CO2地质封存是世界范围内减少CO2排放量，缓解温室效应的重要手段。深部咸水层分布广泛且CO2封存潜力大，是最具潜力的CO2封存场所。因开展CO2地质封存条件下CO2与储层岩石相互作用的试验成本高昂且持续时间短，数值模拟成为研究CO2长期封存过程CO2储层岩石物理和化学性质演化的重要手段。CO2和储层岩石化学反应的数值模型主要模拟饱含CO2咸水溶液与储层岩石中含有的矿物发生反应，导致矿物溶解和沉淀的过程，而矿物的溶解和沉淀会影响储层岩石孔隙率和渗透率。数值模拟建模过程中矿物热力学和动力学参数的取值差异，导致矿物溶解和沉淀速率的差异，加大了地球化学模拟结果的不确定性。因此，对矿物热力学和动力学参数取值不确定性如何影响岩石孔隙率和渗透率模拟结果，进而影响CO2封存风险开展量化研究，可为CO2地质封存工程的风险评估提供依据，具有重要的工程意义。
本研究在CO2地质封存领域首次采用任意混沌多项式法（arbitrary polynomial chaos，aPC），对化学反应建模过程中矿物热力学和动力学参数的不确定性影响岩石渗透率演化模拟结果的程度进行了定量分析。研究结果表明，因CO2地质封存条件下矿物溶解和沉淀模拟结果总是与不确定性联系在一起，因此在报告矿物溶解和沉淀模拟结果时，必须考虑不确定性。不同文献报道的化学反应平衡常数、速率常数和比表面积数值的差异是造成岩石与CO2反应后渗透率演化模拟结果产生不确定性的主要原因。考虑参数不确定性的岩石渗透率模拟结果与原始结果相差幅度最高达24%，无定形态二氧化硅沉淀反应的平衡常数、无定形态二氧化硅沉淀反应的速率常数和石英的比表面积是对模拟结果影响最大的三个参数。
本研究相关成果已发表于地球科学数值模拟领域知名期刊Computational Geosciences，第一作者为张力为研究员。相关成果同时在科学出版社近期出版的《二氧化碳地质利用与封存的风险管理》一书中作了详细阐述。该书主编为张力为研究员、李琦研究员。
论文题目：Application of arbitrary polynomial chaos (aPC) expansion for global sensitivity analysis of mineral dissolution and precipitation modeling under geologic carbon storage conditions
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10596-020-09953-6
图1 应用任意混沌多项式法（aPC）分析矿物溶解与沉淀反应相关参数不确定性影响岩石渗透率模拟结果的流程图
图2 《二氧化碳地质利用与封存的风险管理》专著封面
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