工业革命以来,大气中二氧化碳（CO₂）增长速度迅速。由此导致的气候变化引发了海平面上升、极端气候频发等一系列严重的环境问题,威胁着人类赖以生存的地球环境。但是短时期内,世界以化石燃料（煤炭、石油和天然气）为主的能源消耗结构不会改变,因此,CO₂地质储存作为一种能够有效减少碳排放的方式,被世界学者们广泛认可。深部咸水层以独特的优势被认为是最具有潜力的储存场地。由于不同咸水层具有差异明显的地质条件和物化性质,使其储存潜力以及CO₂在储层中发生的水文地球化学作用也各有所异。本文以新疆准噶尔盆地阜康北部地区白垩系东沟组上部储层为研究对象,基于场地储层的物性特征和岩石学特征,通过理论分析及数值模拟,对场地灌注级CO₂地质储存潜力进行了评价,探索了场地CO₂地质储存潜力评价的关键参数—有效封存因子的确定,系统分析了储层不同孔渗和矿物特征及空间非均质条件下CO₂在储层的运移转化,以及储层水文地球化学环境的响应。取得的主要成果如下:1.基于研究区地质数据的丰富程度,利用理论公式法和数值模拟法计算了研究区灌注级储存潜力。本次通过数值模拟法和理论公式法分别对储层有效封存潜力和理论封存潜力进行了计算,数值模拟法计算有效封存潜力为13.98百万吨;体积法计算CO₂地质储存理论封存潜力为55.82百万吨;溶解机理法计算场地灌注区的理论封存潜力为97.38百万吨。2.提出理论公式和数值模拟结果对比,确定地质储存潜力计算中关键参数-有效封存因子的方法,并计算了场地典型储层的有效封存因子值。封存因子是计算储层有效封存潜力的关键参数,本次研究提出了确定场地有效封存因子的方法和具体操作过程,最终得到本灌注区体积法有效封存因子约为0.251,溶解机理法有效封存因子约为0.144,为研究区同类型场地有效封存量的快速计算提供了可参考的参数。3.确定了目标储层中发生溶解沉淀的矿物类型以及固碳矿物组合。受到CO₂的影响,本储层中初始矿物方解石、长石、绿泥石等溶解,粘土矿物、菱铁矿和铁白云石沉淀。其中,固碳矿物组合为菱铁矿+铁白云石。4.探索了利用储层水化学特征及矿物指示CO₂空间运移的过程。注入期,超临界CO₂在地层中溶解生成HCO₃^-和H⁺,使地层水酸化,溶解CO₂运移到的位置阳离子成分和pH值相对远井区会发生明显改变,能够指示溶解CO₂空间运移位置,超临界CO₂运移到相同位置的时间略滞后。停注后,离子变化主要受储层矿物溶解沉淀影响,因此固碳矿物的出现能够直接指示CO₂地质储存过程中发生的水文地球化学作用,本储层中铁白云石可以作为CO₂存在的矿物示踪剂。5.孔渗对储层中的CO₂运移转化和水文地球化学反应速率影响明显。相对高孔渗条件下注入的CO₂含量更多,不同位置CO₂浓度差更大,有助于停注后,超临界CO₂水平迁移并向其它封存形式转化。主要受孔隙度对CO₂-水两相区（主要发生水文地球化学反应的区域）范围及分布位置的影响,在孔渗条件相对越高时,同一位置水化学特征拐点出现时刻越晚,同一时刻相同位置水文地球化学反应程度越小。本文设置的孔渗区间内,较低孔渗时,矿物封存量主要受孔隙度影响,随孔渗增加而减小;相对较高孔渗时,矿物封存量则主要受渗透率影响,随孔渗增加而增加,高孔渗条件下,矿物封存量略多。6.储层溶解矿物与沉淀矿物具有一定的对应性。研究发现,各沉淀矿物需要的阳离子由相应矿物提供,某些固碳矿物所需的阳离子只来源于特定矿物,储层中缺乏该初始矿物,则无法生成对应的固碳矿物。例如,储层固碳矿物铁白云石和菱镁矿所需的Fe²⁺、Mg²⁺只能由绿泥石提供,铁白云石需要的Ca²⁺来自方解石,菱铁矿所需Fe²⁺最主要的来源也是绿泥石,且菱镁矿只能在富Mg²⁺储层中出现在菱铁矿溶解之后,因此,绿泥石对CO₂地质储存的影响最明显。在矿化度较高且含有大量Ca²⁺的储层中,方解石先沉淀后溶解,方解石的溶解量影响固碳矿物的生成;同时方解石在储层中的溶解量会随奥长石含量的增加而减小,因此,奥长石通过影响方解石间接作用于固碳矿物。7.储层孔渗和矿物空间非均质特征对CO₂运移演化及水文地球化学特征均有明显影响。（1）本文设置的非均质储层中,注入初期,CO₂向四周的运移受孔渗影响,向高孔渗通道运移较快,导致CO₂晕呈现明显不规则性,晕边缘不光滑;但是注入停止后,积累的CO₂开始沿着相对优势通道快速消散和转化,消散作用较均质储层更为明显。（2）本文设置的非均质储层中,矿物分布不均匀,离子浓度变化差异较大,更有助于水文地球化学反应的进行,因此非均质储层中发生水岩反应的时间较早,程度较大,矿物溶解/沉淀作用更充分,进而导致空间非均质对CO₂矿物封存量的影响更为明显。（3）虽然在非均质条件下,不同矿物的分布均表现较强的非均质性,发生溶解沉淀的规律不同,但是,具有相关性的矿物反应区域比较一致。随着矿物发生不同程度的溶解沉淀,最终会导致原来矿物非均质性分布非常明显的地层逐渐趋于均质化,矿物空间非均质性分布变弱。