本文是一篇关于玄武岩矿化封存二氧化碳（CO₂）机理及储层演化特征的研究进展综述，属于类型b的学术论文。该论文由刘云乾、廖志伟等作者撰写，发表于2024年12月的《成都理工大学学报（自然科学版）》。文章主要探讨了玄武岩作为CO₂地质封存介质的潜力、矿化机理、储层物性演化特征以及中国部分玄武岩分布地区的封存潜力估算。

主要作者及机构

• 第一作者：刘云乾，重庆大学资源与安全学院硕士研究生，研究方向为玄武岩矿化封存。
• 通信作者：廖志伟，重庆大学资源与安全学院副教授，研究方向为石油地质与CO₂地质封存。
• 其他作者：丁海、甘泉、方惠京、罗永江、陈强，分别来自重庆大学和安徽省煤田地质局勘查研究院。

研究背景与动机

随着全球气候变暖的加剧，减少CO₂排放成为全球关注的焦点。中国提出的“双碳”目标进一步推动了CO₂减排技术的发展。玄武岩矿化封存作为一种有前景的CO₂地质封存技术，因其永久矿化、储存量大、反应迅速等优点，受到了广泛关注。本文旨在总结玄武岩矿化封存的最新研究进展，推动中国在该领域的发展。

主要内容与观点

1. 玄武岩地质特征

玄武岩是地幔部分熔融形成的基性喷出岩，广泛分布于全球各地。其矿物组成主要包括橄榄石、辉石、斜长石等，富含铁、镁、钙等元素。这些元素在酸性条件下易于释放，形成稳定的碳酸盐矿物，从而实现CO₂的矿化封存。玄武岩的孔渗特性、矿物组成等地质差异对矿化封存过程具有重要影响。

2. CO₂在玄武岩中的矿化机理

CO₂在玄武岩中的矿化过程主要分为四个步骤： 1. CO₂溶于水形成碳酸，分解为氢离子（H⁺）和碳酸氢根离子（HCO₃⁻）。 2. 玄武岩中的富铁、镁、钙矿物在酸性条件下释放二价阳离子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺）。 3. 这些阳离子与HCO₃⁻或CO₃²⁻反应生成碳酸盐矿物沉淀。 4. 矿化过程持续进行，直至矿物表面被无定形SiO₂覆盖，反应停止。

矿化过程中还可能形成非碳酸盐矿物，如高岭石、针铁矿等。矿化速率受pH值、温度、压力、水化学、反应时间等多种因素影响。

3. 储层物性演化特征

CO₂注入玄武岩后，矿物的溶蚀和沉淀会改变储层的孔隙度和渗透率。矿物的溶蚀会增加孔隙度，而次生矿物的沉淀则可能导致孔隙堵塞，影响渗透率。研究表明，玄武岩的原始矿物组成、反应条件（如温度、压力、pH值）等都会对储层物性演化产生重要影响。

4. 中国玄武岩封存潜力估算

中国玄武岩分布广泛，尤其是峨眉山玄武岩具有较大的封存潜力。本文采用矿物置换法对中国部分玄武岩分布地区的封存潜力进行了初步估算。结果表明，中国玄武岩的封存潜力巨大，尤其是峨眉山玄武岩，具有良好的源储配置和巨量体积，适合作为CO₂封存的理想场所。

研究意义与价值

本文系统总结了玄武岩矿化封存CO₂的机理及储层演化特征，为中国在该领域的研究提供了理论指导。文章指出，玄武岩矿化封存技术具有永久矿化、储存量大、反应迅速等优点，是未来实施CO₂地质封存的重要方法。然而，目前针对储层物性演化的研究仍存在不足，特别是多场耦合作用下的动态演化特征尚需进一步研究。

研究亮点

1. 矿化机理的详细阐述：文章详细描述了CO₂在玄武岩中的矿化过程，揭示了矿化反应的复杂性和多因素耦合的影响。
2. 储层物性演化的动态分析：文章系统分析了CO₂注入后玄武岩储层孔隙度和渗透率的演化特征，揭示了矿物溶蚀和沉淀对储层物性的影响。
3. 中国玄武岩封存潜力的估算：文章首次对中国部分玄武岩分布地区的封存潜力进行了初步估算，为未来CO₂封存工程提供了重要参考。

结论

玄武岩矿化封存CO₂技术具有广阔的应用前景，尤其是在中国广泛分布的玄武岩地区。本文的研究为CO₂地质封存技术的发展提供了重要的理论支持，未来需要进一步深入研究玄武岩储层物性演化的动态特征，以推动该技术的实际应用。