含低渗透夹层的多孔介质中瞬态对流的触发

用于CO$_2$封存的深部咸水层通常由具有若干可区分渗透率层的沉积地层构成。本文通过线性稳定性分析，从理论上研究了非单调、垂直变化的渗透率剖面在对流不稳定性触发上的影响。触发时间取决于渗透率剖面与浓度扰动峰值位置之间的相互作用，超过该峰值后CO$_2$浓度衰减。薄低渗透层可加速或延迟对流不稳定性的触发时间，这取决于渗透率变化的性质——渗透率过渡是平滑还是分层、瑞利数（Ra）、以及渗透率变化位置（$\hat{a}$）相对于扰动峰值（$\hat{a}_{c^{*}}$）的位置，对于均匀系统其标度为$\hat{a}_{c^{*}}\approx 14Ra^{-1}$。然而，当低渗透层靠近具有足够大Ra的介质下边界时（$\hat{a}_{c^{*}} \ll \hat{a}$），其对触发时间无影响。这种非平凡依赖性凸显了忽略小空间尺度地质特征的影响，表明详细刻画CO$_2$封存场地的重要性。