一、天然二氧化碳气田成藏条件与二氧化碳地质储存
1.天然二氧化碳气田盖层多为大厚度泥岩
中国数个典型中新生代CO2气田成藏条件研究发现，区域性盖层为早白垩世—上新世和第四纪泥岩，厚度多大于100m，空间分布广且稳定，无断层切穿(表7－4)。进而为中国成岩程度较低的新生代沉积盆地CO2地质储存选址评价提供了参考依据。
表7－4中国中新生代沉积盆地天然CO2气田保存条件统计表
统计资料表明，中国中新生代沉积盆地CO2气田基本相同的共性是，区域性泥岩盖层厚度大于100m，之下各储层之间的直接盖层使各储气层之间互不连通，封闭性均好。
松辽盆地万金塔CO2气田产于下白垩统泉头组一、二、三段，最浅埋深为774.5～843.8m，泉三段上部泥岩层尤为发育，约占地层厚度60%以上;上白垩统青山口组深湖—浅湖相泥岩，横向分布稳定，岩性致密，渗透性差，厚度大于100m，是CO2不可逾越的良好区域性盖层。
济阳坳陷新生界CO2气藏盖层以泥质岩类为主，其次是致密砾岩。渐新统沙三段、沙一段和新近系馆陶组上部至明化镇组下部泥质岩集中层段是CO2气藏最重要的三大区域性盖层。花17井CO2气藏渐新统沙三段中部泥岩段盖层厚约为100m。
黄桥CO2气田区域性盖层为上白垩统浦口组中、上部厚达400m的含膏泥岩(K2p)，直接盖层为各储层之上的塑性泥岩层。区域性盖层地质构造简单，平坦宽缓，断裂不发育。断层一般不穿越盖层，只有少数长期活动的继承性断裂，从基底延伸到上白垩统顶部，但上部盖层保存完好。上白垩统浦口组中、上部含膏泥质岩，十分致密，分布广，普遍发育，且厚度大，为良好的区域性盖层。盐城组盖层岩性主要是泥质岩，地层厚度大于60m，分布广泛，岩性稳定，是新生界气藏的直接盖层，是苏北盆地气藏的最后一套盖层，对所有气藏及不同时代圈闭均有重要的封盖作用。此外，气藏上方局部盖层也相当发育，它们对气藏的封盖和保存具有重要的作用。新近系和第四系盖层累计厚度400～500m。
已知三水盆地CO2气藏的区域性盖层是始新统布二段(E2b2)和布三段(E2b3)泥岩、灰质泥岩。布二段泥岩分布面积约1100km2，厚度50～150m，盆地北部洼陷区厚度增大，为100～200m，分布面积350km2，是布二段及以下层位CO2气藏的区域性盖层。
2.天然二氧化碳气田储层条件良好
中国中新生代沉积盆地CO2气田CO2均以超临界状态埋深于774.5～1410m，主力储层时代及岩性为早白垩世—上新世砂岩，多为高孔、高渗储层。
松辽盆地万金塔CO2气田产于下白垩统泉头组一、二、三段，主力储层为下白垩统泉三段砂岩，万1井砂层累计厚度32.4m，单层厚度5m以上。孔隙度平均为18.9%，渗透率平均23×10－3μm2，属良好的储层。
济阳坳陷新生界CO2气藏储层主要为渐新统沙四段和沙一段碳酸盐岩储层和陡坡带水下扇和扇三角洲砂体储层，新近系河流相砂岩也表现出良好的储集性能。渐新统沙四段上部生物礁—滩白云岩厚度30～49.5m，岩石结构疏松，孔隙度35.8%～42.9%，空气渗透率0.1～0.38×10－3μm2，有效渗透率最高达6.4×10－3μm2。
黄桥CO2气田浅部新近系盐城组(N1y)含气层系，储层为盐城组河流边滩相透镜状砂体，埋深约378m，岩石胶结疏松，平均孔隙度为35%，渗透率大于100×10－3μm2，物性佳。
三水盆地CO2气田主要产于始新统布心组二段灰岩(E2b2)和布心组三段砂岩(E2b3)储层内，以布心组三段砂岩(E2b3)为主，气田埋深1161.4～1632m。布心组三段砂岩(E2b3)，总厚度58～88.5m，单层厚度8～10m，岩性为细砂、中砂及含砾砂岩。布心组二、三段孔隙度10%～14%，渗透率50～470×10－3μm2。
3.天然二氧化碳气田圈闭与断层封闭性好
中国中新生代沉积盆地CO2气田具有多种类型、圈闭较好的构造。尽管断裂发育，但控制气田圈闭的断层均具良好的封闭性。
松辽盆地万金塔CO2气田圈闭为一被断层复杂化的穹隆状背斜，断层构造发育，规模不一，以NE向正断层为主，延伸十几公里，断开层位主要为侏罗系至青山口组底层。其中，Ⅰ、Ⅱ号主干断层长期活动，控制了CO2的运移和聚集。
济阳坳陷中部地区所处构造单元自前古近系基底到沉积盖层，经历了多次构造运动和多期沉积后，在不同层系中形成了不同类型的圈闭。其圈闭类型可划分为构造、地层、岩性和混合型圈闭4大类18个亚类(杜灵通等，2007)。目前发现的非烃类气藏的圈闭类型占3大类4个亚类。平方王气藏为地层型不整合圈闭，平南气藏、阳2、阳5气藏为地层型古潜山圈闭，花沟7井为构造型背斜圈闭，高青气藏、阳25井气藏为混合型构造－岩性圈闭。不同类型的良好圈闭广泛分布，十分有利于CO2的聚集与成藏。
黄桥CO2气田具深部和浅部两套含气层系。深部泥盆系五通组(D3w)、石炭系船山组(C3c)及黄龙组(C2h)和二叠系栖霞组(P1q)CO2气藏属背斜构造圈闭，侧向上被多组断层封闭，埋深1800～2300m。背斜构造圈闭轴向NNE，并向NE向倾伏。背斜长轴长约150km，宽约10km。背斜的形成和演化经历了早期(印支期—燕山早、中期)推覆、逆掩和晚期拉张过程。早期推覆构造奠定了黄桥背斜的基本形态，是发育于高家边组页岩滑脱层之上的拆离构造，具有北陡南缓，上部(上古生界)褶皱曲率大，下部曲率小，并消失于滑脱面的特征。晚期的拉张作用将已有逆掩断层改造为重力断层，使背斜上部呈“地垒”的形态。
浅层构造呈近南北向的卵圆形构造，长轴长约1200m，短轴长约600m，闭合高度7m，闭合面积0.72km2。属岩性－构造(差异压实)复合型圈闭。
三水盆地CO2气藏的圈闭类型主要有被断层复杂化的断背斜及断块圈闭、岩性圈闭和古潜山等三类。该区与断层相关的圈闭非常发育，受断裂控制的圈闭占总圈闭80%以上。控制这些断层伴生圈闭的断裂，早期为岩浆及CO2运移通道，后期活动性减弱或停止活动，演化为封闭性断层，从而为CO2运聚成藏提供了聚集空间及场所。
4.天然二氧化碳气田具较高的地温梯度和热流值
中国中新生代沉积盆地CO2气田均具较高的地温梯度和热流值，不适宜CO2地质储存。松辽盆地万金塔幔源型CO2气藏均主要集中在高热流地温场区带。德惠凹陷及邻区30口井地温统计资料表明，地温梯度为(3.0～6.1)℃/100m，平均为4.2℃/100m，热流值较高，平均为7.12μJ/(cm2·s)。济阳坳陷地温梯度为(3.6～4.0)℃/100m，为地热异常区。三水盆地地温梯度为3.13℃/100m，地表年平均温度为21.5℃。
黄骅坳陷CO2气田地温梯度明显高于周边隆起带，与莫霍面在坳陷区的镜向突起相对应。而坳陷区内地温异常分布于NE向孔东断裂带、港西—港东断裂带、北堡断裂带，相对于NW向徐庄子断裂及海河断裂出现串珠状热异常，黄骅环状断裂带、徐庄子断裂与港西断裂和沈青庄断裂交汇部位、北堡断裂和柏各庄断裂交汇部位及增福台－滨海断裂交汇部位分别形成局部高异常中心，并与深源CO2异常中心相对应。
二、二氧化碳突出动态特征与二氧化碳地质储存
民和盆地窑街煤矿于1977、1978年发生过两次CO2突出事件。突出区CO2含量自1977年至今一直保持稳定，均在85%以上，表明突出区下部有一个相当稳定而丰富的补给区，且CO2源较为单一。窑街煤田两次CO2气体突出点和三个高CO2气藏均分布在靠近F19断裂带的西侧，CO2含量的变化规律是，远离F19断裂带向西，CO2含量渐次降低(张虎权等，2005)。
窑街煤田突出区及高CO2气体区的气样分析结果表明(图7－26)，CO2气的碳、氧同位素组成具有如下特征(李兆兴等，1992);①突出区CO2的δ13C值介于－3.44～－6.15间，远离突出点，δ13C值降低，与CO2含量变化一致。②上述变化趋势与F19断裂带有关，即向西远离F19断裂带，δ13C值逐渐降低。③海石湾井田区的δ13C值也是如此，远离F19断裂带，δ13C值降低。④突出区CO2的δ13C值一直比较稳定，1978年CO2突出后取样分析，δ13C介于－0.55～－4.64间，平均为－3.34;20世纪90年代初期，对突出点再次进行采样，δ13C值分别为－4.89、－4.24和－4.01。
经与大气CO2及其他成因CO2的δ18O值、δ13C值，以及突出区邻区CO2的δ13C值比较，突出区CO2既与有机岩石(油页岩、煤、炭质泥岩)无关，也与烧变岩等不同，与其他不同存在形式的CO2的δ13C也不一致。
根据野外观测分析及同位素年代学数据，区内F19断裂在加里东期即已形成，历经华力西、印支和燕山期等构造期。同位素年龄资料表明古近－新近纪后期还有一次构造热事件，说明了这一断裂带一直在活动，断距达1000m以上。而海石湾井田区CO2的分布又与该区地热异常的分布一致。正是这种不断的构造活动，为地壳深部的CO2气体提供了上升通道，创造了CO2在煤层中富集的条件。超基性岩沿F19断裂带的侵入分布正是F19断裂带切割深部的佐证。
由上述可见，甘肃窑街煤矿CO2突出以来，突出区CO2含量自1977年至今一直保持稳定，均在85%以上，表明了突出区下部有一个相当稳定而丰富的补给区，表明该CO2气田CO2有持续产生和释放的趋势。
图7－26突出区CO2的δC值平面分布等值线图(据张虎权等，2005)
此外，万金塔CO2气藏成因系晚侏罗世岩浆活动形成的原始CO2气藏经后期改造重新再聚集的次生CO2气藏;黄桥深部火山幔源型CO2气藏形成于新近纪晚期及第四纪，运聚成藏时间非常短。尽管中国中新生代沉积盆地CO2气田运聚成藏时间较晚，以超临界状态赋存于圈闭内，在数百万年时间尺度，均未形成矿物，且有较高的气体压力，表明天然CO2气田不适宜CO2地质储存。
三、二氧化碳突出与二氧化碳地质储存
通过对吉林营城煤矿、甘肃窑街煤矿CO2突出原因分析发现，CO2突出区紧靠断裂构造，且断裂密集，破碎带宽，断裂相互交叉;隔层岩石破碎或有岩脉穿插，裂隙发育，构造变形强烈。人为原因均为掘进放炮所致。表明进行CO2地质储存选址时应避开盖层岩性条件差和断裂发育等地质缺陷部位。而掘进放炮所致的煤矿CO2突出则相当于CO2灌注时压力的急剧高低变化。
1.地层条件
营城煤田CO2突出区的煤系地层在成煤后都受到火成岩的切割和覆盖。火成岩沿深断裂侵入煤系地层，不仅为CO2突出提供了通道，而且也提供了发动突出的地应力。此外，砂岩、煤层和其他松软岩层也都可能发生CO2突出(董复文，1988)。
窑街煤田CO2突出区煤层煤质松软、层理紊乱，破坏类型均在Ⅲ类煤以上，其坚固性系数f≤0.5，具有极端的松软性和易碎性(郭斌武，2001)。突出区煤层发育密集而近于平行排列的裂隙，多斜交于层面，两条裂隙间距几毫米到几厘米;同时发育明显的层间揉皱构造。变形强烈地段受挤压、揉搓而片理化，多呈松散易碎的鳞片状，易坍塌垮落。
2.构造条件
1)营城煤田CO2突出区:营城煤田CO2突出区在煤田中沿F3和F2断层呈“条带形”分布，突出点均距井田边界主断裂F2断层不到500m，而沿F2断裂所发育的火山岩厚度最大。突出发生后，有关单位对突出现象、构造地质条件和气体的组分与CO2的碳同位素组成进行了研究，初步认为CO2源自火山岩，而被吸附聚集在胶岭石组地层及其破碎带中，且突出与F2断层关系密切(陶明信等，1992;董复文，1988)。
2)窑街煤田CO2突出区:窑街煤田CO2突出区发育两组断裂构造(郭斌武，2001)。第一组为走向NE—NEE向的断裂构造，特点是断距大，破碎带宽，对煤体破坏严重，沿走向延伸长度长，如F3、F4、F405、F3ed、F2、F2－1、F501等;第二组:为走向近SN，一般N15°W—N0°E的断裂，其落差相对更大，延伸距离短，破碎带更宽，对煤体破坏严重:如F512、F515、F5302、F5306、F607、F14、F605、F604、F15等。
上述断层在区域展布上处于有突出危险的范围内，断层组合呈叠瓦状，力学性质为扭性。由于大型断裂的牵引和扭错，次一级断裂和褶皱尤为发育，煤层挤压、扭搓变形强烈，煤体结构破坏严重，从而为CO2突出提供了断裂构造通道条件。
3.人为因素
窑街煤矿CO2突出发生于该矿皮带斜井1650北大巷施工过程中，在掘进至F605断层处时发生冒顶，1977年2月3日处理冒顶时突然发生CO2突出。1978年5月23日夜掘进至F504断层，24日零点放炮掘进，随炮声响起，大量CO2气体携煤、岩石同时突出，波及整个长13450m的巷道。当日24小时内突出CO2气体约24×104m3，“5.24”突出点位于被F604断层错开的主采煤层之间，距地表284.2m，距其东侧煤田主干断裂F19断裂带不到50m。
1975年6月13日，营城煤矿五井CO2突出点位于侏罗系煤二层和煤三层之间的砂岩中，系掘进放炮所诱发。1985年11月29日在与五井相邻的九井又因放炮诱发第二次CO2突出。研究表明，在CO2突出危险区域中，当掘进工作面处于围岩的力学强度不足以抵抗地应力和CO2压力时，就具备了CO2突出的条件。爆破震动是CO2突出的诱因。
综上所述，中国中新生代沉积盆地CO2气田皆由深大断裂控制，有持续的CO2气源补给，储层CO2压力高，腐蚀强烈，具较高的地温梯度和热流值，故不适宜进行CO2地质储存。