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降低CO2排放量以减缓和控制全球变暖已成为当今世界面临的重要问题。咸水层以其巨大的CO2封存潜力、合适的封存埋深和广泛的地下分布,已成为目前最具有潜力的CO2减排措施之一。尽管各国学者已对其进行了大量的研究,但是温度、压力、CH4含量、CO2注入/溢入速率、局部地形误差、短期矿物反应等模型参数和模型结构要素对CO2羽流短期迁移转化的影响,以及化学反应动力学速率方程和区域地下水流对长期CO2封存的作用还鲜有研究,这些CO2封存关键问题的解决直接影响着咸水层CO2封存的不确定性及安全性。为了探究以上因素是否会显著影响CO2的迁移转化和CO2咸水层封存安全,并揭示其作用机理,本文以挪威北海的Sleipner为研究区,以其中的Utsira储层顶部砂岩层（9号砂岩层）为目的岩层,首先运用三维多组分多相渗流数值模型,模拟分析了模型参数和模型结构变化对短期羽流运移的影响;然后利用一维径向多组分多相反应溶质运移模型,通过设置不同的矿物反应动力学速率方程和地下水流模拟方案,系统分析了速率方程和区域地下水流对长期CO2迁移转化的作用。论文的主要研究结论如下:（1）利用GEM构建了9号砂岩层三维多组分多相渗流数值模型,并在引入CH4杂质的基础上依据1999、2001、2002、2004、2006、2008年地震观测到的羽流平面分布数据对其进行了校正。研究表明:在设定水平渗透率各向异性的条件下,通过校正温度和CH4杂质含量,可以得到与19992008年地震观测到的羽流平面分布吻合度较高的校正模型。与前人的数值模拟研究结果相比,本文的校正模型能更好地解释观测到的北部狭长状的羽流,校正后的温度和CH4含量分别为33.5oC和2.4%。（2）以校正的9号砂岩层三维多组分多相渗流数值模型为参照,通过改变模型参数值和模型设置（包括温度、压力、CH4含量、CO2注入/溢入速率、局部地形误差、短期矿物反应）,构建了多个模拟试验方案。通过对比不同方案的模拟结果,分析了模型参数和模型结构对短期CO2羽流迁移转化的影响。研究表明:在温度、压力、CH4含量、CO2注入/溢入速率四个因素中,温度和CH4含量对9号砂岩层羽流短期运移的影响显著,升高温度、提高CH4含量可通过降低气相密度来促进羽流的运移,但羽流运移的方向受地形限制;尽管9号砂岩层的温度、压力、CH4含量、CO2注入/溢入速率存在较大不确定性,但是模拟预测的短期构造和溶解封存百分比的误差限却很小,模拟值分别约为93±2%和7±2%;由于潜在局部地形误差的存在,模型得到与实际羽流分布完全吻合的结果较为困难,因此应通过对比羽流主体趋势来校正模型;方解石的溶解主要发生在地势高的区域。（3）利用TOUGHREACT/ECO2N构建了9号砂岩层一维径向多组分多相反应溶质运移模型。通过改变矿物沉淀速率方程、长石和长石以外其他硅酸盐矿物溶解速率方程,设置了多个试验方案。通过对不同方案模拟结果进行比较,研究了速率方程的不确定性对长期CO2封存作用的一般性规律。研究结果表明:改变初始硅酸盐矿物的溶解速率方程,可通过影响硅酸盐矿物溶解速率（或矿物耦合反应速率）对咸水酸化的敏感性来影响硅酸盐矿物溶解量和矿物封存量（或碳酸盐矿物沉淀量）。速率与ΔGr（反应吉布斯自由能变化量）关系曲线的斜率越大,硅酸盐矿物溶解量、矿物封存量对咸水酸化越敏感,如果长石溶解采用非线性Alex速率方程取代传统线性速率方程,9号砂岩层1万年时的矿物封存百分比将从22%降到12%。改变矿物沉淀速率方程并不会显著影响9号砂岩层矿物和矿物封存的演化,其原因在于本研究中初始铝硅酸盐矿物的溶解反应为慢反应,控制了矿物耦合反应的长期演化。（4）以已构建的9号砂岩层一维径向多组分多相反应溶质运移模型为参照,在忽略地下水流速的条件下设置了新的试验模拟方案。通过比较不同方案的模拟结果,分析了区域地下水流对长期CO2迁移转化作用的一般性规律。研究表明:忽略地下水流将显著低估矿物封存量,这是因为地下水流可将CO2,aq携带至下游较远的地方,致使生成巨大的酸水覆盖面积,而巨大的酸水覆盖面积可增大碳酸盐矿物沉淀所发生的范围,进而增加矿物封存量,如果忽略区域地下水流,9号砂岩层1万年时的矿物封存百分比将从22%降到3.8%;地下水流可以不断的冲刷侵蚀CO2羽流,从而使气相较快消失,如果不考虑地下水流,9号砂岩层1万年时气相仍然存在,而如果考虑地下水流气相在7000年时将完全消失。