赵楷棣

【摘要】为了探明苏北地区煤层和灰岩层对CO2地质封存潜力，选取苏北地区徐州市马庄煤矿气煤及大北望张夏组鲕粒灰岩样品作为研究对象，模拟煤储层以及灰岩层的高压环境，设计实验对比煤和灰岩对CO2吸附能力。通过对实验数据结果分析，总结出阴、阳离子的迁移规律。

【关键词】煤层；灰岩层；CO2吸附能力；亨利定律；离子浓度；离子迁移

1、煤和灰岩对CO2吸附能力研究

1.1 样品概况。本实验煤样采自江苏省徐州马庄煤矿，煤样为山西组的9#煤，属气煤。该矿山西组9#煤厚0.84～2.82m，平均厚度为1.8m。实验所需样品采集与徐州大北望的张夏组巨厚层核形石鲕粒灰岩，其中核形石直径5-10mm，鲕粒直径以1mm为主，填隙物以亮晶方解石为主。先后进行了三次采样，都采于同一地层的大致同一区段。

1.2 实验设计。为了模拟地下煤储层以及灰岩层的高压环境，本实验设计于美国RavenRidge公司生产的IS-100型高压气体等温吸附/解吸仪中进行。为了更贴切模拟煤层和灰岩层在原始物理结构状态下与CO2的反应机制，本次系列实验采用的煤块和灰岩块分别在不同的起始压力下通CO2，反应时间为一周，最后取出反应水分析研究离子成分。实验概况如表1所示。

2、实验结果与分析

利用等温吸附仪，模拟在高压下灰岩-水-CO2以及煤-水-CO2反应实验。对最后反应水样测的离子包括Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、HCO3-、CO32-等。由于实验得到反应水样较少，需进行稀释后测量离子浓度。本次实验采用蒸馏水稀释，模拟实验前先测得蒸馏水样中所含离子浓度，其中Fe3+离子浓度为0.03mg/L，HCO3-离子浓度为7.69mg/L。……