随着全球经济的发展,化石燃料燃烧产生大量的CO₂,由此引发的温室效应引起全球广泛关注。CO₂地质封存是一种能有效减少和控制大气中CO₂的过量排放的方法,其中将CO₂以超临界状态(supercritical CO₂,SCCO₂)封存于深部咸水层是被认为储存潜力最大的一种方式。本文通过在刘家沟组砂岩地层压力(18MP)、不同温度条件(60°C,80°C,100°C)下,在高压反应釜中进行CO₂流体-地层水-岩石反应和CO₂-H₂S混合流体-地层水-岩石两组实验,探究CO₂流体和混有H₂S杂质气体的CO₂混合流体注入地下咸水层后的矿化捕获机理。通过实验得出以下结论:(1)SCCO₂-地层水实验中,CO₂与地层水反应的平衡时间约为5h;CO₂-H₂S混合流体-地层水实验中,CO₂、H₂S混合气体与地层水反应的平衡时间约为3h。H₂S的加入使得地层水中的酸性更强而且加速了CO₂与地层水的碳酸平衡。(2)SCCO₂-地层水-岩石与CO₂-H₂S混合流体-地层水-岩石两种反应条件下发现钠长石、钾长石等长石类矿物和粘土矿物随着时间的加长和温度的升高溶解溶蚀作用逐渐加强,且CO₂-H₂S混合流体作用对长石类矿物和粘土矿物的溶解溶蚀作用更为剧烈。两种反应条件下石英溶蚀微弱,保持了较完整的晶型。(3)SCCO₂-地层水-岩石与CO₂-H₂S混合流体-地层水-岩石两种反应条件下反应24d后均有新矿物的出现,前者在60°C、80°C、100°C三个温度条件下均有次生绿泥石粘土矿物和方解石的出现,实验中80°C时方解石晶型最为完好;后者在各温度条件下也有次生绿泥石粘土矿物的出现,但未见晶型较好的次生方解石,在80°C和100°C条件下分别有含硫新矿物和鱼鳞状硫铁矿。(4)CO₂和CO₂-H₂S混合流体注入地下后使得长石溶解、溶蚀后,随着pH的升高向稳定粘土矿物和方解石的转化;SCCO₂-地层水-岩石实验中方解石固碳矿物的出现说明CO₂可以实现稳定矿化捕获。CO₂-H₂S混合流体-地层水-岩石实验中分别有含硫新矿物和鱼鳞状硫铁矿出现而未出现晶型较好的方解石,表明H₂S气体加入但在短时间内不利于方解石等稳定出现,但H₂S也能在地层中实现稳定的矿化捕获。