前人在咸水含水层储存潜力评价、场地适宜性评价、数值模拟CO2注入咸水层后的时空分布、室内实验模拟矿物溶解反应等方面开展了大量的研究工作。基础研究方面，需加强CO2注入后溶解、流动、反应过程与传热过程、化学作用、机械作用等过程的耦合：①CO2注入深部咸水层后在含水层空隙介质中的时空分布与自身状态和性质的演化；②CO2埋存对沉积物－孔隙－流体系统的影响；③CO2注入后沉积层孔隙度、渗透性的变化对多相流动反应的反馈作用。
CO2注入深部咸水层后的溶解迁移，影响着流动路径上流体与矿物反应的进程。目前有很多涉及CO2地质埋存的矿物溶解－沉淀实验，主要观测各种矿物（包括方解石、长石、黏土矿物）在p H值、温度、压力影响下的反应动力学过程，主要研究随时间变化的反应，关心反应前后孔隙度渗透性的差别。没有把多相流动过程中气体组分非平衡不一致溶解对矿物溶解－沉淀的影响进行系统的研究。地质封存条件下，毛细力、重力、黏滞力三者共同作用下某些主导因素的不同，会导致不同的流动体制和不混溶相空间上的分布模式，进而影响空间上气体在不同相之间的动态分配，影响酸性气体与矿物的反应。从现在正在碳封存实验的16个大型场地看，这些盆地砂岩咸水层深度范围广（650～2800m）、盐度差异大（0～34％）、孔渗性差异很大（孔隙度3％～37％，渗透率0.001～5000m D）。向这些不同的盆地含水层中注入CO2，其流动显然有着各自不同的流动体制，需要对毛细力、重力、黏滞力分别占优势的不同流动体制下的气体非平衡不一致溶解、迁移与反应行为规律进行系统分析。
数值模拟方面，大多数基于宏观假设，一定程度上揭示出了CO2等温室气体注入地下含水层后的动态演化趋势，很少精细刻画和完整反映孔隙尺度多相流动及相间传质的细节。Hassanzadeh等（2009）提出了不同于传统常用的Brooks－Corey和Van Genuchten毛细压力－饱和度关系经验曲线，引入了特征界面面积的概念，不但基于物理学原理定量描述了毛细压力－水饱和度滞后曲线，而且能很好地刻画两个不同相的界面间非平衡传质过程。然而，包含特征界面面积的多相流模型增加了很多的计算工作量，需要分析什么样的情形下才有必要开展如此复杂的计算工作。要界定哪些情形下必须用包含特征界面面积的多相流和非平衡传质模拟，需要结合实验模拟观测来揭示。
实验观测方面，非侵入成像观测技术得到应用，主要有紫外或可见光光学成像、伽马放射性成像、X光显微层析成像、核磁共振成像等，能提供孔隙介质特征、多相流体的分布、流体流动、溶质迁移与混合、溶解－沉淀以及化学反应等重要过程信息，有望揭示更多的孔隙空间发生的物理化学细节。
近年来定量拉曼谱学和成像技术发展很快，在获得透明介质中固液气相的分布的同时，能够获得相内物质相对组成，在研究相内物质含量及其时空变化的监测方面具有一定的优势，为分析CO2注入后的多相流动反应过程中孔隙尺度气体、水、矿物的时空变化以及研究多相流动反应过程对介质的孔渗性影响提供了可行性。
本书是研究组近五年来CO2地质封存研究的阶段成果，主要介绍了CO2注入后在咸水中的溶解、扩散、反应等实验研究工作。用激光拉曼光谱原位观测技术，原位观测了不同条件下的溶解扩散及水岩反应过程，准确测定了广阔温压条件下CO2在不同水溶液中的溶解度和扩散系数，总结了地质封存温压条件下CO2溶解、扩散及水岩反应规律，为CO2地质封存过程模拟及储量评估提供准确参数和过程信息，为注入CO2促进油气开采等生产提供一些参考信息。
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