岩石润湿性是影响多孔介质中多相流动行为的关键因素，在油气开发、二氧化碳地质封存和地下氢气储存等领域具有重要意义。长期以来，学界普遍认为，润湿性主要受界面张力和矿物表面性质控制。近年来，大量实验研究进一步表明，岩石—水界面的双电层（Electrical Double Layer）同样对润湿性具有重要影响。然而，由于双电层作用机制复杂，现有理论模型仍存在参数较多、适用范围有限等问题，岩石润湿性的调控机理尚不清晰。
针对这一科学问题，研究团队从界面自由能出发，建立了一个基于双电层自由能的岩石润湿性显式理论模型。该模型综合考虑了岩石表面电荷、电势以及溶液组成（如pH、盐度和离子类型）等因素对润湿性的影响，并分别推导了单一双电层和重叠双电层条件下的接触角表达式，构建了适用于气/水/岩和油/水/岩体系的统一理论框架。
与传统DLVO模型相比，新模型无需对纳米尺度薄膜厚度进行复杂求解，能够直接建立界面电学性质与宏观接触角之间的显式关系，从而显著提高了预测的精度与稳定性。这一成果为从统一物理机制角度理解岩石润湿性提供了新的理论工具。
研究结果表明，在气/水/岩体系中，润湿性随表面电荷或表面电势平方的增加而增强；在油/水/岩体系中，接触角主要受油水界面与岩水界面流动电位之和的影响。进一步研究发现，在低盐度条件下，双电层压缩效应对润湿性的影响超过界面张力变化；在较宽盐度范围内，润湿性随盐度变化呈现非单调规律，可划分为Jones–Ray效应、双电层压缩效应和界面张力变化三个主导阶段。此外，在引入Hofmeister效应后，模型还能够解释不同离子类型对润湿性的差异性影响。
该研究从双电层视角揭示了岩石润湿性的统一物理机制，为理解多孔介质中的多相流动行为提供了新的理论基础。相关成果对于二氧化碳地质封存安全性评估、地下氢气储存机理分析以及低盐度驱油技术优化具有重要意义。
相关研究成果近日发表于自然指数（Nature Index）收录期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》。永利304官网唯一为论文第一完成单位和通讯作者单位。永利官网谭道远副教授为通讯作者，瑞士苏黎世联邦理工学院张思奇博士为第一作者，永利官网施斌教授、朱鸿鹄教授及澳大利亚埃迪斯科文大学Stefan Iglauer教授为共同作者。该研究获得国家自然科学基金委员会杰出青年科学基金项目（42225702）、重点项目（42530708）、青年基金项目（42407250）和国际（地区）合作与交流项目（W2521146）等资助。
文章信息：Zhang, S., Tan, D., Zhu, H., Shi, B., & Iglauer, S. (2026). Wettability of rocks: Insights from an electrical double layer framework. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131, e2025JB033401. https://doi.org/10.1029/2025JB033401
图1 岩石界面润湿与双电层结构示意图：(a)带电岩石表面接触角，(b)岩石–盐水界面单一电双层结构，(c)重叠双电层结构
图2 (a)岩-水界面范德华力，(b)双电层效应和(c)岩石接触角随盐度的变化
图3 (a)Jones-Ray效应对界面张力影响示意图，(b), (c)和(d)模型预测不同岩石润湿性随盐度变化的非单调行为
图4 (a)Hofmeister效应示意图，(b)阳离子类型对于不同岩石润湿性的影响
图文：谭道远、张思奇
审核：陈天宇
