CO2-海水-岩石系统中碳酸盐矿化：反应输运动力学与孔隙结构控制
地球物理
2026-01-05 v1 流体动力学
摘要
基岩岩石中的碳酸盐矿化可能提供快速、永久的 \ce{CO2} 存储，但关于反应输运和沉淀模式的基本控制机制仍不完全了解。本研究综合了80℃条件下基于 \ce{CO2}-酸化海水的流-through 实验、地球化学模拟和多尺度孔隙成像，以阐明基岩玻璃中矿化动力学。结果表明，碳酸盐沉淀是核化受控且具有随机性的，而非生长受控和确定性的，尽管持续处于超饱和状态，孤立的沉积仍随机形成。居留时间起主导作用：将流速从0.05 mL/min 降低至0.005 mL/min是实现可见沉积所必需的。实验后分析确认了碳酸钙和粘土矿物相的存在。对三种基岩相的多尺度表征揭示了，连通孔隙率(1.3--32%)与总孔隙率(18--42%)存在显著差异，表明网络拓扑结构对渗透性具有控制作用。微型CT分析显示，基岩中孔隙联结数(模态值为2)显著低于储层砂岩，形成串联流动路径，易受到轻微沉积导致的渗透性崩溃。提出了沉积诱导的堵塞场景，其中分布式小型沉积物比大型积聚物更严重地降低渗透性。使用海水会使地球化学更为复杂，降低矿化效率。研究结果强调需要概率性反应输运建模框架和真实的孔隙结构，这些结构与传统碳捕获与封存运营存在根本差异。
引用
@article{arxiv.2601.00710,
title = {Carbon mineralization in CO2-seawater-basalt systems: Reactive transport dynamics and vesicular pore architecture controls},
author = {Mohammad Nooraiepour and Mohammad Masoudi and Helge Hellevang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.00710},
year = {2026}
}