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本文对CO2地质埋存的天然类似物——海拉尔盆地贝尔凹陷含片钠铝石火山碎屑岩进行了系统的岩石学和地球化学研究，并选用未遭受CO2影响的凝灰岩储层和泥岩盖层岩石样品，在法国GET实验室设计并开展了一系列水岩相互作用机理研究，目的为了查明凝灰岩和泥岩在不同流体条件和CO2作用下的地球化学行为。对研究区含片钠铝石样品，通过薄片鉴定、扫描电镜、XRD、电子探针、流体包裹体和碳氧同位素分析等手段，查明了CO2注入火山碎屑岩样品后的自生矿物种类、含量、产状特征、成岩共生序列、固碳矿物的碳来源和片钠铝石的产状、成分特征及其物质来源。研究结果表明含片钠铝石样品岩石类型为凝灰质砂岩和凝灰岩，片钠铝石含量在5~15%之间，碳同位素范围在-4.1~-2.2‰PDB，主要产状为交代长石等原生矿物，碳酸盐矿物是最主要的自生矿物，同时也是固碳矿物，碳来源均为幔源岩浆来源CO2。对比国内外CO2地质埋存的“天然类似物”发现，火山碎屑岩中的片钠铝石和总碳酸盐矿物含量均高于普通砂岩的固碳矿物含量，研究区平均固碳量为102.7kg/m3，平均高于砂岩固碳量。表明火山碎屑岩具有较大的矿物捕获CO2的潜力。对研究区火山碎屑岩样品上覆泥岩层的研究表明，小于10m的泥岩夹层未能有效阻隔CO2的渗漏，有效泥岩盖层应为大于10m的厚层泥岩。对凝灰岩和泥岩的系列实验结果表明，两种岩石的溶蚀溶解速率随着实验温度的升高而升高，随着溶液pH值从3升高至9，溶蚀溶解速率下降。在有CO2参与的高温实验中，溶蚀速率最高。CO2地质埋存初期富碳酸地层流体对火山碎屑岩储层和泥岩盖层均有较强的溶蚀溶解作用，随着地质时间推移，地层流体氢离子消耗殆尽，溶液pH值逐渐升高，溶蚀溶解程度减弱，流体环境利于方解石等碳酸盐矿物沉淀，能够达到矿物固碳目的。