煤炭科学技术

作者：张小东, 陈丹, 靳沙沙, 李学文, 马峰, 张硕, 王贵玲,

关键词：干热岩, 岩石力学, ScCO₂−水岩反应, 纳米压痕, 孔隙结构, 矿物溶蚀,

为探究超临界（ScCO2）作为携热介质在增强型地热系统（EGS）中的应用潜力及对干热岩储层岩石力学性质的影响，以唐山马头营凸起区的深层干热岩（花岗岩）为对象，在30 MPa压力及150、180、210 ℃温度条件下，开展了ScCO2和蒸馏水与深层花岗岩的相互作用试验。通过X射线衍射（XRD）、压汞法、纳米压痕试验以及离子质量浓度测试，对比分析了ScCO2−水岩反应前后岩石的矿物成分、孔隙性、弹性模量及硬度的变化规律，探讨了ScCO2−水岩反应对花岗岩微观力学性能的影响机制。结果表明：ScCO2−水岩反应未显著改变花岗岩的矿物组成，但随温度升高（150 ℃→210 ℃）溶蚀率增加（从0.3%增至1.62%）。反应后，岩样的总孔容及中孔除外的其他孔径段的孔容均呈现增大的趋势，进汞曲线突变现象弱化，孔隙连通性增强；且随着温度的增加孔隙连通性增强，总孔容和大孔孔容增大，而其他孔径段的孔容变化趋势没有明显的规律性。随着反应温度的增加，花岗岩弹性模量和硬度分别降低约33%和39%，不同矿物力学稳定型排序为：石英>长石>黑云母，岩石弹性模量和硬度与刚性基质（石英、长石等）的质量分数相关。研究认为，石英矿物的力学性能稳定，是保持花岗岩微观力学性能稳定的根本；而长石矿物的溶蚀会致矿物内部微裂纹扩展及胶结结构破坏或生成高岭石等次生黏土矿物，是花岗岩强度下降的主因；同时黑云母矿物生成黏土矿物，会进一步劣化花岗岩微观力学性质。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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