地震活跃区二氧化碳封存风险评估：新西兰塔拉纳基盆地Maui-A气田的CO2羽流预测与断层泄漏分析

针对地震活跃区CO2封存的安全性问题，研究人员通过高分辨率盆地建模和3D地震分析，模拟了新西兰Maui-A气田的CO2注入场景（3 Mt/年，持续80年）。研究发现储层非均质性和断层活动是泄漏风险的关键因素，为地震带碳封存提供了重要风险评估框架。

　　

在全球应对气候变化的背景下，碳捕集与封存（CCS）技术被视为减少工业CO₂排放的关键手段。然而，地震活跃区的CO₂封存面临独特挑战——断层活动和储层非均质性可能引发泄漏风险。新西兰塔拉纳基盆地的Maui-A气田正位于这样的高风险区域：作为该国最大的近海天然气田，其储层被多条断层切割，且邻近能引发8级以上地震的Hikurangi俯冲带。如何评估这类区域的封存安全性？来自国外研究机构的Karsten Friedrich Kroeger团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究，通过创新性整合盆地建模与地震数据，首次系统量化了该区域的CO₂封存潜力与断层泄漏风险。

研究采用三大关键技术：1）基于PetroMod软件的3D盆地建模，模拟CO₂在2800-3000米深储层中的多相流动；2）3D地震振幅反演，解析储层非均质性（渗透率8000 mD至0.2 mD）；3）断层应力分析，结合历史地震数据评估断层活化风险。特别值得注意的是，模型覆盖了从白垩纪至今的完整沉积序列，而非仅关注储层局部，这种全盆地视角能更准确预测压力传递效应。

【储层非均质性的关键作用】
通过对比均质与异质储层模型发现：在潮汐砂坪与泻湖沉积交替的Mangahewa组储层中，薄层高渗砂岩（10 m厚）使CO₂横向迁移速度提高40%，导致羽流范围比均质模型扩大1.8倍。而添加北-向河道系统的情景3模型显示，此类高渗通道（10 Darcy）会显著扭曲羽流形态，使CO₂在20年内即抵达构造闭合边界。

【断层泄漏的双重风险】
模型预测当Cape Egmont断层（CEF）发生MW>7地震时，其伴生小断层（倾向10-30°E）可能因临界应力状态（滑动倾向0.47±0.17）被激活。地震数据显示这些断层已有气体运移痕迹——上覆Sw Sands层中出现反向极性振幅异常，与模型预测的泄漏路径（断层3/4/7）高度吻合。尽管自然条件下泄漏量有限（约0.01%/年），但注入压力升高或地震事件可能使泄漏速率激增100倍。

【封存安全的时间维度】
模拟80年注入240 Mt CO₂的情景表明：前40年羽流主要受储层架构控制，后期则受断层主导。溶解态CO₂通过扩散仅迁移至游离相羽流外围，但若断层开放持续4年以上，超临界CO₂可穿透1200米上覆层直达海底。不过，模型也显示Turi组盖层（毛细管压力>12 MPa）能有效阻挡游离相泄漏，这解释了为何原始气藏能封存6.5 TCF天然气。

这项研究开创性地将地质历史分析与现代监测技术结合，揭示地震带CO₂封存需重点关注三点：1）沉积构型对羽流分布的长期影响；2）断层-流体压力耦合效应；3）盖层完整性动态评估。其建立的"地震-断层-羽流"三维风险评估框架，不仅为新西兰正在制定的CCS法规提供科学依据，更为日本、印尼等环太平洋地震带的碳封存项目树立了技术标杆。未来需通过井下光纤传感和4D地震监测，进一步验证模型预测的断层活化阈值与泄漏通量。