Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa tan khoáng trên sự không ổn định của mặt phẳng hòa tan hóa học trong môi trường xốp bão hòa chất lỏng

Transport in Porous Media - Tập 82 - Trang 317-335 - 2009
Chongbin Zhao1, B. E. Hobbs2, A. Ord2, Shenglin Peng1
1Computational Geosciences Research Centre, Central South University, Changsha, China
2CSIRO Division of Exploration and Mining, Bentley, Australia

Tóm tắt

Mục đích chính của bài viết này là điều tra, cả về lý thuyết lẫn tính toán, ảnh hưởng của tỷ lệ hòa tan khoáng đến các khía cạnh khác nhau của các vấn đề không ổn định của mặt phẳng hòa tan hóa học trong môi trường xốp bão hòa chất lỏng. Để có hiểu biết sâu hơn về cách mà tỷ lệ hòa tan khoáng ảnh hưởng đến sự lan truyền và phát triển của mặt phẳng hòa tan hóa học trong không gian vô hạn bao gồm môi trường xốp bão hòa chất lỏng, phương pháp phân tích lý thuyết được sử dụng để suy ra giải pháp tổng quát cho tốc độ lan truyền của mặt phẳng hòa tan hóa học, trong khi phương pháp mô phỏng tính toán được áp dụng để mô phỏng quá trình phát triển chi tiết khi mặt phẳng hòa tan hóa học phát triển thành các hình thái phức tạp ở các số Zhao siêu tới hạn. Các kết quả lý thuyết liên quan cho thấy rằng tỷ lệ hòa tan khoáng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tốc độ lan truyền của mặt phẳng hòa tan hóa học trong môi trường xốp bão hòa chất lỏng. Sự gia tăng giá trị của tỷ lệ hòa tan khoáng có thể dẫn đến sự giảm đáng kể giá trị của tốc độ lan truyền của mặt phẳng hòa tan hóa học. Mặt khác, các kết quả mô phỏng tính toán liên quan cho thấy rằng tỷ lệ hòa tan khoáng có ảnh hưởng đáng kể đến mẫu phát triển của mặt phẳng hòa tan hóa học trong quá trình lan truyền của nó trong môi trường xốp bão hòa chất lỏng. Việc gia tăng tỷ lệ hòa tan khoáng có thể giảm thiểu khả năng cho mặt phẳng hòa tan hóa học chuyển đổi từ hình dạng ban đầu sang các hình thái khác nhau trong môi trường xốp bão hòa chất lỏng có kích thước hữu hạn.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Alt-Epping P., Smith L.: Computing geochemical mass transfer and water/rock ratios in submarine hydrothermal systems: implications for estimating the vigour of convection. Geofluids 1, 163–181 (2001). doi:10.1046/j.1468-8123.2001.00014.x Bear J.: Dynamics of Fluids in Porous Media. Elsevier, Amsterdam (1972) Chadam J., Hoff D., Merino E., Ortoleva P., Sen A.: Reactive infiltration instabilities. IMA J. Appl. Math. 36, 207–221 (1986). doi:10.1093/imamat/36.3.207 Chadam J., Ortoleva P., Sen A.: A weekly nonlinear stability analysis of the reactive infiltration interface. IMA J. Appl. Math. 48, 1362–1378 (1988) Chen J.S., Liu C.W.: Numerical simulation of the evolution of aquifer porosity and species concentrations during reactive transport. Comput. Geosci. 28, 485–499 (2002). doi:10.1016/S0098-3004(01)00084-X Holzbecher E.O.: Modeling Density-Driven Flow in Porous Media. Springer, Berlin (1998) Lewis R.W., Schrefler B.A.: The Finite Element Method in the Static and Dynamic Deformation and Consolidation of Porous Media. Wiley, New York (1998) Nield D.A., Bejan A.: Convection in Porous Media. Springer, New York (1992) Ormond A., Ortoleva P.: Numerical modeling of reaction-induced cavities in a porous rock. J. Geophys. Res. 105, 16737–16747 (2000). doi:10.1029/2000JB900116 Ortoleva P., Chadam J., Merino E., Sen A.: Geochemical self-organization II: the reactive-infiltration instability. Am. J. Sci. 287, 1008–1040 (1987) Phillips O.M.: Flow and Reactions in Permeable Rocks. Cambridge University Press, Cambridge (1991) Raffensperger J.P., Garven G.: The formation of unconformity-type uranium ore deposits: coupled hydrochemical modelling. Am. J. Sci. 295, 639–696 (1995) Schafer D., Schafer W., Kinzelbach W.: Simulation of reactive processes related to biodegradation in aquifers: 1. Structure of the three-dimensional reactive transport model. J. Contam. Hydrol. 31, 167–186 (1998a). doi:10.1016/S0169-7722(97)00060-0 Schafer D., Schafer W., Kinzelbach W.: Simulation of reactive processes related to biodegradation in aquifers: 2. Model application to a column study on organic carbon degradation. J. Contam. Hydrol. 31, 187–209 (1998b). doi:10.1016/S0169-7722(97)00061-2 Scheidegger A.E.: General theory of dispersion in porous media. J. Geophys. Res. 66, 3273–3278 (1961). doi:10.1029/JZ066i010p03273 Scheidegger A.E.: The Physics of Flow Through Porous Media. University of Toronto Press, Toronto (1974) Steefel C.I., Lasaga A.C.: Evolution of dissolution patterns: permeability change due to coupled flow and reaction. In: Melchior, D.C., Basset, R.L. (eds) Chemical Modeling in Aqueous Systems II. American Chemical Society Symposium Series No. 416, pp. 213–225. American Chemical Society, Washington (1990) Steefel C.I., Lasaga A.C.: A coupled model for transport of multiple chemical species and kinetic precipitation/dissolution reactions with application to reactive flow in single phase hydrothermal systems. Am. J. Sci. 294, 529–592 (1994) Xu T.F., Samper J., Ayora C., Manzano M., Custodio E.: Modelling of non-isothermal multi-component reactive transport in field scale porous media flow systems. J. Hydrol. (Amst.) 214, 144–164 (1999). doi:10.1016/S0022-1694(98)00283-2 Yeh G.T., Tripathi V.S.: A model for simulating transport of reactive multispecies components: model development and demonstration. Water Resour. Res. 27, 3075–3094 (1991). doi:10.1029/91WR02028 Zhao C., Xu T.P., Valliappan S.: Numerical modeling of mass transport problems in porous media: a review. Comput. Struc. 53, 849–860 (1994). doi:10.1016/0045-7949(94)90373-5 Zhao C., Hobbs B.E., Mühlhaus H.B.: Finite element modelling of temperature gradient driven rock alteration and mineralization in porous rock masses. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 165, 175–186 (1998). doi:10.1016/S0045-7825(98)00038-3 Zhao C., Hobbs B.E., Mühlhaus H.B., Ord A.: Finite element modelling of rock alteration and metamorphic process in hydrothermal systems. Commun. Numer. Methods Eng. 17, 833–843 (2001). doi:10.1002/cnm.455 Zhao C., Hobbs B.E., Mühlhaus H.B., Ord A., Lin G.: Finite element modeling of three-dimensional steady-state convection and lead/zinc mineralization in fluid-saturated rocks. J. Comput. Methods Sci. Eng. 3, 73–89 (2003) Zhao C., Hobbs B.E., Ord A., Peng S., Mühlhaus H.B., Liu L.: Numerical modeling of chemical effects of magma solidification problems in porous rocks. Int. J. Numer. Methods Eng. 64, 709–728 (2005). doi:10.1002/nme.1372 Zhao C., Hobbs B.E., Hornby P., Ord A., Peng S.: Numerical modelling of fluids mixing, heat transfer and non-equilibrium redox chemical reactions in fluid-saturated porous rocks. Int. J. Numer. Methods Eng. 66, 1061–1078 (2006). doi:10.1002/nme.1581 Zhao C., Hobbs B.E., Ord A., Hornby P., Peng S.: Effect of reactive surface areas associated with different particle shapes on chemical-dissolution front instability in fluid-saturated porous rocks. Transp. Porous Media 73, 75–94 (2008a). doi:10.1007/s11242-007-9162-z Zhao C., Hobbs B.E., Hornby P., Ord A., Peng S., Liu L.: Theoretical and numerical analyses of chemical-dissolution front instability in fluid-saturated porous rocks. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech. 32, 1107–1130 (2008b). doi:10.1002/nag.661 Zhao C., Hobbs B.E., Ord A.: Fundamentals of Computational Geoscience. Springer, Berlin (2009) Zienkiewicz O.C.: The Finite Element Method. McGraw-Hill, London (1977)