二氧化碳地质储存（CO2Geological Sequestration, CGS）是国际社会目前公认的可有效实现CO2减排的技术之一。基于地层特性和简化模型的要求，在进行CGS模拟预测时通常不考虑储层内部的小断层。虽然储层内部的小断层没有切穿盖层、也不会导致大规模泄漏，但是其造成的储层局部非均质性却会对CO2注入储层后的空间分布以及最终的储量产生影响。本文依托二氧化碳地质储存的机理与评价预测项目，以鄂尔多斯盆地二氧化碳地质储存示范区为研究区，以石千峰组地层为目标储层，结合储层的物性参数、水文地球化学条件，采用TOUGH2、TOUREACT和TOUGHVISUAL模拟软件，模拟研究储层内部小断层对CO2空间分布和储存量的影响。在断层的物性参数非均质性影响方面，参考常见的断层物性参数变化范围，本文设计了10套具有不同孔、渗参数特征的断层模拟方案，探讨小断层的物性参数非均质性对CO2空间分布和储存量的影响。研究发现，储层内部存在断层对CO2空间分布和储存量具有显著影响。在CO2储存量方面：当断层的渗透率在常见范围内变化时，高渗透性断层（渗透率增至为原层位的100~1000倍）使储层内部的CO2储量显著增加，储量可增为不含断层情况下的1.22~1.49倍；低渗透性断层（渗透率为原层位的1/10~1/1000）使储层内的CO2储量显著减小，与不含断层情况下储层的CO2储量相比，低渗透性断层造成CO2的储量减少了14.35%。在CO2空间分布与运移距离方面：高渗透性断层的存在，使得与断层相连的各子储层中CO2迁移距离增大，与不存在断层时相应子储层的CO2迁移距离相比，高渗透性断层使CO2迁移和空间分布呈现均匀化的特征；低渗透性断层的存在，使CO2在注入井与断层间的迁移速率显著减小，最终导致CO2在断层的前缘聚集。在100年的模拟时间内，CO2没有穿透断层，这主要是由于原储层本身为低孔低渗地层，低渗透性断层的存在进一步使储层局部渗透性降低。考虑水岩反应条件下，储层内部逆断层对CO2空间分布和储量的影响方面，本文根据研究区矿物实测资料以及相关文献资料，设计了8套地球化学特征变化模拟方案。基于石千峰组地层实测水文地球化学数据，通过数值模拟确定了1000年时储层中生成的固碳矿物包括：方解石、铁白云石、菱铁矿和菱镁矿。当储层中不含断层时，固碳矿物主要分布在子储层上方和下方的泥岩（子盖层）表层；当储层中含断层时，固碳矿物仍主要分布在子储层上方和下方的泥岩（子盖层）表层，但固碳矿物在断层影响层位的水平分布范围减小。从整个石千峰组地层总储存量来看，逆断层（逆断层垂向断开的层位约占整个石千峰组地层厚度的一半左右）的存在与否对CO2储存总量无显著影响。模拟1000年时，CO2矿物储存量可占CO2注入总量的97%以上。对于断层错动影响的子储层来说，1000年时，与不含断层的情况相比，其中的CO2矿物储量降低了10%以上。石千峰组是一套泥岩和砂岩互层构成的子盖层－子储层地层系统，区域盖层也是一套泥岩和砂岩互层构成的地层系统。石千峰组的泥岩子盖层与区域盖层在地层结构、厚度、孔渗等物性参数、以及地球化学特征方面的相似性。因此，本文通过改变石千峰组断层模型的泥、砂岩层的物性参数特征设计了6套模拟方案，利用CO2注入模拟结果，采用类比的方法，评价研究区系统盖层的CO2封存安全性。结果表明区域盖层由于具备多级次的泥岩、砂岩互层结构、低孔、低渗的物性特性和利于矿物固碳作用的地层矿物组成这三方面的特性，而具备良好的封闭性条件和较高的CO2封存安全性。综上所述，储层中的小断层可使CO2的空间分布和储存量产生明显异于均质储层的变化，因此在构建CGS预测模型时，全面系统地考虑储层中小断层的影响，可以实现对CO2的迁移路径和储存量分布进行更加准确的预测。