CO₂地質(zhì)封存是世界范圍內(nèi)減少CO₂排放量，緩解溫室效應(yīng)的重要手段。深部咸水層分布廣泛且CO₂封存潛力大，是最具潛力的CO₂封存場(chǎng)所。因開展CO₂地質(zhì)封存條件下CO₂與儲(chǔ)層巖石相互作用的試驗(yàn)成本高昂且持續(xù)時(shí)間短，數(shù)值模擬成為研究CO₂長(zhǎng)期封存過程CO₂儲(chǔ)層巖石物理和化學(xué)性質(zhì)演化的重要手段。CO₂和儲(chǔ)層巖石化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值模型主要模擬飽含CO₂咸水溶液與儲(chǔ)層巖石中含有的礦物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致礦物溶解和沉淀的過程，而礦物的溶解和沉淀會(huì)影響儲(chǔ)層巖石孔隙率和滲透率。數(shù)值模擬建模過程中礦物熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的取值差異，導(dǎo)致礦物溶解和沉淀速率的差異，加大了地球化學(xué)模擬結(jié)果的不確定性。因此，對(duì)礦物熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)取值不確定性如何影響巖石孔隙率和滲透率模擬結(jié)果，進(jìn)而影響CO₂封存風(fēng)險(xiǎn)開展量化研究，可為CO₂地質(zhì)封存工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)，具有重要的工程意義。

　　本研究在CO₂地質(zhì)封存領(lǐng)域首次采用任意混沌多項(xiàng)式法（arbitrary polynomial chaos，aPC），對(duì)化學(xué)反應(yīng)建模過程中礦物熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的不確定性影響巖石滲透率演化模擬結(jié)果的程度進(jìn)行了定量分析。研究結(jié)果表明，因CO₂地質(zhì)封存條件下礦物溶解和沉淀模擬結(jié)果總是與不確定性聯(lián)系在一起，因此在報(bào)告礦物溶解和沉淀模擬結(jié)果時(shí)，必須考慮不確定性。不同文獻(xiàn)報(bào)道的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)、速率常數(shù)和比表面積數(shù)值的差異是造成巖石與CO₂反應(yīng)后滲透率演化模擬結(jié)果產(chǎn)生不確定性的主要原因。考慮參數(shù)不確定性的巖石滲透率模擬結(jié)果與原始結(jié)果相差幅度最高達(dá)24%，無定形態(tài)二氧化硅沉淀反應(yīng)的平衡常數(shù)、無定形態(tài)二氧化硅沉淀反應(yīng)的速率常數(shù)和石英的比表面積是對(duì)模擬結(jié)果影響最大的三個(gè)參數(shù)。

　　本研究相關(guān)成果已發(fā)表于地球科學(xué)數(shù)值模擬領(lǐng)域知名期刊Computational Geosciences，第一作者為張力為研究員。相關(guān)成果同時(shí)在科學(xué)出版社近期出版的《二氧化碳地質(zhì)利用與封存的風(fēng)險(xiǎn)管理》一書中作了詳細(xì)闡述。該書主編為張力為研究員、李琦研究員。

　　論文題目：Application of arbitrary polynomial chaos (aPC) expansion for global sensitivity analysis of mineral dissolution and precipitation modeling under geologic carbon storage conditions

　　論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10596-020-09953-6

圖1 應(yīng)用任意混沌多項(xiàng)式法（aPC）分析礦物溶解與沉淀反應(yīng)相關(guān)參數(shù)不確定性影響巖石滲透率模擬結(jié)果的流程圖

　　圖2 《二氧化碳地質(zhì)利用與封存的風(fēng)險(xiǎn)管理》專著封面