CO2-水-碳酸盐_精品文档文档格式.doc

CO2-水-碳酸盐_精品文档文档格式.doc

《CO2-水-碳酸盐_精品文档文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CO2-水-碳酸盐_精品文档文档格式.doc（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

H++MgCO3=Mg2++HCO3-

H++FeCO3=Fe2++HCO3-

CaMg（CO3）2+2H+=Ca2++Mg2++2HCO3（1.7）

随着碳酸盐矿物的的溶解，溶液中Ca2+等二价阳离子的浓度将增加，保持在较高的数值，但可溶性矿物分解的同时，溶出的二价阳离子会与重碳酸盐离子的络合，如Ca2+：

Ca2++HCO3-=CaHCO3+（1

最后，溶解的重碳酸盐与阳离子络合反应生成难溶的碳酸盐Holdren,Jr,GRandSpeyer,PM..pHdependentchangesinratesandstoichiometryofdissolutionofanalkslifeldsparatroomtemperature[J].Am,J,Sci,1985b,285:

954-1026.

，如：

HCO3-+Ca2+=CaCO3（s）+H+（1.8）

HCO3-+Mg2+=MgCO3（s）+H+（1.9）

HCO3-+Fe2+=FeCO3（s）+H+（1.10）

如果反应时间足够长，CO2分压足够大，上述难溶物会形成方解石、菱镁矿、菱铁矿等新碳酸盐矿物，从溶液中析出。

（2）方解石的溶蚀

方解石是碳酸盐岩主要矿物组成成分之一，分子式为CaCO3，常见完好的晶体，集合体常呈粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状及晶簇等，三组解理完全，断口呈玻璃光泽，完全透明至半透明，条痕白色，硬度2.703~3.0，比重2.6~2.8。

方解石在有水和二氧化碳存在的条件下，发生化学反应而生成碳酸氢钙的过程，叫做方解石的溶蚀作用，这种作用是在CaCO3-CO2-H2O三相不平衡开放系统中进行的，是碳、水、钙循环相互关联的过程。

方解石的溶蚀过程主要可以由以下反应方程表示孟杰，寇海峰，方解石的溶蚀及其意义，科技传播，2011，（10）：

111-112

：

CO2扩散入水

（1）

CO2+H2O→H2CO3物理水合

（2）

H2CO3→H++HCO3–碳酸离解（3）

CaCO3→Ca2++CO32–

CO32–+H+→HCO3–钙离子从晶格中游离（4）

综合CaCO3+CO2+H2O→2HCO3–+Ca2+（5）

水的溶蚀力的大小取决于水中CO2含量的多少俞锦标,李春华,赵培道,胡兴华,袁东风.贵州普定县岩溶地区土壤空气中CO_2含量分布及溶蚀作用的研究[J]中国岩溶,1985,（04）.

，具体有三方面影响因素：

CO2的来源、水温、大气CO2的分压力。

三者共同作用影响水中CO2的含量，从而影响水的溶蚀力。

天然条件下，地表和地下发生的石灰岩溶解就是由方解石溶蚀作用而发生的，它由

H2O-CO2系统对方解石表面的3个不同的溶解反应组成[3]　Plummer,L.N.,Wigley,T.M.L.&

Parkhurst,D.L.,1978.

ThekineticsofcalcitedissolutioninCO2-watersystemsat5-60°

Cand0.0-1.0atmCO2[J].Am.J.Sci.,278:

179-216

，即:

CaCO3+H+→Ca2++HCO3–

CaCO3+H2CO3→Ca2++2HCO3–

CaCO3+H2O→Ca2++CO32-+H2O

从这些方程可以明显看出，H2O-CO2系统与CaCO3的反应受方解石表面的H+、HCO3–、H2CO3C、O32-和Ca2+浓度的控制。

侯月明，崔振昂侯月明,崔振昂,流动热水介质下方解石溶解动力学数值模拟,天然气技术,2010,,4（6）:

29-31

以探讨热熔作用对碳酸盐研储层影响以及改造机理为目的，借助PHREEQC模拟软件，对高温热液介质环境下方解石的溶解动力学过程进行了计算模拟。

研究表明在介质成分一定的条件下，方解石在热水介质中溶蚀反应的快慢取决于埋藏深度，即反应体系的温度和压力，但溶蚀成程度并不随埋深的升高而升高，其最大溶蚀度在100℃（25MPa）~130℃（30MPa）温度区间内。

同时，流体介质中的F-、Cl-、B-等离子的存在可提高方解石的溶蚀力，且离子强度越大，介质的溶蚀营力越大。

刘再华和W.Dreybrodt刘再华,W.Dreybrodt韩军,李华举CaCO3-CO2-H2O岩溶系统的平衡化学及其分析,中国岩溶,2005,24

（1）:

1-14

为了正确认识野外真实岩溶系统的水化学组成特征、动态变化及其控制机理，研究了CaCO3-CO2-H2O岩溶系统的平衡化学及其影响因子。

他们对影响岩溶系统平衡化学的控制因素,包括温度、CO2分压、体系的开放程度、离子强度效应、同离子效应、酸效应、碱效应、离子对效应进行了分析,并与CaMg（CO3）2-CO2-H2O岩溶系统平衡化学作了对比。

结果显示,天然开放的岩溶系统的平衡pH值范围为6.80～8.40,在此pH值范围内,水中的碳组分主要以HCO-3形式存在;

与开放系统相比,在其它条件相同情况下,封闭系统的平衡pH值较高,而平衡[Ca2+]和平衡[HCO-3]较低,特别是在低CO2分压时,两者的差异更明显;

在封闭系统条件下,两种不同的纯CaCO3-CO2-H2O饱和溶液相混合,将导致溶液对CaCO3重新具有侵蚀性;

离子强度效应、酸效应和离子对效应使方解石的溶解度增加,而同离子效应和碱效应使方解石的溶解度降低;

与方解石溶解平衡相比,其它条件相同时,白云石溶解平衡pH较高,在温度<

70℃时溶解度较大,但在温度>

70℃时溶解度较小。

MillerJPMillerJP.Aportionofthesystemcalciumcarbonate-carbondioxide-waterwithgeologicalimplications[J].Am.J.Sci.,

1952,250:

161—203.

和RobinGCBRobinGCB.CarbonateSedimentsandTheirDiagenesis

[M].DevelopmentsinSedimentology,secondedition,

ElsevierSciencePublishers,NewYorkCity,1975:

658.

指出方解石的溶蚀主要受CO2分压和体系温度的影响:

1）CO2分压一定时升高温度;

2）温度和CO2浓度一定时升高压力;

3）增加溶解在咸水中的CO2,方解石的溶蚀会增强。

连续流高压反应器的方解石溶蚀反应动力学研究表明,10MPa下,温度从50℃升至250℃时,方解石在去离子水中的溶蚀速率从0.2L/min至0.5mL/min。

在100、150、200和250℃时,方解石的溶解度分别为1.87、2.02、2.02和1.88×

10-4mol/L。

表明溶解度随温度的变化呈先升后降的趋势,且在150℃和200℃出现最大值[31][31]　GongQingjie,DengJun,WangQingfei,YangLiqiang,SheMin.Calcitedissolutionindeionizedwaterfrom50℃to250℃at10MPa:

Rateequationandreactionorder[J].Acta

Gelo.Sinica,2008,82（5）:

994—1001.

。

王洪涛，曹以临王洪涛，曹以临碳酸钦岩溶蚀动力学模拟实验,中国岩溶,1988,7

（1）:

63-71

以研究碳酸盐岩溶解动力学规律为目的，依据两个水化学模型:

方解石一CO:

一H:

O体系模型和白云石一CO:

O体系模型一而建立了碳酸盐岩溶蚀研究的新方法，即动力学模拟实验方法。

对于方解石体系，方解石的瞬时溶解速度仅受两个独立变量如PCO2和PH的制约。

以实验结果为基础讨论了方解石溶解的动力学规律。

即方解石的溶解速度与单位溶液体积的试样表面积成正比，就CaCO3一CO:

O体系而言，速度方程可以用体系中任意二个独立变量表示出来。

在pH=4~6区，速度方程简化成线性形式R=k（1一a）S/V

（其中，k是速度常数，a是相对饱和度，S是试样表面积，V是溶液体积）。

（3）白云岩的溶蚀

白云岩溶蚀的研究比方解石少得多，Busenberg和Plummer[34][34]BusenbergE.,PlummerL.N..ThekineticsofdissolutionofdolomiteinCO2-H2Osystemsat1.5to65℃and0~1atmPCO2[J].Amer.J.Sci.1982,282:

45~78.

等总结了在1.5~65℃、PCO2为0~0.1MPa时，白云岩的溶蚀动力学遵循以下化学反应方程式

CaMg（CO3）2（s）+2H+=Ca2++Mg2++2HCO3-（1.12a）

CaMg（CO3）2（s）+2H2CO3=Ca2++Mg2++4HCO3-（1.12b）

CaMg（CO3）2（s）+2H2O=Ca2++Mg2++2HCO3-+2OH-（1.12c）

研究表明,溶液pH小于5（4.03~4.85）,pCO2为0~0.096MPa时,白云岩的溶蚀速率与PCO2的平方根成正比[35]　BusenbergE,PlummerLN.Thekineticsofdissolutionof

dolomiteinCO2-H2Osystemsat1.5to65℃and0—1atm

pCO[J].Amer.J.Sci.1982,282:

45—78.

式（18a）是白云岩在CO2驱替过程中的溶蚀现象最主要的机理。

翁金桃翁金桃,方解石和白云石的差异溶蚀作用,中国岩溶,1984,5

（1）:

29-36

以探讨造成岩溶微地貌形态多