地下水对灰岩裂隙的溶蚀作用决定灰岩地层中岩溶发育速度及规模,深入研究地下水作用下灰岩裂隙溶解扩展过程对科学认识岩溶动力系统特征及运行规律具有重要的意义。本文选取柴达木盆地石灰沟地区灰岩为研究对象,开展了不同温度、压力条件下的灰岩裂隙溶解扩展实验。由于CO₂地质储存储层中的岩溶作用是一种特殊条件下的岩溶类型,所以本文专门研究了CO₂地质储存温度压力下的灰岩裂隙溶解实验。在不同温度、CO₂分压、流量条件下将饱和CO₂水溶液注入人造灰岩裂隙,监测裂隙上下游压差及出口流量,取裂隙出口水样测试Ca²⁺浓度;通过样品矿物组成、微观结构、温度、CO₂分压、流量与裂隙张开宽度、出口Ca²⁺浓度、反应级数（n）、反应速率常数（K_c）间的关系,揭示地下水作用下灰岩裂隙溶解扩展过程。在岩溶动力系统中,CO₂-H₂O-CaCO₃三相间的物质、能量传输转化关系决定岩溶发育规律。当P_CO2≤10^3.5 Pa时,出口Ca²⁺浓度随温度的升高而增大;当P_CO2≥10^4.5 Pa时,随着流量的减小,出口Ca²⁺浓度随温度的升高而增大的规律逐渐转变成随温度的升高而减小。另外出口Ca²⁺浓度随CO₂分压的升高、流量的减小而增大,且与CO₂分压、流量分别呈指数函数、幂函数关系。当P_CO2≥10^4.5 Pa后,出口Ca²⁺浓度受流量、温度的影响减小,受CO₂分压控制作用增大。本文求解了不同条件下裂隙溶解过程中对应的反应级数（n）、反应速率常数（K_c）:n随温度的增加而减小,随CO₂分压的增加而增大;K_c随温度和CO₂分压的增加而增大;且二者与温度呈线性关系。由n和K_c与温度之间的关系,本文提出了不同CO₂分压下的可以计算任意温度时的裂隙溶解速率方程,且该方程具有很高的普适性和可靠性。CO₂地质储存储层中岩溶不同于绝大部分岩溶动力系统。在CO₂地质储存条件下,裂隙表面很快形成明显的溶蚀管道,且实验结束后灰岩样品S₁、S₃和S₄的裂隙张开宽度（B_h）分别扩大为原来的3.4、1.4和1.2倍;S₂受裂隙表面初始特征的影响,实验初期B_h轻微缩少后期B_h逐渐增大。B_h与时间之间可以用S型、对数型和多项式型函数表示;S₁,S₂,S₃和S₄的裂隙平均溶解速率分别为2.50×10^-6,3.11×10^-6,2.70×10^-6和3.04×10^-6 mol/m²/s。裂隙表面溶解模式与佩克莱常数（Pe）和达姆科勒数（Da）密切相关,当Pe相等时,Da越大,裂隙表面越趋于均质溶解模式;当Da相等时,Pe越大则裂隙表面管道化溶解模式愈发育。同时,裂隙表面的非均质性对溶解模式也有重要影响,生物碎屑聚集、方解石解理面、裂隙表面微裂缝及方解石脉充填位置更易发生优先溶蚀。