Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tiềm năng lưu giữ CO2 trong địa chất sâu tại Thụy Sĩ: đánh giá sơ bộ
Tóm tắt
Các khả năng lưu giữ CO2 do con người phát thải trong các cấu trúc địa chất sâu đang được điều tra trên toàn thế giới, nhưng tiềm năng trong lãnh thổ Thụy Sĩ vẫn chưa được đánh giá. Nghiên cứu này đưa ra một đánh giá sơ bộ dựa hoàn toàn vào các tiêu chí địa chất được tổng hợp từ tài liệu. Lưu vực Molasse của Thụy Sĩ (SMB) và Jura bị gập lại liền kề là những khu vực duy nhất trong cả nước nơi CO2 có thể được lưu trữ trong các tầng nước mặn. Đánh giá các tiêu chí địa chất trên quy mô toàn lưu vực cho thấy rằng lưu vực SMB-Jura có tiềm năng trung bình (điểm số 0,6 trong thang đo từ 0 đến 1) khi so sánh với các lưu vực khác trên thế giới. Ở quy mô nội bộ lưu vực, việc kiểm tra trầm tích tiết lộ bốn tầng nước khu vực được bao bọc bởi các lớp vỏ kín phù hợp: tầng nền trên cộng với cát Mesozoic đáy, tất cả được bao bọc bởi Nhóm Anhydrite; Upper Muschelkalk được bao bọc bởi Gipskeuper; Hauptrogenstein được bao bọc bởi Thành viên Effinger, và Upper Malm cộng với Lower Cretaceous được bao bọc bởi Molasse nước ngọt phía dưới. Chín tiêu chí địa chất được xác định để đánh giá tiềm năng lưu trữ của các ứng cử viên này và các ứng cử viên quy mô nhỏ khác. Một hệ thống điểm và trọng số số học cho phép các tiêu chí được đánh giá đồng thời, cho phép tiềm năng lưu trữ được mô tả bằng thang 0-1 trên các bản đồ có đường đồng mức. Khoảng 5.000 km2 của SMB trung tâm thể hiện tiềm năng từ 0,6 đến 0,96. Khu vực Fribourg-Olten-Luzern là khu vực ưu tiên do sự hiện diện của nhiều tầng nước kín trong khoảng độ sâu 800-2.500 m được ưa chuộng, và do có độ địa chấn thấp, độ dốc địa nhiệt thấp, mật độ đứt gãy thấp, và thời gian cư trú nước ngầm lâu. Các khu vực nhỏ hơn với tiềm năng tốt nằm giữa Zürich và St. Gallen. Ngược lại, miền tây Thụy Sĩ, Jura và SMB phía nam có tiềm năng kém hơn đáng kể. Xét riêng các phần của các tầng nước có tiềm năng trên 0,6, công suất lưu trữ lý thuyết và hiệu quả của lưu vực được ước tính lên tới 2.680 triệu tấn CO2.
Từ khóa
#lưu giữ CO2 #địa chất sâu #Thụy Sĩ #lưu vực Molasse #tầng nước mặn #tiềm năng lưu trữTài liệu tham khảo
Abrahamson, N. (2000). State of the practice of seismic hazard evaluation. In: Proceedings of GeoENG, pp. 19–24.
Abrahamson, N., Coppersmith, K.J., Koller, M., Roth, P., Sprecher, C., Toro, G.R., Youngs, R. (2004). Probabilistic seismic hazard analysis for swiss nuclear power plant sites (PEGASOS Project) (358 pp.). Final Rep. Swissnuclear (Swisselectric), Bern.
Akinfiev, N. N., & Diamond, L. W. (2010). Thermodynamic model of aqueous CO2–H2O–NaCl solutions from −22 to 100°C and from 0.1 to 100 MPa. Fluid Phase Equilibria, 295, 104–124.
Allenbach, R. P., & Wetzel, A. (2006). Spatial patterns of Mesozoic facies relationships and the age of the Rhenish Lineament: A compilation. International Journal of Earth Sciences, 95, 803–813.
Bachu, S. (2003). Screening and ranking of sedimentary basins for sequestration of CO2 in geological media in response to climate change. Environmental Geology, 44, 277–289.
Bachu, S., & Adams, J. J. (2003). Sequestration of CO2 in geological media in response to climate change: Capacity of deep saline aquifers to sequester CO2 in solution. Energy Conversion and Management, 44, 3151–3175.
BAFU. (2010). Emissionen nach CO 2 -Gesetz und Kyoto-Protokoll (Version 15.04.2010) (p. 11). Bern: Bundesamt für Umwelt BAFU.
Beaujard, C., Signorelli, S., Kohl, T. (2006). Evaluation du potentiel géothermique suisse, rapport annuel 2006. Swiss Geophysical Commission, 18 pp.
Beaujard, C., Signorelli, S., Kohl, T. (2007). Evaluation du potentiel géothermique suisse, rapport 2007. Swiss Geophysical Commission, 5 pp.
Benson, S. M., & Cole, D. R. (2008). CO2 sequestration in deep sedimentary formations. Elements, 4, 325–331.
Benson, S. M., & Surles, T. (2006). Carbon dioxide capture and storage: An overview with emphasis on capture and storage in deep geological formations. Proceedings IEEE, 94, 1795–1805.
Biehler, D., Schmassmann, H., Schneemann, K., Sillanpää, J. (1993). Hydrochemische Synthese Nordschweiz: Dogger-, Lias-, Keuper- und Muschelkalk-Aquifere. Nagra Technischer Bericht NTB 92-08 (410 pp). Wettingen: Nagra.
Bodmer, P., & Rybach, L. (1985). Heat flow maps and deep ground water circulation: Examples from Switzerland. Journal of Geodynamics, 4, 233–245.
Bouzelboudjen, M., Kiraly, L., Kimmeier, F., Zwahlen, F. (1997). Geological and hydrogeological profiles. Part 2. Hydrogeology (3 pp.). Bern: Landeshydrologie und -geologie, BAFU, Plate 8.
Brink, H. J., Burri, P., Lunde, A., & Winhard, H. (1992). Hydrocarbon habitat and potential of Swiss and German Molasse Basin—A comparison. Eclogae Geologicae Helvetiae, 85, 715–732.
Büchi, U. P., Lemcke, K., Wiener, G., & Zimdars, J. (1965). Geologische Ergebnisse der Erdölexploration auf das Mesozoikum im Untergrund des schweizerischen Molassebeckens. Bulletin der Vereinigung schweizerischer Petroleum-Geologen und -Ingenieure, 32, 7–38.
Chadwick, A., Arts, R., Bernstone, C., May, F., Thibeau, S., & Zweigel, P. (Eds.). (2008). Book Best practice for the storage of CO 2 in saline aquifers: Observations and guidelines from the SACS and CO 2 STORE projects (p. 267). Nottingham: British Geological Survey.
COM. (2008). Proposal for a directive of the European parliament and of the council on the geological storage of carbon dioxide and amending Council Directives (p. 48). Brussels: Commission of the European Communities.
Diebold, P., Naef, H., Ammann, M. (1991). Zur Tektonik der zentralen Nordschweiz. Interpretation aufgrund regionaler Seismik, Oberflächengeologie und Tiefbohrungen Technischer Bericht 90-04 (277 pp). Wettingen: Nagra.
Giardini, D., Wiemer, S., Fäh, D., Deichmann, N., Sellami, S., & Jenni, S. (2004). Seismic Hazard Assessment 2004 (p. 81). Zurich: Swiss Seismological Service.
Gorin, G. E., Morend, D., & Pugin, A. (2003). Bedrock, quaternary sediments and recent fault activity in central Lake Neuchâtel, as derived from high-resolution reflection seismics. Eclogae Geologicae Helvetiae, 96, 3–10.
Gorin, G. E., Signer, C., & Amberger, G. (1993). Structural configuration of the western Swiss Molasse Basin as defined by reflection seismic data. Eclogae Geologicae Helvetiae, 86, 693–716.
Gunter, W. D., & Perkins, E. H. (1993). Aquifer disposal of CO2-rich gases—reaction design for added capacity. Energy Conversion and Management, 34, 941–948.
Gwinner, M. (1971). Geologie der Alpen. Stratigraphie, Paläogeographie, Tektonik (477 pp.) E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung.
Harrison, W. J., Wendlandt, R. F., & Sloan, E. D. (1995). Geochemical interactions resulting from carbon dioxide disposal on the seafloor. Applied Geochemisty, 10, 461–475.
Hepple, R. P., & Benson, S. M. (2005). Geologic storage of carbon dioxide as a climate change mitigation strategy: Performance requirements and the implications of surface seepage. Environmental Geology, 47, 576–585.
Holloway, S. (1997). An overview of the underground disposal of carbon dioxide. Energy Conversion and Management, 38, S193–S198.
IEA-GHG. (2009). Development of storage coefficients for CO 2 storage in deep saline formations (118 pp). Technical study report 2009/13. Stoke Orchard (UK): IEA Greenhouse Gas R&D Programme.
IPCC. (2005). IPCC special report on carbon dioxide capture and storage. In: Prepared by working group III of the intergovernmental panel on climate change (442 pp). Cambridge, United Kingdom and NewYork, NY, USA: Cambridge University Press.
Jenny, J., Burri, J.-P., Muralt, R., Pugin, A., Schegg, R., Ungemach, P., et al. (1995). Le forage géothermique de Thônex (Canton de Genève): Aspects stratigraphiques, tectoniques, diagénétiques, géophysiques et hydrogéologiques. Eclogae Geologicae Helvetiae, 88, 365–396.
Jordan, P. (2007). Sammelprofile der Sedimentgesteine der verschiedenen geologisch-tektonischen Einheiten der Schweiz. Arbeitsbericht NAB 07-35 (103 pp). Wettingen: Nagra.
Kastrup, U., Deichmann, N., Frohlich, A., & Giardini, D. (2007). Evidence for an active fault below the northwestern Alpine foreland of Switzerland. Geophysical Journal International, 169, 1273–1288.
Kastrup, U., Zoback, M.L., Deichmann, N., Evans, K.F., Giardini, D., Michael, A.J. (2004). Stress field variations in the Swiss Alps and the northern Alpine foreland derived from inversion of fault plane solutions. Journal of Geophysical Research 109(B1). doi:10.1029/2003JB002550B01402.
Keller, B. (1992). Hydrogeologie des schweizerischen Molasse-Beckens: Aktueller Wissensstand und weiterführende Betrachtungen. Eclogae Geologicae Helvetiae, 85, 611–651.
Kharaka, Y. K., Cole, D. R., Hovorka, S. D., Gunter, W. D., Knauss, K. G., & Freifeld, B. M. (2006). Gas-water-rock interactions in Frio Formation following CO2 injection: Implications for the storage of greenhouse gases in sedimentary basins. Geology, 34, 577–580.
Kimmeier, F., Perrochet, P., Andrews, R., Kiraly, L. (1985). Simulation par Modèle Mathématique des Ecoulements Souterrains entre les Alpes et la Forêt Noire – Partie A: Modèle Régional – Partie B: Modèle Local (Nord de la Suisse). Nagra Technischer Bericht NTB 84-50 (190 pp). Wettingen: Nagra.
Küpfer, T., Hufschmied, P., & Pasquier, F. (1989). Hydraulische Tests in Tiefbohrungen der Nagra. Nagra informiert, 11, 3–4.
Lahusen, P. H. (1992). Hydrocarbon exploration in the Swiss Molasse Basin. Eclogae Geologicae Helvetiae, 85, 707–714.
Laubscher, H. (1961). Die Fernschubhypothese der Jurafaltung. Eclogae Geologicae Helvetiae, 54, 221–281.
Lindeberg, E. & Bergmo, P. (2002). The long-term fate of CO2 injected into an aquifer. In: Proceedings of 6th international conference on greenhouse gas technologies, pp. 6, Kyoto.
Lohr, J. (1967). Die seismischen Geschwindigkeiten in der Ostschweiz. Bulletin der Vereinigung schweizerischer Petroleum-Geologen und -Ingenieure, 34, 29–38.
Mao, S. D., & Duan, Z. H. (2009). The viscosity of aqueous alkali-chloride solutions up to 623 K, 1000 bar, and high ionic strength. International Journal of Thermophysics, 30, 1510–1523.
Matter, A., Peters, T., Bläsi, H.-R., Schenker, F., Weiss, H. P. (1988). Sondierbohrung Schafisheim. Geologie, Textband. Nagra Technischer Bericht NTB 86-03(321 pp). Wettingen: Nagra.
Mazurek, M., Hurford, A. J., & Leu, W. (2006). Unravelling the multi-stage burial history of the Swiss Molasse Basin: Integration of apatite fission track, vitrinite reflectance and biomarker isomerisation analysis. Basin Research, 18, 27–50.
Mazurek, M. & Peters, T. (1992). Petrographie des kristallinen Grundgebirges der Nordschweiz und Systematik der herzynischen Granite. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen 11–35.
Michard, G., Pearce, J. M., & Gautschi, A. (1996). Chemical evolution of waters during long term interaction with granitic rocks in northern Switzerland. Applied Geochemistry, 11, 757–774.
Micholet, J. (1992). Le puits de Thoune: Forage d’exploration pétrolière en Suise, Consortium Pétrolier Fribourgeois et Bernois. Bulletin der Vereinigung schweizerischer Petroleum-Geologen und -Ingenieure, 58, 23–32.
Mosar, J. (1999). Present-day and future tectonic underplating in the western Swiss Alps: reconciliation of basement–wrench-faulting and décollement folding of the Jura and Molasse basin in the Alpine foreland. Earth and Planetary Science Letters, 173, 143–155.
Müller, W. H., Naef, H., & Graf, H. R. (2002). Geologische Entwicklung der Nordschweiz, Neotektonik und Langzeitszenarien Zürcher Weinland. (p. 237). Nagra: Technischer Bericht 99–08.
Muralt, R., Vuataz, F., Schönborn, G., Sommaruga, A., & Jenny, J. (1997). Intégration des méthodes hydrochimiques, géologiques et géophysiques pour la prospection d’une nouvelle ressource en eau thermale. Cas d’Yverdon-les-Bains, pied du Jura. Eclogae Geologicae Helvetiae, 90, 179–197.
Naef, H. (2006). Stratigraphie, Mächtigkeit und Lithofazies der mesozoischen Formationen in der Nordschweiz. Eine Kompilation von Bohrungen, Übersichts- und Aufschlussprofilen. Arbeitsbericht NAB 06-26 (71 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (1985). Sondierbohrung Böttstein. Untersuchungsbericht. Textband. Nagra Technischer Bericht NTB 85-01 (190 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (1988). Sedimentstudie - Zwischenbericht 1988. Möglichkeiten zur Endlagerung langlebiger radioaktiver Abfälle in den Sedimenten der Schweiz. Technischer Bericht 88-25 (40 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (1989). Sondierbohrung Weiach - Untersuchungsbericht. Technischer Bericht 88-08 (438 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (1990). Sondierbohrung Riniken - Untersuchungsbericht. Technischer Bericht 88-09 (125 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (1991). Sondierbohrung Leuggern. Untersuchungsbericht. Textband. Nagra Technischer Bericht NTB 88-10 (168 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (2002). Projekt Opalinuston—Synthese der geowissenschaftlichen Untersuchungsergebnisse—Entsorgungsnachweis für abgebrannte Brennelemente, verglaste hochaktive sowie langlebige mittelaktive Abfälle. Technischer Bericht 02-03 (659 pp). Wettingen: Nagra.
Nagra. (2008). Vorschlag geologischer Standortgebiete für das SMA- und das HAA-Lager. Geologische Grundlagen. Nagra Technischer Bericht NTB 08-04 (439 pp). Wettingen: Nagra.
Oelkers, E. H., Gislason, S. R., & Matter, J. (2008). Mineral carbonation of CO2. Elements, 4, 333–337.
Pearson, F. J., Balderer, W., Loosli, H. H., Lehmann, B. E., Matter, A., Peters, T., et al. (1991). Applied isotope hydrogeology: A case study in Northern Switzerland (p. 460). Amsterdam: Elsevier Scientific Publishers.
Peters, T., Matter, A., Meyer, J., Isenschmid, C., Ziegler, H. J. (1989). Sondierbohrung Kaisten. Geologie, Textband Nagra Technischer Bericht NTB 86-04 (286 pp). Wettingen: Nagra.
Pfiffner, A., Erard, P.-F., & Stäuble, M. (1997). Two cross sections through the Swiss Molasse Basin (lines E4–E6, W1, W7–W10). In A. Pfiffner, P. Lehner, P. Heitzmann, S. Mueller, & A. Steck (Eds.), Deep structure of the Swiss Alps. Results of NRP 20 (pp. 64–72). Basel: Birkhäuser.
Portier, S., & Rochelle, C. (2005). Modelling CO2 solubility in pure water and NaCl-type waters from 0 to 300°C and from 1 to 300 bar: Application to the Utsira formation at Sleipner. Chemical Geology, 217, 187–199.
Ramseyer, K. (1987). Diagenese des Buntsandsteins und ihre Beziehung zur tektonischen Entwicklung der Nordschweiz. Eclogae Geologicae Helvetiae, 80, 383–395.
Rybach, L. (1992). Geothermal potential of the Swiss Molasse Basin. Eclogae Geologicae Helvetiae, 85, 733–744.
Rybach, L., Büchi, U. P., Bodmer, P., Griesser, J.-C., Israng, L., Kappeler, S., et al. (1981). Geothermische Datensynthese der Schweiz. Schriftreihe des Bundesamtes für Energiewirtschaft, Studie Nr. 26 (p. 122). Bern: Bundesamt für Energiewirtschaft.
Rybach, L., Eugster, W., & Griesser, J.-C. (1987). Die Geothermische Verhältnisse in der Nordschweiz. Eclogae Geologicae Helvetiae, 80, 521–534.
Schegg, R., Cornford, C., & Leu, W. (1999). Migration and accumulation of hydrocarbons in the Swiss Molasse Basin: Implications of a 2D basin modeling study. Marine and Petroleum Geology, 16, 511–531.
Schegg, R., & Leu, W. (1998). Analysis of erosion events and paleogeothermal gradients in the North Alpine Foreland Basin of Switzerland. In: S. J. Düppenbecker, & J. E. Iliffe (Eds.), Basin modelling: Practice and progress (pp. 137–155). Geological Society Special Publication no. 141.
Schegg, R., Leu, W., Cornford, C., & Allen, P. A. (1997). New coalification profiles in the Swiss Molasse Basin: Implications for the thermal and geodynamic evolution of the Alpine Foreland. Eclogae Geologicae Helvetiae, 90, 79–96.
Schmassmann, H. (1990). Hydrochemische Synthese Nordschweiz: Tertiär- und Malm-Aquifere. Nagra Technische Bericht NTB 88-07 (244 pp). Wettingen: Nagra.
Schmassmann, H., Balderer, W., Kanz, W., Pekdeger, A. (1984). Beschaffenheit der Tiefengrundwässer in der zentralen Nordschweiz und angrenzenden Gebieten. Nagra Technischer Bericht NTB 84-21 (335 pp). Wettingen: Nagra.
Schmassmann, H., Kullin, M., Schneemann, K. (1992). Hydrochemische Synthese Nordschweiz: Buntsandstein-, Perm-, und Kristallin-Aquifere. Nagra Technischer Bericht NTB 91-30 (493 pp). Wettingen: Nagra.
Schrader, F. (1988). Das regionale Gefüge der Drucklösungsdeformation an Geröllen im westlichen Molassebecken. Geologische Rundschau, 77, 347–369.
SFOE. (2007). Energy perspectives for 2035. Management summary (p. 20). Bern: Swiss Federal Office of Energy (SFOE).
Signer, C., & Gorin, G. E. (1995). New geological observations between the Jura and the Alps in the Geneva Area, as derived from reflection seismic data. Eclogae Geologicae Helvetiae, 88, 235–265.
Signorelli, S., & Kohl, T. (2006). Geothermischer Ressourcenatlas der Nordschweiz. Gebiet des nördlichen Schweizer Mittellandes (96 pp). Beiträge zur Geologie der Schweiz. Schweizerische Geophysikalische Kommission.
Solomon, S. (2007). Carbon dioxide storage: Geological security and environmental issues—Case study on the Sleipner gas field in Norway (p. 126). Oslo: Environmental Foundation Bellona.
Sommaruga, A. (1997). Geology of the Central Jura and the Molasse Basin: New Insight into an Evaporite-Based Foreland Fold and Thrust Belt. Unpub. PhD Thesis (176 pp). Neuchâtel: Université de Neuchâtel.
Sommaruga, A. (1999). Décollement tectonics in the Jura foreland fold and thrust belt. Marine and Petroleum Geology, 16, 11–134.
Sommaruga, A. & Eichenberger, U. (2010). Elevation maps and vertical thickness maps, enclosures 5 and 6. In: U. Eichenberger, A. Sommaruga, F. Marillier (Eds.), Seismic Atlas of the Swiss Molasse Basin. Swiss Geophysical Commission and Swiss Federal Office of Topography, Swiss Geological Survey. http:\\www.sgpk.ethz.ch.
Span, R., & Wagner, W. (1996). A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa. Journal of Physical & Chemical Reference Data, 25, 1509–1596.
Thouvenot, F., Frechet, J., Tapponnier, P., Thomas, J. C., Le Brun, B., Menard, G., et al. (1998). The M-L 5.3 Epagny (French Alps) earthquake of (1996 July 15: A long-awaited event on the Vuache Fault. Geophysical Journal International, 135, 876–892.
Thury, M., Gautschi, A., Mazurek, M., Müller, W.H., Naef, H., Pearson, F.J., Vomvoris, S., Wilson, W. (1994). Geology and Hydrogeology of the Crystalline Basement of Northern Switzerland. Technical Report 93-01 (400 pp). Wettingen: Nagra.
Toth, J. (1995). Hydraulic conductivity in large sedimentary basins. Hydrogeology Journal, 3, 4–16.
Trümpy, R. (1980). Geology of Switzerland: a guide-book. Part A: An outline of the geology of Switzerland (p. 104). Basel: Wepf & Co. Publishers.
US-DOE. (2008). Carbon sequestration atlas of the United States and Canada (2nd ed., p. 139). USA: Department of Energy.
Vollmayr, T. (1992). Strukturelle Ergebnisse der Kohlenwasserstoffexploration im Gebiet von Thun, Schweiz. Eclogae Geologicae Helvetiae, 85, 531–539.
Vollmayr, T., & Wendt, A. (1987). Die Erdgasbohrung Entlebuch 1, ein Tiefenaufschluss am Alpennordrand. Bulletin der Vereinigung schweizerischer Petroleum-Geologen und -Ingenieure, 53, 67–79.
Vuataz, F. (1982). Hydrogéologie, géochimie et géothermie des eaux thermales de Suisse et des région alpines limitrophes. Matériaux Pour la Géologie de la Suisse, Série Hydrologie, 29, 174.
Wildenborg, T., Holloway, S., Hendriks, C., Kreft, E., Lokhorst, A., Brook, M., Brandsma, R., Egberts, P., Larsen, M. (2005). Building the cost curve of CO 2 storage: European sector (162 pp). Netherlands: IEA GHG and Institute of Applied Geoscience TNO.
Xu, T. F., Apps, J. A., & Pruess, K. (2004). Numerical simulation of CO2 disposal by mineral trapping in deep aquifers. Applied Geochemistry, 19, 917–936.