背景水文流中的CO$_2$溶解
流体动力学
2016-02-05 v2 地球物理
摘要
我们研究了在存在背景水文流的情况下，深部咸水含水层中CO的长时间稳态溶解。在稳态下，含水层上游地下水中CO的分布涉及三种竞争效应之间的平衡：(i) CO饱和水的浮力驱动流；(ii) CO从饱和水到欠饱和水的扩散；(iii) 与迎面而来的背景流相关的平流。这导致了三种极限状态。在扩散极慢的极限下，近乎静态的稠密流体侵入可能向上游延伸有限距离，由与迎面背景流相关的压力梯度平衡。在相对于流动扩散较快的极限下，可能建立梯度带，其中沿含水层的扩散通量平衡与背景流相关的平流。然而，如果浮力驱动流速度超过背景水文流速度，则可能出现第三、中间状态。在此状态下，背斜上游发展出对流再循环，涉及CO从上游传播的稠密CO饱和水向向下游传播的CO不饱和水的垂直扩散。对于每个极限情况，我们找到了背斜上游CO分布的解析解，并用完整数值模拟检验了我们的分析。一个关键结果是，尽管对背斜上游含CO水的分布和范围可能有非常不同的控制，但在每种情况下溶解速率都由背景体积通量与CO饱和水和上游原始含水层水之间浓度差的乘积给出。
引用
@article{arxiv.1506.04433,
title = {CO$_2$ dissolution in a background hydrological flow},
author = {H. Juliette T. Unwin and Garth N. Wells and Andrew W. Woods},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.04433},
year = {2016}
}