地科学院黄海平教授以第一作者身份在《International Journal of Greenhouse Gas Control》期刊发表题为“CO2 containment and storage in organic-rich strata ‒ State of the art and future directions”的研究论文，williamhill威廉希尔官网为论文第一署名单位。
全球变暖的加剧让二氧化碳排放成为人类面对的巨大挑战。为减少排放，碳捕集与封存（CCS）技术应运而生，其中一种方法是将二氧化碳注入地质构造如枯竭油气藏、深层盐水层或页岩层。然而，二氧化碳是否能长期安全地封存在地下，很大程度上取决于盖层的密封性能。盖层可以理解为地下的“屏障”，防止注入的二氧化碳向上渗漏到地表。盖层的密封能力由其孔隙结构决定。理论上，二氧化碳只有在压力超过盖层的承受极限时才会发生泄漏。因此，盖层需要有足够强的密封性能，同时操作压力不能超过其破裂点。二氧化碳在超临界状态下（既表现为液体又像气体）化学活性极高，可与盖层中的矿物和有机质发生反应，影响其密封性能。例如，二氧化碳的吸附可能引发岩石膨胀，降低其毛细进入压力。同时，这些化学反应还可能削弱盖层的强度，增加其脆性，使其更容易破裂，影响长期封存的安全性。
盖层中的有机质也与二氧化碳相互作用。溶解性有机质（如沥青）可以被二氧化碳提取，这可能增加储存空间，但同时减少了二氧化碳的吸附能力。相比之下，干酪根（难溶有机质）与二氧化碳的反应性研究较少。最新研究表明，二氧化碳不仅可以溶解干酪根，还可能通过这种相互作用影响页岩结构，增加渗透性，从而削弱盖层的密封完整性。然而，目前仍缺乏实验数据，这种潜在影响仍是研究重点。
页岩的总有机碳含量（TOC）和成熟度是关键因素。高TOC且成熟的页岩对二氧化碳具有更强的吸附能力和扩散性，而低TOC且不成熟的页岩则表现出较好的水润湿特性，更适合作为盖层。但对二氧化碳的反应结果因实验条件的差异而有所不同，需进一步研究以明确其长期影响。评估二氧化碳与盖层有机质（特别是干酪根）的相互作用，对于确保封存的安全性至关重要。科学家们正在通过分子水平研究探索二氧化碳如何改变盖层的物理和化学特性，为碳封存技术提供更加可靠的理论支持。研究表明，理解二氧化碳与页岩中有机质的复杂交互，是推动碳捕集与封存技术发展的关键一步。只有通过深入研究，才能确保这一技术在未来对抗气候变化中发挥更大作用。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2023.104047
Fig. 1. Illustration of hydrocarbon (HC) or CO2adsorption onto (left) and absorption into kerogen (right).
