The evolution of pore structure and mineral composition of red sandstone interacted by the supercritical carbon dioxide and water

深部咸水层被认为是大规模CO2地质封存的重要目标层系。然而超临界二氧化碳-水-岩相互作用过程中矿物选择性溶蚀、孔喉结构重组及二者之间的耦合机制仍不清楚，尤其缺乏反应前后同一微观区域矿物组成、溶蚀形貌与孔隙结构协同演化的微纳米级直接证据。本文在高温高压条件下开展了为期一周的超临界二氧化碳-水-砂岩相互作用实验，并融合X射线显微CT、环境扫描电子显微镜和自动化矿物学分析系统，对反应前后同一微观区域的孔隙结构、矿物组成和纳米级表面溶蚀特征进行对比表征。结果表明，超临界二氧化碳溶于地层水形成的酸化流体优先溶蚀碳酸盐胶结物，削弱颗粒间胶结作用，并进一步诱发长石矿物的局部非全等溶解。自动化矿物学分析显示，反应后石英相对面积增加，这主要与碳酸盐胶结物及部分易溶矿物溶蚀后的相对富集效应，以及矿物表面包裹物去除后石英颗粒的暴露有关。Micro-CT定量结果表明，反应后样品在可分辨尺度上的平均孔隙度由2.83%增至5.27%，部分原本孤立的孔隙逐渐连通，说明CO2-水-岩反应可显著增强红砂岩孔隙扩容与局部连通性。上述结果揭示了超临界二氧化碳、水和红砂岩相互作用下由碳酸盐胶结物优先溶蚀、长石局部非全等溶解到孔隙扩容与连通性增强的连续微观演化过程，为评价CO2注入后咸水层储层可注入性、流体运移行为和长期稳定性提供了直接的微纳米尺度矿物学与孔隙结构证据。