超临界与溶解态CO2封存过程中的时空迁移规律：pH值、Ca2+浓度及铁白云石-菱铁矿竞争沉淀的指示作用

本文推荐：该研究通过三维数值模型揭示了深部咸水层中CO2地质封存（CGS）的流体化学响应机制，提出pH值、Ca2+浓度及铁白云石（ankerite）的竞争性沉淀可作为CO2相态迁移的动态示踪指标，为碳封存监测系统开发提供了理论依据。

　　

Highlight

储层中CO₂相态的迁移规律

在径向迁移过程中，注入的超临界CO₂因浮力作用逐渐向储层顶部运移，同时溶解于地层水中并触发级联反应：

CO₂(g) ? CO₂(aq) → H₂CO₃ ? H⁺ + HCO₃^- ? CO₃^2-

最终形成三个特征区域：(1) 注入井附近超临界CO₂饱和带；(2) CO₂溶解主导的过渡带；(3) 未受影响的原生带。

结论

本研究系统阐明了CO₂注入后封存体系中流体化学特征与矿物演化的内在机制，证实了利用pH值、Ca²⁺浓度及铁白云石（ankerite）竞争沉淀可有效示踪CO₂的时空迁移路径。数值模拟显示：在0-550年阶段，菱铁矿（siderite）通过消耗Fe²⁺优先形成；550-650年间方解石溶解释放的Ca²⁺促使热力学更稳定的铁白云石逐渐成为主导碳封存矿物（>650年）。这一发现为CO₂封存监测系统的优化提供了科学依据。