图1:渤海湾盆地北塘凹陷咸水层地质封存研究区位置图
图2:渤海湾盆地北塘凹陷地层水溶解碳的同位素特征
图3：渤海湾盆地北塘凹陷地层水氢氧同位素特征图
图4：水-岩-CO2反应前后离子组分变化 （m水=1kg，nCO2=27.82 mmol，n岩石=10 mmol，T=54℃）
在全球气候变化的背景下，温室气体特别是CO2的减排已成为人们关注的焦点。CO2捕集、封存与利用（CCUS）已成为世界范围内公认的有效措施之一。可能的储库有枯竭的油气藏、不可开采煤层以及深部咸水层等，其中深部咸水层CO2封存是最具封存潜力的人工制造巨量碳汇的新型地质工程。
国外已有研究多以海相沉积地层为主，陆相咸水层研究较少，我国陆相沉积盆地中可用于CO2地质封存的咸水层潜力较大，特别是东部沿海的沉积盆地，更是如此。由于在水化学和储层岩性组成上的差异，咸水层物理化学特征上与海相沉积地层相比存在很大差异，然而，针对我国特色咸水层开展的研究尚少。
地质与地球物理研究所工程地质与水资源研究室庞忠和研究员与合作者以我国东部渤海湾盆地黄骅坳陷（图1）新近系馆陶组咸水层为例，在国家“十一五”863重点项目课题资助下，研究了陆相咸水层CO2封存的可行性及相关科学问题。
研究表明，陶组地层水年龄为1.5～2万年，在侧向上属于半封闭～封闭的体系；低矿化度（<2g/l）和高孔隙度和渗透率（33.6–38.7%，1150–1980 mD）可以使二氧化碳在地层温度和压力条件下水中的溶解度更大，储存潜力更大。水化学和同位素证据（图2）表明其与上覆的新近系明化镇组地层基本无水力联系，有利于二氧化碳储库的安全性；而氧漂移现象是长期水-岩相互作用导致的，表明馆陶组地层中存在碳酸盐矿物（图3）。水-岩-CO2相互作用模拟结果表明CO2注入后储层水有明显的地球化学反应，包括pH值降低，HCO3-、Ca、Mg、Si和Al等组分含量增加，这可能是由碳酸盐和长石等矿物的溶解导致的，包括粘土矿物和碳酸岩矿物等的次生沉淀也可能发生，这与矿物的反应速率有直接关系（图4）。通过溶解度法，估算出北塘凹陷新近系馆陶组地层的CO2储存潜力约为17Mt。