CO2-H2O-NaCl水溶液高温高压下的性质研究及问题分析

CO2-H2O-NaCl体系P-V-T-x性质一个重要的方面是该体系相关的相平衡研究。然而，如上所述，该体系的相平衡研究在高温高压的条件范围内还很不足，一些稀有的高压数据还有待更多的实验数据的验证，而这些实验数据需要有系统性和高的准确性及精度。

CO2-H2O-NaCl体系P-V-T-x性质另一个重要的方面是研究富液相的密度/摩尔体积，这方面的研究往往覆盖十分广泛的温、压条件。具体而言，需要查明CO2或NaCl对H2O的密度/摩尔体积（富H2O相）的影响。在表1-6中，大部分均为有关CO2-H2O体系液相的研究报道，而且大多数均有较大的缺陷。有些报道只给出了P-V-T-x性质的片面数据，例如Parkinson等（1969）、Song等（2003）、Hebach等（2004）；有些报道涉及的温、压范围很窄，例如Zawisza等（1981）；有些实验数据的精度较低，如Teng等（1997）。CO2-H2O-NaCl三元体系的密度研究仅有少数的几篇报道，包括Schmidt等（1995）、Song等（2003，2005）、Gehrig（1980）、Gehrig等（1986）、Krüger等（2001）、Nighswander等（1989）、Teng等（1998）、Li等（2004）和Zhang等（2013）。Song等（2003）测量了含CO2地下盐水的密度，但是没有给出对应盐的含量；Nighswander等（1989）、Teng等（1998）和Li等（2004）均测量了CO2饱和盐水的密度，盐度均在海水盐度附近。Gehrig等（1986）测量了水临界点温度之上、NaCl质量分数达20%的饱和气相或饱和液相的体积数据。但是，Nighswander等（1989）、Teng等（1998）和Li等（2004）的数据之间一致性较差；Gehrig等（1986）的数据质量不高[13]。

由于数据的局限性，CO2-H2O-NaCl体系密度有关的一些基本问题还不清楚，主要如下：

（1）CO2的加入对（NaCl）H2O密度的影响，一般认为CO2的加入增加（NaCl）H2O的密度。然而，近几年的研究发现，这种规律只是在某些温度条件下适用。Lu等（2009）研究表明，CO2盐水溶液高温下（＞393K）其密度可能下降到低于原始盐水密度。虽然这个结论只是不同EOS模拟的结果，但却得到了Yan等（2011）实验数据的支持。同样，Yan等（2011）实验数据和最近的Song等（2013）的实验数据均预测，CO2增加纯水密度的影响将在473K以上消失（这里称为转折温度）。然而，升高温度（323.15K以上），CO2的加入对H2O密度的影响随温度的依赖关系还不清楚；转折温度的确切值还未确定。

（2）NaCl对CO2-H2O的密度随温度的变化趋势的影响还不是很清楚。Yan等（2011）揭示，增加盐度将降低转折温度，但是却没有给出具体的改变量，只是粗略地限定了范围。因此，有待更多的实验数据来进一步验证和揭示这一规律。(www.xing528.com)

（3）广泛压力条件下的实验研究还很不足。虽然Yan等（2011）的数据揭示增加压力将降低转折温度，但是其数据限定在40MPa以内，40MPa之上的情况还是未知。

（4）这些有关CO2-H2O-NaCl体系密度亟待解决的问题需要获取广泛温、压条件下的实验数据。实验数据蕴含的规律往往需要建立模型来模拟。现有的有关CO2-H2O-NaCl体系的P-V-T-x模型大多数是经验模型[47，87，104-107，132]，经验模型能很好地重复实验数据，但是通常限定在实验数据能覆盖的条件范围内，不能进行广泛的外推。相对而言，基于热力学模型建立的EOS外推性较强，但是已有的CO2-H2O-NaCl体系的EOS比较少[63，97，99]，其可靠性仍需要实验数据的检验，因为这些模型建立的依据是已有的局限在35MPa之内的实验数据，35MPa之上的预测部分还需要验证，例如Duan等（2008）的EOS其35～100MPa的外推预测部分的可靠性受到了最近Yan等（2011）、Song等（2013）和Zhang等（2013）的实验数据的质疑。Yan等[39]和Song等[71]对CO2-H2O-NaCl体系的密度研究稍微进行了拓展，发展了新的经验模型，但是也不超过413.15K和40MPa。

同时，由CO2-H2O-NaCl体系P-V-T-x行为规律认识上的不足造成的有关CO2地质封存和CO2-H2O-NaCl地质流体的演化与成矿两方面重要的问题认识上的欠缺需要弥补。

一般认为，CO2在改变成矿流体的性质上发挥的作用主要有影响流体出溶的温压条件[134]、流体的盐度[64]、酸碱性[135]以及流体的相态[23]。而且，现有分析测试方法限制了流体包裹体中CO2的定量分析。因此，CO2在成矿中发挥的作用不明确。根据上述总结，CO2在改变流体相态方面虽然目前已有在低温和高温下CO2加入改变流体的密度情况会有相反的影响的初步认识，但是评价这一影响的一些关键性参数还没有系统的研究和探讨。

有关CO2地质封存的问题，CO2-H2O-NaCl体系P-V-T-x性质的数据是开展相关模拟和计算的关键性参数。若这些参数的认识上有明显的分歧或模棱两可的情况，那么CO2地质封存的探讨也会存在认识不清的问题。虽然已有大量相关的数据报道，但是还存在评价CO2地质封存这一问题相关的数据精度不够（模型精度亦不够）和数据缺乏的问题。