发育异常区的存在与否。

（1）监测内容及数据源。环境背景监测区植被遥感监测工作包括：遥感资料选取与资料收集、数据预处理、野外踏勘、光谱数据采集与处理、遥感图像处理、遥感信息提取、野外现场验证、遥感影像图形制作和入库管理。

表7-25 水环境监测项目分析方法

表7-26 水样标签

表7-27 水环境监测点水质采样记录表

表7-28 机、民井监测点基本情况调查表

表7-29 泉水监测点基本情况调查表

表7-30 地表水监测点基本情况调查表

1）遥感数据源：(1)高分辨率卫星遥感数据：空间分辨率在1～5m之间的全色和多光谱数据；(2)热红外遥感数据：空间分辨率在60～120m之间的热红外波段数据；(3)多光谱遥感数据：空间分辨率在5～30m之间的陆地卫星数据。

2）基础数据源：(1)最新版1 ：1万、1 ：5万纸质地形图及全要素数字化地形图；(2)气象资料，包括天气状况、气温、湿度和气溶胶状况等；(3)现场监测资料；(4)监测区地质资料、前人做过的相关研究成果资料等；(5)相关测量资料；(6)其他。

3）数据源要求：(1)根据提取的内容、目的，选择最佳季节的图像，以及能够分辨监测目标地物属性信息的变化。(2)图像的云覆盖不超过10％，相邻图像之间应有不小于图像宽度4％的重叠，图像层次丰富、清晰，满足监测任务的要求。(3)气象资料要选择与卫星过境时间一致或相近时段相似天气的气象资料。

（2）遥感背景值及动态监测。内容包括：

1）几何精校正控制点（GCPs）测量与野外踏勘：GCPs测量：按照图像分布面积大小，测量地面控制点，为图像几何精校正提供所需的测量控制点，测量精度优于1m。

2）解译标志建立：通过外业踏勘，建立植被遥感解译标志和分类样本库，拍摄相应的现场实况照片与影像，并进行详细的现场记录。

3）光谱数据采集与处理：获取地物光谱数据和大气参数，为卫星遥感信息提取服务。根据获取的现场光谱数据结合卫星数据，提取地面植被相关信息。数据采集主要实现现场植被、地物、大气原始数据的采集工作。

a.陆地地物光谱信息采集。

测量仪器：地物光谱仪；

仪器性能：光谱范围350～1050nm，光谱分辨率小于4 nm，视场角＜10°，动态范围≥70 db，等效噪声辐亮度＜1×10^-9W·cm^-2·sr^-1·nm^-1，波长准确性＞1.0 nm，参考板为白板。

b.大气光谱采集。

测量仪器：日照强度计和臭氧计等。

日照强度计可以监测440、500、675、870和1 020 nm这5个波段的气溶胶散射光学厚度。

臭氧计工作波段需要包括为305、312、320、936和1020nm等5个波段，其中305、312、和320nm等多个波段用来监测臭氧浓度，还需要936波段用来测量大气中的水汽含量，同时臭氧监测仪还需要监测1020nm波段的气溶胶散射光学厚度。

（3）遥感信息提取：在解译标志和分类系统的基础上，逐景图像进行解译。解译应以影像特征为基础，利用直接标志与间接解译标志进行相关分析；单景图像解译时，要依据解译原则，先进行宏观观察，掌握其整体的特征，先易后难，从浅入深，分别识别出地物的属性及勾画出其分布范围和界线，并用统一的符号和线条标示清楚，绘制出解译草图。对于解译与解译不清的重要地物，可采用现场勘测方法解决。

解译过程中，要注意利用已知资料，对重要的地物和现象以及有疑问的地方应加以特别的标记，以便在野外校核时重点进行检查。室内解译的主要方法为人机交互式解译和计算机信息提取。

（4）监测范围和频率：监测范围以灌注井为中心，外延100 km²；地表植被监测频率为一个季度。

5.地表形变背景值监测

地面沉降或抬升等地表形变背景值监测可采用传统水准测量和差分干涉合成孔径雷达测量技术（D-InSAR）两种方法。

（1）水准测量：地面沉降水准测量监测网络由地面沉降监测水准网、地面沉降监测GPS监测网和地面沉降监测地下水位（水量）动态监测网组成。

1）地形变地面沉降水准监测网：

a.水准网（点）布设原则：采用从整体至局部，逐级水准测量的高程控制方法。一等水准网（环线）布设在沉降漏斗外围区；二等水准网在一等水准网环线内布设。在地面沉降明显的沉降漏斗区可选取剖面施测线，加密观测点。根据监测区的水文地质、工程地质特征和年均沉降量的大小，将整个监测区划分成若干个不同的地面沉降结构单元，并按其不同单元设置高程基准标、地面沉降标和分层沉降标（组）。

地面沉降标点的选布，采用测区平均布点与沉降漏斗区加密布点相结合的方法，由沉降漏斗外围区向中心区，布点密度逐渐加大。在监测区内水准点布设密度应当满足监测工作的需要。在CO₂地质封存工程中心区沉降点间距小于250m，中心区以外间距可设置为500～1000m，复测周期为1～3个月。

水准测量点不得选在下列地点：即将进行建筑施工的位置或准备拆修的建筑物上；地势低洼，易于积水淹没之处；地质条件不良（如崩塌、滑坡、泥石流等）之处或地下管线之上；附近有剧烈振动的地点；位置隐蔽，通视条件不良不便于观测之处。

各等水准点均应埋设永久性标石或标志。标石或标志埋设应满足下列要求：水准标石应埋设于表层土中，并选在便于长久保存和使用处、稳固耐久，防腐蚀，抗侵蚀，并能保持垂直方向的稳定、标石的底部应埋设于冻土层以下，并浇筑混凝土基础。

在监测区内水准点布设密度应当满足监测工作的需要。普通沉降水准点布设密度和复测周期见表7-31。

b.水准网监测要求：选用基岩水准点作为起算基点时，必须对基岩水准点进行稳定性评价，经验收合格后，方可选定使用；地面沉降水准测量前必须进行水准测量技术设计，在技术设计前收集有关水准测量的资料，水准测量的技术设计注意事项见DZ/T0154《地面沉降水准测量规范》；在技术设计过程中设计地面沉降水准测量路线图和有关图件，确定水准网，水准路线和剖面线，选定经过的基岩标和分层标，并在图上标明，编写技术说明书，技术说明书的注意事项见DZ/T0154地面沉降水准测量规范。

c.监测仪器选择：水准网（点）监测仪器型号选择不能低于表7-32要求。

表7-31 水准点布设密度和复测周期

表7-32 水准网（点）监测仪器

2）地形变地面沉降GPS监测网：

a.GPS网布设原则：GPS网的布设应视目的、精度要求、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计原则进行。

B级GPS网应布设成连续网，除边缘点外，每点的连接点数应不少于3点。优于B级GPS网的布设可为多边形或复合路线；各级GPS网中，最简独立闭合环或复合路线的边数应小于等于6；B级GPS网相邻点间平均距离等于70 km，优于B级网的相邻点间平均距离应根据实际情况适当缩短，相邻点最小距离可为平均距离的1/3～1/2，最大距离可为平均距离的2～3倍；B级GPS网点应与GPS永久性跟踪站联测，其联测的站数不得少于2站；新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测。联测点数不得少于2点。

为确定GPS点在某一参考坐标系中的坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测。联测的总点数不得少于3个。

b.GPS网监测要求：GPS接收机在开始观测前，应进行预热和静置，具体要求按接收机操作手册进行；GPS定位测量时，观察数据文件名中应包含：测站名和测站号，观测单元、测站类型（是参考站，还是流动站）、日期、时段号等信息，具体命名方法采用GPS定位软件而定；各级GPS测量的基本技术规定和测量要求见GB/T18314《全球定位系统（GPS）测量规范》。

c.监测仪器选择与观测过程：用于地面沉降监测仪器的选择和观测过程，按照GB/T 18314《全球定位系统（GPS）测量规范》进行。仪器的选择，尽量保证在统一的情况下，采用相同的测量仪器。

3）地形变地下水位（水量）动态监测网：

a.监测网布设原则：监测网点尽可能利用监测区内已有的地下水监测井，或作适当调整，或根据具体情况增建新的监测网点。

监测网（点）布设应以平行地下水流向为主，垂直地下水流向为辅；监测点（线）布设以能控制地下水补给、径流、排泄特征为原则。地下水降落漏斗区与地面沉降中心相符或基本相符时，以穿过漏斗中心的十字形布设监测点线，其长度应超过漏斗范围；当两者不相符时，监测网点的布置既要考虑地下水位降落漏斗，又要考虑沉降中心。

在地下水水位变化大的地段或上层滞水地段应布设地下水动态监测点；当有多层含水层时，必须分层设置监测井，对每层的水位、孔隙水压力及其相互之间的水力联系进行监测。

分层监测井应尽可能与分层沉降标孔对应观测；监测点的密度或间距，根据地下水降落漏斗的特征、地面沉降现状及监测需要而定；监测点位选定后，必须定名、编号，测定高程，标记在地形图上；监测井、孔应及时清淤，以维持正常监测。易被堵塞的钻孔，可在钻孔中安装过滤器进行监测。

在开展监测工作的同时，应搜集监测区内水文、气象等资料，如降雨量、蒸发量、地表水水位、水量及其与地下水的补、排关系。

b.地下水动态监要求：对地下水水位、水量的监测按照DZ/T0133—1994《地下水动态监测规程》和HJ/T164—2004《地下水环境监测技术规范》的有关规定执行；通过水位、水量的监测成果重点搞清地下水水位下降漏斗的形成特点及分布范围、发展趋势及其对已有建筑物的影响。

（2）差分干涉合成孔径雷达测量技术（D-InSAR）：获取监测区不同时期的精确地面数字高程信息，通过信息提取与解译，获得地形变测量结果。

1）获取方法：干涉合成孔径雷达测量技术（InSAR）、差分干涉合成孔径雷达测量技术（D-InSAR）。

2）图像处理方法和模型：两种技术都是基于合成孔径雷达技术的图像处理方法和模型，是合成孔径雷达技术的应用延伸和扩展。

3）InSAR处理流程：以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据。

4）D-InSAR处理流程：利用同一地区的两幅干涉图像，其中一幅是通过形变事件前的两幅SAR获取的干涉图像，另一幅是通过形变事件前后两幅SAR图像获取的干涉图像，然后通过两幅干涉图差分处理（除去地球曲面、地形起伏影响）来获取地表微量形变。

5）监测频率：地表形变监测频率为一年。

6）监测范围：以灌注井为中心，外延100 km²。

（3）监测数据记录表：地面沉降或抬升监测涉及的记录表表格见表7-33，表7-34。

表7-33 地面形变记录表

表7-34 地面形变监测成果统计表

6.微地震背景值监测

通过微地震监测一方面考察CO₂灌注工程可能引发的地质安全问题；另一方面考察CO₂羽状体在深部储层运移和分布状况。

（1）微地震背景值监测布置方法：(1)网点布设满足精度要求；(2)明确灌注井和监测井地质结构和岩石力学性质；(3)明确CO₂灌注量和灌注压力；(4)明确灌注量和监测井所处位置及环境噪声背景；(5)明确监测的深度。

（2）确定微地震监测系统的基本流程：(1)经验确定微震监测的矩震级范围为：-2.0～＋3.5，可采用经验公式计算出体变势和释放能量；(2)取应力降为经验常数，经验公式计算出拐角频率上下限；(3)根据震级范围、震中与传感器距离，振幅用经验公式确定动态范围等；(4)依据经济合理的方法确定出数模转换器的地点和其他性能参数；(5)依据经济合理的方法确定出系统数据传输和控制的通讯协议方式。

（3）监测方法：

1）地面高精度微震监测法：地面监测就是在监测目标区域（比如压裂井）周围的地面上，布置若干接收点进行微震监测。通过地表面以及在距地表约100m的浅钻孔中布设高密度微震监测台阵，系统能精确监测地表以下2000～4000m深度岩体裂缝和走向，由于系统安装在近地面，所以应用成本较低、不会破坏井。典型的检波器布置如图7-7所示。

图7-7 地面高精度微震监测典型的检波器布置图

2）井中高精度微震监测法：井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列，进行微震监测。井中微震技术采用铠装通讯缆将三分量实时采集检波器以大级距的排列方式、多极布放在压裂井旁的一个邻近井，井底对应储层深度，通过监测裂缝端部岩石的张性破裂和滤失区的微裂隙的剪切滑动造成的微震信号，经过分析处理得出裂缝方位、高度、长度、不对称性和延伸范围等方面的空间展布特征，经过矩张量反演等技术分析裂缝的性质和三维地应力场的情况。与同类技术相比井中微震在解释裂缝方位和几何尺寸方面可靠性高，典型布置如图7-8所示。

（4）微震监测系统构成：高精度微震监测系统包括硬件和软件两大部分（图7-9）。硬件部分包括检波器、数据采集器、调制解调器、控制中心和计算机等；软件部分包括时间运行软件、波形分析软件、数据解释与可视化软件等模块。

图7-8 井中微震监测示意图（据密西西比CCS项目，2008）

图7-9 微震监测原理示意图

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