碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展试验与模拟研究

• 作者: 武亚遵 于江浩 林云 金毅 刘源 王雪奇 河南理工大学资源环境学院
• 来源期刊: 水文地质工程地质
• 关键词: 溶蚀扩展 溶解速率 欠饱和 碳酸盐岩 溶解动力学
• 年，卷（期）: 2024,（1）
• 页码范围: 41-46
• 页数: 6页
• 语种: 中文
• DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202302064

摘要

研究表明碳酸盐岩的溶蚀过程可用溶解速率方程进行表征，但表征的形式存在较大差别，主要体现在远离平衡的欠饱和态下。为进一步确定碳酸盐岩在欠饱和态下的溶解特征及溶蚀速率的表征形式，首先开展了碳酸盐岩裂隙溶蚀试验研究，探讨了CO2及溶液初始Ca2+浓度对溶蚀过程的影响，并基于试验结果构建了欠饱和态下的溶解速率方程；而后采用碳酸盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型，通过数值模拟对量化模型的参数进行率定和检验。结果表明：(1)CO2的参与加快了碳酸盐岩的溶蚀扩展，溶液初始Ca2+浓度越高，对碳酸盐岩的溶解抑制程度就越高；(2)CO2作用下碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展的平均溶蚀速率增加了1.82～2.29倍；(3)溶液不同初始Ca2+浓度在同等区间流量条件下，蒸馏水为溶蚀溶液的样品中Ca2+浓度差值下降了0.091 5 mmol/L，溶液初始Ca2+浓度为0.352,0.476,0.581 mmol/L的溶蚀溶液中，Ca2+浓度差值分别下降了0.074 2,0.053 6,0.047 4 mmol/L;(4)在高度欠饱和状态下溶解动力学由线性速率定律控制，随着溶液中Ca2+浓度的升高，溶解动力学将变为非线性关系，此时Ca2+浓度为0.4倍的平衡时Ca2+浓度。研究结果可为定量评价岩溶发育演化提供数据支撑。