近日，地球科学学院特任教授李欢在《Advances in Geo-Energy Research》（IF=10.0）发表题为“Reactive transport modeling of water-CO2-rock interactions in clay-coated sandstones and implications for CO2 storage”的研究论文（图1）。李欢为第一作者，长江大学为第一完成单位。
图1.文章首页截图.
在砂岩储层地质学领域，黏土膜被认为能够显著抑制次生石英胶结物的生长（Li et al., 2025a），且近期研究表明其也可以有效降低被包裹长石颗粒的溶蚀速率、其本身也可以发生显著溶蚀（Li et al., 2025b），从而可以显著改变砂岩水-岩反应路径。由于在相似地质背景条件下，富黏土膜砂岩往往比贫黏土膜砂岩保存更高的孔隙度，因此是CO2地质封存的潜在优选目标层位；但有关黏土膜对水-CO2-岩石间化学反应的研究则较少。针对于此，采用数值模拟方法，通过对比包膜状黏土和孔隙充填状黏土的差异化学反应（图2），重点突出了黏土膜对水-CO2-岩石反应的改造。
图2.数值模拟中包膜状黏土与孔隙充填状黏土的对比示意图.
结果表明：以蒙脱石为例，与孔隙充填状蒙脱石相比，包膜状蒙脱石可以导致地层水pH的显著升高，气态、液态CO2和HCO3-的显著增高，但同时会导致蒙脱石溶解量的显著降低和次生产物（如白云石）的显著减少（图3）。在原始矿物溶解方面，包膜状蒙脱石和绿泥石先于被包裹钾长石颗粒溶解，而钾长石则先于包膜状伊利石和高岭石溶解。由于只有在蒙脱石膜和绿泥石膜砂岩中出现了次生碳酸盐矿物沉淀，因此矿物捕获机理只对上述两种黏土膜有意义。但与此同时，次生碳酸盐的沉淀导致绿泥石膜砂岩的孔隙度表现为净下降，因此可能会影响CO2的充注效率和碳封存成本。
图3.不同包膜状黏土矿物对水-CO2-岩石反应的影响.
导致包膜状黏土矿物与孔隙充填状黏土矿物出现巨大差异的原因对于不同的黏土矿物也有不同。针对蒙脱石和绿泥石，差异成因是由于黏土膜对于次生石英的抑制作用和黏土矿物自身溶蚀的强弱差异。针对伊利石膜，是由于其对次生石英的抑制作用、伊利石本身的溶蚀和伊利石膜对钾长石溶蚀速率的抑制作用。针对高岭石膜，则是由于其对次生石英的抑制作用和对钾长石溶蚀速率的抑制作用。
归纳起来，不同包膜状黏土矿物的影响不同，应当采用不同的CO2封存策略加以区别对待，以便取得最好的封存效果。
论文信息：Li, H.,Hu, Q.,Zhu, R.,Liu, B.,Mishra, A.,Ansah, E.O., 2025. Reactive transport modeling of water-CO2-rock interactions in clay-coated sandstones and implications for CO2storage.Advances in Geo-Energy Research,17(2): 121-134.https://doi.org/10.46690/ager.2025.08.04.
参考文献：
1.Li, H., Hu, Q.H., Zhu, H.T., Zhu, G.Y., Wang, F.L., Du, X.F., Wang, Q.B., Hu, D.S., Ansah, E.O., Pang, X.J., Wang, Q.Q., 2025a. Evaluating the influence of grain-coating chlorite on quartz cements and sandstone porosity: A review: Journal of Earth Science.
2.Li, H., Hu, Q.H., Jones, S., Gluyas, J., Ansah, E.O., Menacherry, S., Wang, Q.Q., Ye, T., 2025b. A review and discussion on the influences of grain-coating clay minerals on water-rock interactions in sandstones: Earth-Science Reviews, 263, 105073.
