多层夹层盐穴储氢可行性研究：基于张树地区岩心渗透性与三维地质力学模拟

针对中国层状盐岩夹层比例高（>50%）导致的储氢安全性难题，中国科学院岩石力学研究所团队通过张树地区岩心渗透性测试（低至10-18 m2级）、SEM微观结构分析及三维地震地质力学建模，首次验证了多层夹层盐穴在年周期（泄漏率6.9%）和日周期（7.07%）工况下的储氢密封性，为复杂地质条件下大规模清洁能源储存提供了关键技术支撑。

　　

在全球能源转型背景下，氢能作为实现"双碳"目标的核心清洁能源，其大规模储存技术成为关键瓶颈。传统地上储氢存在容量小、安全性差等问题，而盐穴因其极低渗透性（permeability）和自修复特性被国际公认为理想储氢地质体。然而，中国盐岩地层普遍存在夹层比例超50%的特殊地质条件，多层夹层导致的溶腔形态不规则、应力集中及氢岩反应（hydrogen-rock reaction）风险，给储氢密封性带来严峻挑战。

针对这一难题，中国科学院岩石力学研究所团队以江西张树地区高夹层盐穴为研究对象，开展了一系列创新性探索。研究首先通过岩心渗透性测试（采用Klinkenberg效应修正模型k_g=k_∞(1+b/p)）和扫描电镜（SEM）分析，证实夹层泥岩与盐岩具有良好胶结结构和纳米级孔隙（平均半径r≈50nm）。随后建立基于三维地震数据的地质力学模型，设定孔隙压力零重叠区和泄漏率<10%的双重密封评价标准。

研究结果揭示：

1. 样本制备：张树盐穴夹层泥岩渗透率低至10^-18 m²量级，SEM显示其与盐岩形成致密复合结构，满足储氢地质要求。
2. Klinkenberg效应：气体渗流中需考虑分子滑移效应，通过公式b=4cμ/r×√(2RT/πM)计算出夹层泥岩的修正系数b=0.12 MPa。
3. 评估标准：采用动态泄漏率（年周期6.9%/日周期7.07%）和孔隙压力梯度双重指标，均优于国际同类盐穴储氢项目标准。
4. 氢岩反应：发现氢与黄铁矿等杂质可能生成H₂S，但张树盐穴杂质含量<3%时反应活性可控。

结论表明，多层夹层盐穴在严格密封评估下具备规模化储氢潜力。该研究不仅填补了复杂地质条件下储氢技术空白，更为中国2030碳达峰/2060碳中和目标提供了关键技术路径。团队建议后续重点关注夹层溶蚀动力学和氢吸附-解吸（adsorption-desorption）效应对长期密封性的影响。

（注：全文数据源自作者在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的原始研究，技术方法包括：岩心渗透性测试、SEM微观表征、三维地质力学建模及多工况数值模拟，样本来自江西张树盐矿钻孔岩心。）