非均匀润湿性改变浅层地下水层中的甲烷迁移与泄漏
流体动力学
2025-10-30 v1 地球物理
摘要
毛细管异质性正逐渐被认识是控制地下水层中气体斑迹迁移和封存的首要因素。我们表明，水-甲烷接触角的空间变异性（由矿物组成和盐度决定）会改变毛细管入口压力和迁移路径。通过分子动力学模拟，我们估算了在新鲜和盐性条件下，石英和高岭土的接触角，并将这些结果纳入通过接触角信息的Leverett J函数，将润湿性直接映射到连续尺度的流动属性中。在考虑接触角异质性后，甲烷行为发生变化：在地下水层中的可移动甲烷和残留封存甲烷均减少最多10%，而大气层的泄漏增加最多20%。这种效应的大小取决于渗透率对比、泄漏速率、盐度和岩相比例。通过将分子尺度的润湿性耦合到连续尺度的流动和输运中，该跨尺度框架为地下水保护和风险评估提供了物理依据，同时可获得更可靠的排放估计。该方法可推广到其他次生气体输运问题中，包括氢气和二氧化碳储存，以及来自冰融化的天然甲烷排放。
引用
@article{arxiv.2510.25627,
title = {Heterogeneous Wettability Alters Methane Migration and Leakage in Shallow Aquifers},
author = {Sabber Khandoozi and Siddharth Gautam and Craig Dietsch and Muhammad Sahimi and David Cole and Mohamad Reza Soltanian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.25627},
year = {2025}
}
备注
Corresponding authors: Sabber Khandoozi ([email protected]) Mohamad Reza Soltanian ([email protected])