盖层密封性能对CO_2地质封存工程的容量、经济性、安全性具有重要影响。盖层岩石具有明显的层状非均质特点,而这种层状非均质特点直接影响CO_2在盖层中的迁移与泄漏过程,从而影响盖层的密封性能。现有研究考虑了各向同性的非均质性对盖层密封性能的影响,但并未针对层状非均质性盖层展开相应的研究。建立了考虑孔隙度、渗透率和毛管压力参数变化关系的均质、非层状非均质和层状非均质3种盖层地质模型,并采用TOUGH2对统一边界条件的不同地质模型开展了数值模拟对比研究,分析了CO_2进入盖层、盖层内迁移和穿透盖层而形成缓慢泄漏的全过程。模拟结果表明:3种模型中,自由态CO_2饱和度分布与孔隙度、渗透率的分布基本一致;与均值模型相比,非层状非均质性会加速CO_2在盖层中的迁移,而层状非均质性将会阻碍CO_2在盖层中的迁移,增加穿透时间;与均质模型和非层状非均质模型相比,层状非均质模型将会大大降低CO_2的穿透盖层以后的泄漏速率和泄漏总量。针对建模和数值模拟过程中遇到的问题,提出了盖层地质建模过程中的一些局限性。其结果为更加客观和定量地评价CO_2在盖层内迁移规律及泄漏量奠定了一定的基础。