德干高原火山岩相非均质性对CO2封存的影响评估：基于浦那-纳西克地区与Killari-1钻孔的案例研究

本研究针对印度德干高原火山岩CO2封存潜力评估的关键科学问题，通过野外调查与Killari-1钻孔取样，结合氦孔隙度测定与微CT成像技术，首次揭示了熔岩流三带结构（UVZ/MCZ/LVZ）中孔隙-裂缝系统的非均质性特征，建立离散裂缝网络（DFN）模型量化渗透率差异，提出基于ECO2的三种封存情景方案，为发展中国家基性岩碳封存提供重要理论依据。

　　

全球气候变暖背景下，碳捕集与封存（CCS）技术成为应对温室气体排放的关键策略。作为世界第三大碳排放国，印度70%的能源依赖煤炭，如何在保障经济发展的同时实现减排目标？德干暗色岩（Deccan Traps）——这片覆盖50万平方公里的巨型火成岩省，因其富含钙镁铁等二价阳离子的玄武岩特性，被视作矿物碳化（Mineral Carbonation）的理想场所。然而，这片地质宝库虽经百年研究，其CO₂封存潜力却始终缺乏系统性评估，特别是熔岩流内部复杂的孔隙-裂缝系统如何影响封存效率，成为制约CCS技术应用的核心瓶颈。

印度科学教育研究院博帕尔分校（IISER Bhopal）联合CSIR-NGRI等机构的研究团队，选择德干高原主板块（MDP）的浦那-纳西克地区及Killari-1钻孔展开突破性研究。通过野外实测发现，该区域占主导的复合熔岩流呈现典型三带结构：上部多孔带（UVZ）、下部多孔带（LVZ）及夹于二者间的致密核部带（MCZ）。其中核部带的裂缝发育程度直接决定流体连通性，而多孔带的杏仁孔填充状况则显著影响孔隙度分布。研究团队创新性地采用氦孔隙度测定与微CT扫描双轨验证法，发现未填充多孔玄武岩孔隙度可达15%以上，但连通孔隙度不足导致渗透率极低；而裂缝发育区通过离散裂缝网络（DFN）建模显示渗透率提升两个数量级。基于此建立的三种封存情景模型（低/基准/高案例）表明，德干高原理论封存容量可达150亿吨CO₂，相当于支撑印度2070年碳中和目标的战略储备。

关键技术方法包括：1）浦那-纳西克地区典型熔岩流剖面测绘与Killari-1钻孔327米岩芯取样；2）氦孔隙度测定仪与微CT扫描仪对比分析孔隙结构；3）基于野外数据的DFN模型构建；4）结合区域地温梯度（30°C/km）与岩石体积计算的ECO₂封存效率评估。

【熔岩流三带结构特征】
Piranghut Ghat露头显示，Flow 2熔岩流UVZ发育毫米级气泡群，LVZ含厘米级杏仁孔，MCZ则呈现正交裂缝网络。这种"三明治"结构导致垂向渗透率各向异性，核部裂缝成为CO₂运移的关键通道。

【孔隙度分布规律】
氦孔隙度数据显示：80%致密样品孔隙度<5%，10件填充多孔样品达5-15%，仅3件未填充样品>15%。微CT揭示传统方法可能高估孤立孔隙的实际封存贡献，强调连通孔隙度的核心价值。

【封存容量模拟】
考虑厚度变化（图17）与孔隙度分级（图12），基准情景下MDP封存容量为45-75亿吨，若采用CarbFix项目的18.8 kg/m³ ECO₂参数，理论封存潜力可提升至150亿吨。

这项发表于《Geoenergy Science and Engineering》的研究，首次系统论证了德干玄武岩非均质性对CCS的影响机制。其重要意义在于：1）建立熔岩流形态-孔隙参数-封存效率的定量关系，填补了发展中国家基性岩CCS评价体系空白；2）揭示裂缝网络对渗透率的控制作用，为未来CO₂注入井位优选提供地质依据；3）提出的多方法交叉验证框架，为全球其他火成岩省CCS评估树立新范式。正如通讯作者Nimisha Vedanti强调的，这项研究"虽不能代表整个德干省，但为印度碳中和技术路线图埋下了关键的地质锚点"。