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煤、石油和天然气等传统化石能源消费导致主要人为温室气体（CO2）含量剧增,并引发了一系列全球性气候和环境问题。因此,CO2减排迫在眉睫。目前,利用深部煤层封存CO2能有效减排主要人为温室气体CO2。在适宜封存的煤储层深度范围内,CO2流体属于超临界流体（scCO2）。基于scCO2流体特性和煤体特征,scCO2与煤体之间存在复杂的流-固作用关系,且该关系将改变煤体孔隙结构和表面化学性质,进而影响目标煤层封存CO2的有效性。此外,scCO2与煤层围岩（煤层顶板和底板）也存在相互作用,其会影响煤层封存CO2的稳定性和安全性。因此,本研究在温度为318.15 K,压力为12 MPa的模拟储层条件下,在定制的耐压容器内,开展scCO2-H2O-煤、顶板（砂岩）和底板（泥岩）长时间尺度（8个月）的静态作用关系研究。联用CO2吸附、N2吸附/脱附、汞注入、X射线衍射（XRD）以及X射线光电子能谱（XPS）表征了长时间scCO2-H2O作用前后煤体、顶板和底板的孔隙结构、矿物组成、含氧官能团和含氮官能团。依据容量法原理,测定了长时间scCO2-H2O作用前后煤体对CO2的吸附/解吸性能。基于上述表征结果,深入分析了长时间scCO2-H2O流体作用对煤体和围岩理化性质及CO2吸附/解吸性能的影响。本论文的主要研究结论如下:（1）长时间scCO2-H2O作用可以改变不同煤阶煤与吸附性能相关的理化性质。一方面,长时间scCO2-H2O作用能够改变不同煤阶煤孔隙结构。具体地,长时间scCO2-H2O作用后,ZT煤样微孔比表面积降低,DT和BLG煤样微孔比表面积增加,FY煤样微孔比表面积无显著变化;长时间scCO2-H2O作用后,所有煤样介/大孔孔体积均减小。分析表明不同煤阶煤孔隙结构变化主要受控于煤基质溶胀效应和无机矿物溶解效应。具体而言,长时间scCO2-H2O作用后ZT煤样石英含量增多,DT煤样高岭石和方解石含量降低,BLG煤样勃姆石、高岭土和方解石含量下降,FY煤样石英和高岭石含量降低。另一方面,长时间scCO2-H2O作用能够改变不同煤阶煤表面官能团。长时间scCO2-H2O作用后,煤中含氧官能团（C-O、C=O和COOH）和含氮官能团（吡啶氮和氧化态氮）含量降低。煤基质对CO2的化学吸附效应和scCO2对小分子有机物的萃取效应是煤表面官能团含量降低的主要因素。（2）不同煤阶煤CO2吸附静力学和动力学性能对长时间scCO2-H2O作用响应不同。对于吸附静力学:Ono-Kondo（OK）格子模型对于长时间scCO2-H2O作用前后煤样CO2吸附静力学行为均具有较好预测精度。根据OK格子模型拟合结果可知,长时间scCO2-H2O作用增加了低阶煤ZT和DT煤样最大饱和吸附容量,降低了高阶煤BLG和FY煤样最大饱和吸附容量。此外,长时间scCO2作用还降低了煤体对CO2等量吸附热,降幅位于1.52-7.44%之间。对于吸附动力学:长时间scCO2-H2O作用前后,煤样对CO2吸附动力学分为前期快速吸附阶段和后期慢速吸附阶段。相较于拟一阶动力学模型和拟二阶动力学模型,双孔隙模型对于长时间scCO2-H2O作用前后煤体CO2吸附动力学均具有更高的预测精度。双孔隙模型拟合结果显示,长时间scCO2-H2O作用可以降低煤样的Dm ac r o/R2macro值,表明长时间scCO2-H2O作用会削弱CO2在煤基质大孔中的吸附和扩散能力。（3）长时间scCO2-H2O作用改变了不同煤阶煤CO2吸附/解吸滞后性能,即:相比原样,长时间scCO2-H2O作用后所有煤样CO2吸附/解吸滞后效应增强（滞后回环面积增幅位于0.18-377.35%之间）。因此,长时间scCO2-H2O作用有利于煤层长期稳定封存CO2。（4）长时间scCO2-H2O作用能够改变砂岩和泥岩矿物学特征和孔隙结构。具体地,对于砂岩,其白云石和高岭石含量降低;对于泥岩,其高岭石和石英含量降低。长时间scCO2-H2O作用后砂岩和泥岩微孔比表面积均增大,增幅分别为23.77%和15.01%;砂岩大孔孔体积和孔隙率增加,增幅为49.51%和42.01%,泥岩大孔孔体积和孔隙率降低,降幅为78.62%和78.08%。此外,长时间scCO2-H2O作用增加了泥岩中大孔开孔数量。多重分形结果表明,长时间scCO2-H2O作用能够降低砂岩和泥岩的孔隙非均质程度,增强孔隙连通性,增强CO2在砂岩和泥岩内部的扩散速率。以上结果表明,长时间scCO2-H2O对顶板和底板孔隙结构的作用将不利于煤层对CO2稳定存储。综上,长时间scCO2-H2O作用能够改变煤体孔隙结构和表面官能团,进而影响其对CO2的吸附/解吸性能。此外,长时间scCO2-H2O作用还可以改变砂岩和泥岩矿物学特征和孔隙结构,进而影响目标煤层顶板和底板封存CO2稳定性和安全性。本论文研究成果既有助于丰富煤层封存CO2技术理论体系,又有助于为评价煤层封存CO2有效性、安全性和长期性提供研究依据。