在地下水资源日渐匮乏以及污染程度逐渐加深的趋势下,寻找造成地下水污染的原因至关重要。目前,地下水除普遍受到城市化、工业化、农业和矿业活动导致的污染威胁外,地下水安全也遭遇其他多种因素所带来的挑战。另一方面,全球CO₂的过度排放导致温室效应加剧,严重威胁人类的生存环境。在各种减排措施中,CO₂地质储存（GSC）被公认为是能在短期内迅速减少大气CO₂含量的有效举措之一。然而,由于储存于地下的超临界CO₂会受到各种因素的影响,很有可能会发生泄漏,高浓度CO₂泄露至地下水隔水粘土层会造成粘土层理化性质的变化,从而可能会对地下水安全造成影响。本次研究将通过室内试验模拟并结合软件模拟重点探究高浓度CO₂入侵对地下水隔水粘土层理化性质的影响,分析是否会对地下水安全造成威胁。主要研究内容及结论如下:（1）室内试验采用人工模拟CO₂泄漏方式,用粘土柱装置模拟地下水隔水粘土层,通气时间长达6个月,在通气过程中,实时监测了粘土层温度、含水率、负压的变化。通气试验结束后,测试了粘土层的pH值、热参数值、可溶性盐、容重、比重、毛管孔隙度、总孔隙度,以及进行了XRF、XRD、SEM测试;（2）从粘土柱模拟试验数据分析得出,高浓度CO₂入侵,粘土层温度基本没有变化,含水率有所下降,而负压明显增大;pH值较原土样有较明显的增大,呈碱性;热导率与高度呈现负相关的关系,而热扩散率、比热与高度呈现正相关的关系;并且热扩散率和比热与含水率呈线性正相关关系;容重较原土样有小幅度的下降,比重有小幅上升;毛管孔隙度和总孔隙度较原土样都增加明显,分别从25.65%增加到34.27%和44.00%增加到51.27%;土壤的化学组成发生了一些变化,粘土中的Fe、Mn、Al元素含量有较大幅度的增加,而Ca、P、Na元素含量有明显减少;土壤的矿相也发生了变化,粘土颗粒表面出现了片层状及棒状的矿物沉积;（3）根据粘土柱建立模型利用TOUGHREACT软件模拟高浓度CO₂入侵,包括模型的建立、水力参数的确定、主要矿物和次要矿物的确定、初始总溶解组分的浓度的确定。探究高浓度CO₂入侵后粘土层pH值的变化、主要矿物的变化、次要矿物的变化、液体组分的变化、渗透率的变化、孔隙度的变化;（4）从软件模拟的数据分析得出,高浓度CO₂入侵,会导致pH大幅度的降低,且随着侵入时间的增长,pH值降低越明显。粘土层中钠蒙脱石和高岭石发生了沉淀,钙蒙脱石、绿泥石、和伊利石发生了溶解。钙离子、钠离子、碳酸氢根离子都有一定量的增加。渗透率在10年、50年、100年、1000年的时候都有略微的增大,在1000年的时候渗透率从8.816×10^-16增大到8.822×10^-16,增大的量很小。而孔隙度仅仅在1000年的时候有略微的增大,从0.44增大到0.4401。结合试验条件下结果分析,模拟条件下粘土层理化性质变化不大。由于试验条件未达到理想状态,但结果也有一定的参考性。所以初步判定基本不会改变粘土层的穿透性,但可能对地下水的酸碱性有略微的影响。总体上,高浓度CO₂泄露至粘土层对地下水的影响不是很大。