河海大学王媛教授团队的“Advancements in Pore-Scale Imaging of CO2 Desiccation Dynamics: A Review of Experimental Method for Deep Saline Aquifer Storage Systems”（CO₂封存中盐结晶微尺度实验—多因素耦合下的干化效应演化机制）综述在GeoStorage-《地质储存》(英文刊)第2期刊出。欢迎下载、阅读、转发和引用！

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Ren J, Gao ZP, Wang Y. 2025. Advancements in Pore-Scale Imaging of CO2 Desiccation Dynamics: A Review of Experimental Method for Deep Saline Aquifer Storage Systems. GeoStorage, 1(2), 137-157. doi: 10.46690/gs.2025.02.04.

一、研究背景

    盐结晶引发的干化效应是影响深层咸水层CO2地质封存注入效率与储层安全的关键因素。微流控技术的快速发展，为微米尺度上盐沉淀全过程可视化研究提供了有效手段。论文系统梳理了该领域的关键认识，揭示盐结晶的控制机制及其工程启示，为降低注入通道堵塞风险、提升封存安全性提供了可借鉴的科学依据与技术思路。

(地质封存全球分布图)

二、核心内容

      微流控可视化平台：微流控平台由驱动、观测与数据采集模块构成，通过显微成像和高速记录手段，实时捕捉复杂多相流的瞬态行为。在材料方面，硅片具备高强度和热稳定性，适用于严苛环境；玻璃因透明性与化学稳定性，被广泛用于油气与CO2封存研究；PDMS凭借加工灵活、成本低廉，在多孔介质模拟和盐结晶实验中应用也较为普遍。

（微观可视化实验装置示意图）

      孔隙尺度界面失稳机制及其调控策略：在CO2驱替咸水的过程中，界面推进受黏度比、毛细管数与岩石特征等因素的共同控制，呈现出尖端分裂、指进扩展及局部滞留等典型失稳模式。这些不均匀入侵路径改变孔隙中的水分布，形成局部富水区域，为盐结晶提供优先发生区并促进后续堵塞。孔径收缩、粒径分布不均与结构异质性均会增强毛细压力梯度，研究表明，调控孔道几何、改变固体表面的润湿性等可有效调整界面力学平衡，提升流体在多孔介质中的可控性。

（孔隙尺度驱替稳定性相图）

      干化诱导盐沉淀的微尺度机理与控制因素：驱替过程中，蒸发诱导的干化效应使孔隙内溶质迅速富集，是引发盐沉淀并导致渗透率衰减的核心机制。实验表明，沉淀常集中于残余水富集区，微流控可视化进一步揭示其形成源于毛细回流驱动的溶质聚集，从而加剧孔喉堵塞。沉淀形态通常存在两种：多晶体结构，局部大块单晶体，二者对渗透率的影响显著不同。结晶过程受盐度、流量及岩石特征共同控制。

（不同盐结晶形成机制图）

      未来需突破二维观测限制，构建三维可视化体系，并将微尺度结晶动力学融入多尺度数值模型，以实现从孔隙到储层尺度的预测能力。同时，应加强混合润湿性条件、真实岩片结构以及多因素耦合实验的系统性研究，以便为 CO2储层的安全性评估与注入策略优化提供更可靠的科学依据。

三、作者简介

      第一作者：任杰，河海大学水利水电学院副研究员，硕士生导师。兼任中国大坝工程学会堤防安全与应急抢险专委会副秘书长，主要从事水利-土木-地质工程渗流灾变机制与智能防控方面的研究工作。在国内外学术期刊上发表学术论文28篇，授权国家发明专利10项、软件著作权1项。获中国大坝工程学会科技进步特等奖，大禹水利科技奖科技进步二等奖。

      通信作者：王媛，教授、博士生导师。现任河海大学水利水电学院院长、隧道与地下工程研究所所长、岩土工程国家重点学科渗流与地下工程方向学科带头人。长期从事“渗流破坏与地下工程安全”领域的教学与科研工作。主持国家自然科学基金重点项目与面上项目、国家“十三五”重点研发计划课题等重大科技项目40余项。作为第一完成人获教育部科技进步一等奖1项、中国大坝工程学会科技进步特等奖1项、大禹水利科技进步二等奖1项、中国公路学会科学技术二等奖1项。在本领域学术期刊上发表论文200余篇，其中SCI论文68篇，EI论文60篇，授权国家发明专利20项、软件著作权7项。参编专著、教材和手册6部。