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胡冉教授和陈益峰教授发现“溶蚀热点”新现象
通讯员:科技办  发布时间:2021-09-24 09:14:23  点击数:

  近日,陈益峰教授团队在岩石溶蚀机理方面取得新进展,相关成果发表在国际权威期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上。

  论文题目为“裂隙中的溶蚀热点”(Dissolution hotspots in fractures),作者署名为胡冉教授、王婷博士生、杨志兵教授和陈益峰教授等。该研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目和国家杰出青年科学基金项目的资助。

  众所周知,岩石的溶蚀现象广泛存在于自然界和工业过程中。例如,占我国国土面积36%的可溶岩中,水流的持续作用形成诸如石林、溶洞等复杂岩溶形态(也称喀斯特)。在二氧化碳地质封存工程中,被二氧化碳酸化的地下水与岩石发生化学反应,极大地增加了二氧化碳的泄漏风险,而在石油注酸开采过程中,溶蚀作用被用于储层改造,以达到提高采收率的目的。尽管经历了50余年的研究,但由于溶蚀机理的复杂性,目前对溶蚀现象的理解还不够深入。

  研究团队经过四年的探索,研发了一套粗糙裂隙溶蚀可视化实验装置,实现了对溶蚀过程中裂隙粗糙表面的高精度、实时动态观测。通过大量的可视化实验,发现了“溶蚀热点”这种新的溶蚀现象(图c和c’),进而通过理论分析,发现重力诱发的流体不稳定性是“溶蚀热点”产生的本质原因,并据此提出了预测溶蚀热点发生位置的理论模型(图d)。

  这项研究揭示了重力在溶蚀过程中的关键作用。在经典理论及以往的研究中,这种重力效应均被忽略,因而认为溶蚀速率沿着渗流路径方向逐渐减小(图a和a’)或基本保持恒定(图b和b’),导致“溶蚀热点”现象被长期掩盖。该研究对于理解、预测和控制溶蚀过程具有重要意义,如碳的地球化学循环、喀斯特中溶洞的形成机理、可溶岩区高坝工程防渗安全评价、二氧化碳泄漏风险评估以及碳酸盐岩油气藏高效开采等。

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  图. 在经典溶蚀理论中,溶蚀形态表现为稳定溶蚀模式(a)和均匀溶蚀模式(b). 相应地, 溶蚀速率沿着半径方向(渗流路径方向)逐渐减小(a’)或者保持不变(b’). (c) 溶蚀热点现象. (d) 溶蚀热点理论模型及实验验证.

 

       相关论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL094118