利用水下激光诱导击穿光谱测量二氧化碳压力增加时矿物碳酸盐的溶解及其在碳封存中的应用

摘要： 本研究考察了激光诱导击穿光谱（LIBS）原位测量不同矿物碳酸盐随CO?压力升高而溶解的能力。溶解实验包含四种地质常见矿物碳酸盐（CaCO?、MgCO?、MnCO?、SrCO?），CO?压力范围从常压至250巴。通过光谱分析产生的等离子体发射，利用Ca、Mg、Mn和Sr发射线的强度监测释放到水溶液中的相应金属阳离子。光谱中识别出Ca（Ca II 393.36、Ca II 396.84、Ca I 422.67 nm）、Mg（未分辨镁双线：Mg I 383.230、Mg I 383.829 nm）、Mn（未分辨锰三重线：Mn I 403.076、Mn I 403.307、Mn I 403.449 nm）和Sr（Sr II 407.77、Sr II 421.55、Sr I 460.73 nm）的强发射线。采用相应压力条件下建立的校准模型，估算了CO?注入后不同时间间隔（5分钟、1、2、3、4、24小时）及不同压力（50、100、150、200、250巴）下各碳酸盐释放的金属量。结果表明，所有碳酸盐的压力诱导溶解与其预期的选择性pH依赖性溶解度一致。CaCO?、MgCO?和SrCO?的溶解速率高于MnCO??；寡芯苛烁哐笴O?条件下与深部咸水储层相关的Mt. Simon砂岩中组分的溶解，并对Ca释放量进行了量化。结果显示，LIBS实时监测碳酸盐溶解可提供有效的间接检测系统，用于指示地质碳封存场地的CO?泄漏。