第2章二氧化碳地质封存理论基础
1.二氧化碳还有哪些物性参数会影响其地质封存？以及这些参数是如何影响二氧化碳的地质封存的？
答：二氧化碳的地质封存效果受到其多种物性参数与地下环境相互作用的综合影响。首先，CO2的粘度直接影响其在地层中的流动特性。低粘度的CO2在超临界状态下更易扩散和迁移，可能增强其在多孔介质中的分布均匀性，但同时也会增加泄漏风险，尤其是在存在裂缝或渗透性较高的地质构造中。其次，压缩性决定了CO2在高压环境下的体积变化。高压缩性意味着CO2在深层高压条件下体积显著缩小，可提高单位体积储层的封存量，但压缩性过强可能导致注入过程中压力波动加剧，需精细调控注入速率以避免地层破裂。然后，热力学性质（热容和热导率）通过影响CO2与周围岩层之间的热交换，间接调控封存过程。CO2注入地层时会因绝热膨胀或压缩产生温度变化，其热容决定了温度变化的幅度，而热导率则影响热量向围岩的传递速率。若局部温度显著下降，可能导致岩石收缩或CO2水合物形成，改变孔隙结构；反之，温度升高可能加速化学反应，影响长期封存效果。此外，扩散系数决定了CO2在孔隙流体中的分子扩散速率。高扩散性可促进CO2与地层水或烃类的混合，加速溶解封存过程，同时增强与矿物的接触，促进矿化封存。然而，扩散过快也可能导致CO2过早分散至非目标区域，降低封存集中度，尤其在非均质地层中可能形成复杂运移路径。最后，化学活性是CO2与储层矿物及流体反应的核心驱动力。CO2溶于水后生成碳酸，会溶解碳酸盐矿物，增加孔隙度和渗透率，短期内可能提升封存空间，但长期可能弱化盖层完整性；同时，溶解的CO2与硅酸盐矿物反应可生成次生碳酸盐矿物，通过矿化作用实现永久封存，但反应速率受温度、压力和矿物成分的制约。这些物性参数并非孤立作用，而是通过复杂的多场耦合共同影响封存系统的动态演化。
2.结合二氧化碳基础物性，思考如何利用这些参数提高二氧化碳的封存效率或封存容量。
答：二氧化碳的物理化学特性与其封存效率及容量提升密切相关。从物性参数出发，超临界态特性提示在深部地质封存中，通过控制储层温压条件使CO2维持超临界相态，可显著降低黏度并提升流动扩散能力，使其更充分渗透至储层岩石微孔隙，同时利用其近似液态的高密度压缩体积空间，使单位地层容积封存量提升40%以上。针对溶解度特性，在咸水层封存中可通过构建高压封闭体系促使更多CO2溶解于地层水，形成密度更大的碳酸水溶液向下运移，既降低气相逃逸风险又通过离子交换促进矿物碳酸化反应。矿物封存领域则需结合CO2酸性特征，优化镁铁质岩层破碎粒径与反应界面设计，利用原位酸性环境加速橄榄石、辉石等矿物的蚀解速率，通过预注催化离子溶液或构建微纳米孔隙网络缩短矿物碳酸化反应周期。对于盖层密封性设计，需综合考虑超临界CO2的低界面张力特性，采用多层非均质盖层结构并注入硅酸盐凝胶，利用毛细管力差异构建动态封堵屏障。在工程实施层面，通过注入参数动态调控实现相态转换与地层应力的协同匹配，在注入初期采用低温高压促使CO2快速达到超临界态，中期梯度降压诱导部分CO2溶解于地层水形成混合封存机制，后期通过温度场调控激活矿物反应，形成物理封存-溶解封存-化学封存的多级固碳体系，从而实现封存容量与长期稳定性的双重提升。
3.分析并总结4种二氧化碳封存方式的特点。
答：二氧化碳封存技术通过不同机制将二氧化碳长期固定于地下或转化为稳定形态，其特点因作用原理和环境条件而异。构造封存依托地质结构的封闭性，将超临界二氧化碳注入深层多孔岩层（煤层、油气藏或咸水层），依靠顶部致密盖层实现物理隔离，具有封存规模大、见效快的特点，但对地质构造完整性和长期监测要求较高。残余封存则利用岩石孔隙的毛细作用力将二氧化碳以微小气泡形式滞留于多孔介质中，其稳定性与岩层渗透率密切相关，虽受限于储层物性，却能在合适的地层中形成动态封存。溶解封存通过二氧化碳与地下水的相互作用形成酸性溶液，并与矿物发生缓慢反应，这一过程受水文地质条件与流体运移速率影响，虽可增强封存安全性，但可能改变地下水化学平衡并存在泄漏风险。矿化封存通过二氧化碳与富镁铁矿物发生化学反应生成碳酸盐矿物，将气体转化为固态形式，这种转化虽需较长时间且受反应动力学限制，却实现了近乎永久的封存，其环境风险最低但技术经济性仍需突破。这四种方式在封存时效、安全等级和技术成熟度上形成梯度：构造与残余封存侧重物理封存，适合中短期规模化应用；溶解与矿化封存依托化学转化，虽进程缓慢却为长期固碳提供更可靠路径，不同技术的组合应用可兼顾封存效率与稳定性需求。
4.分析深部煤层中，地应力是通过哪些途径影响二氧化碳混合流体的？
答：在深部煤层中，地应力通过改变煤层的物理结构和力学特性，直接或间接调控CO2混合流体的赋存、运移及相互作用。首先，地应力场主导了煤层的孔隙和裂隙结构。高围压环