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摘要：盐水含水层已被确定为理想的地质构造，适合大量储存二氧化碳（CO₂）。虽然上覆岩层中的不透水盖层是注入二氧化碳的主要捕集屏障，但其他捕集机制，如溶解度、残余、离子或矿物捕集，也有助于二氧化碳的储存。地球化学反应会改变目标储层的岩石物理性质（如孔隙度），并可能影响储层的储存能力。当长期注入二氧化碳时，它会改变流体压力和上覆岩层的地质力学响应。与时间相关的地球化学反应所产生的地质力学响应也可能影响盖层的完整性以及注入二氧化碳的长期命运。
在本研究中，通过耦合多相流、地质力学建模及地球化学反应，模拟了向深层盐水含水层进行长期（1000年）大规模二氧化碳注入（每年高达1000万吨）。研究的主要目的是调查长期二氧化碳注入期间地球化学反应对上覆岩层地质力学响应的影响。地球化学建模结果表明，矿物溶解和沉淀等地球化学反应对储层岩石孔隙度影响不大（约减少2%）。然而，矿物反应速率常数的增加导致岩石孔隙度减少约35%。建模结果还显示，在注入和注后期间计算的地表位移中，将地球化学反应纳入地质力学模型不会产生显著影响。但是，卤水盐度和二氧化碳溶解度会影响二氧化碳注入期间计算的压力积聚和地表位移。
本研究还调查了井筒周围垂直渗透带（损伤带）对长期二氧化碳注入期间二氧化碳泄漏的影响。建模结果表明，损伤带渗透率和损伤带垂直范围对二氧化碳泄漏量有显著影响。建模结果还表明，损伤带的垂直范围对计算的地表位移影响不大。因此，计算的地表位移可能不是判断井筒周围损伤带范围的良好指标。