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CCUS（碳捕集、利用與封存）項目是通過捕集工業(yè)過程或能源生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳（CO?），然后將其利用或封存，以應(yīng)對氣候變化和實現(xiàn)碳中和目標的重要技術(shù)手段。在CCUS項目中，利用碳同位素（C13）檢測可以起到評估蓋層（caprock）的封閉有效性、識別和評估巖石層之間的氣串問題以及地表監(jiān)測等作用。

1、通過碳同位素評估蓋層的封閉有效性

初始碳同位素特征分析：在CCUS項目開始之前，會對封存層和蓋層的碳同位素特征進行詳細分析。這包括測定二氧化碳和蓋層巖石中碳同位素的組成，建立一個基準，用于后續(xù)的監(jiān)測和比較。

監(jiān)測蓋層完整性：在二氧化碳注入過程中和之后，通過定期取樣和分析地下水和蓋層巖石中的碳同位素組成，可以監(jiān)測二氧化碳是否泄漏。

冠德公司碳同位素檢測儀在某地A井監(jiān)測CCUS封存圖↓↓↓

CO?來源：

1、A組2500-2600m處表現(xiàn)出相對高滲層特征，CO?主體為CCUS注入氣，但是此處以下的地層注入CO?特征不明顯，說明CO?并非縱向擴散而來，應(yīng)為斷層調(diào)整后順層運移而來。

其他層段所見CO?同位素值在-15‰左右，處在有機和無機成因的邊緣。

2、B組3600-3700m鉆遇烴類明顯非本地生烴，具有相對偏高的烴類演化程度，表明該段存在外來烴類的運移。

3、烴類運移顯著層下部CO?同位素偏重，表現(xiàn)出偏CCUS注入氣特征。

2、通過碳同位素識別和評估巖石層之間的氣串問題

不同的碳源（如煤、石油、天然氣等）具有獨特的碳同位素組成，這可以被視為它們的“指紋”。通過分析注入的二氧化碳和不同地層中氣體的碳同位素組成，可以判斷二氧化碳是否發(fā)生了遷移。

⑴ 在儲層中，甲烷可能會與巖石礦物發(fā)生相互作用，如水巖反應(yīng)或吸附作用。這些過程可能導致碳同位素分餾，使得甲烷的碳同位素值變重。

⑵ 氣測值在后砂巖層段增大，但未在更淺的層段觀察到相同現(xiàn)象，這可能表明存在一個有效的蓋層，它阻止了氣體向上運移。如果封蓋層能夠阻止甲烷的運移，那么它也能有效地封存CO?。

C井甲烷碳同位素值在3000米附近迅速變重，氣測在后砂巖層段迅速增大，說明封蓋條件優(yōu)異，該層位也是封存二氧化碳的良好層位。

3、通過碳同位素進行地表監(jiān)測

在CCUS項目中，地表監(jiān)測是確保二氧化碳（CO?）封存安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。地表土壤中的氣體可以提供關(guān)于地下CO?運動的信息。通過采集土壤氣體樣本并分析其碳同位素組成，可以檢測到是否有封存的CO?泄漏至地表。如果檢測到與注入的CO?具有相似碳同位素特征的氣體，這可能表明存在泄漏。

碳同位素檢測在CCUS項目中扮演著關(guān)鍵角色，不僅有助于優(yōu)化和改進技術(shù)，加強我們對CCUS項目全過程的監(jiān)控和了解，提高項目的可靠性和環(huán)境安全性，還能為科學研究、政策制定和項目的監(jiān)測與驗證提供重要支持。