油頁巖原位開采對地下水化學特征的影響實驗研究

發(fā)布時間：2020-11-01 13:37

　　油頁巖作為石油資源的一種替代能源而逐漸受到人們的關注。油頁巖開采分為地面干餾和原位開采兩種方式。因地面干餾技術對環(huán)境破壞較大,對水資源浪費嚴重,其發(fā)展速度受到了制約。原位開采技術因具有可開發(fā)埋藏較深、厚度較大的油頁巖層,對大氣、地表生態(tài)環(huán)境更為環(huán)保等優(yōu)點,逐漸受到人們的青睞。但油頁巖原位開采熱解生成的油氣含有大量的有毒有機物質,因此,原位開采對地下水化學特征的影響不容忽視。油頁巖原位開采目前在國內外只進行了小規(guī)模先導實驗,關于油頁巖原位開采對地下水環(huán)境及地下水化學特征的影響研究在國內外鮮有報道。為查明原位開采生成的油、氣、殘渣中包含的污染物質及其向地下水環(huán)境中的釋放量,開展室內熱解相關實驗。熱解使原本致密不透水或弱透水的油頁巖層變?yōu)槭杷傻摹⒖赏杆挠晚搸r層。揮發(fā)性氣體沿增大的裂隙進入潛水含水層,凝結的油滲入下伏含水層中,與此同時,地下水沿裂隙進入油頁巖層中與殘渣發(fā)生反應,這些都會造成水質的破壞。為模擬這一過程,設計室內油-水、氣-水混合實驗和固體殘渣浸泡實驗。本文以農(nóng)安、扶余、樺甸、撫順、梅河口五個地區(qū)油頁巖為研究對象,在分析油頁巖礦區(qū)區(qū)域地質、水文地質條件的基礎上,開展室內實驗,分析油頁巖原位開采對地下水化學特征的影響。得到的結論如下:(1)查明油頁巖層與含水層結構的關系:研究區(qū)油頁巖層分為白堊系嫩江組、青山口組油頁巖層和古近系樺甸組、梅河組、撫順組油頁巖層。白堊系油頁巖:地下水賦存于第四系松散巖層及白堊系粉細砂巖和泥頁巖裂隙中。油頁巖層位于潛水含水層和承壓含水層之間。古近系油頁巖:潛水賦存于第四系松散巖層中,承壓水賦存于古近系砂巖、泥巖以及白堊系礫巖組成的含水層中。油頁巖層位于潛水含水層和承壓含水層之間。(2)原位開采熱解生成的油氣含有大量的有機物質,氣體主要包含小分子的烷烴、烯烴、苯系物。油主要包含大分子的烷烴、烯烴、苯系物、萘、醇等。五地區(qū)油頁巖樣品原位開采向環(huán)境中釋放的水、氣、油總量占原巖質量的12.88%,7.74%,39.79%,19.53%,38.39%。油、氣與地下水接觸會造成地下水中烴類物質、苯系物、吡啶、喹啉類、酚類、苯胺、萘酚等有機污染物質的增大。(3)原位開采會使地層孔隙度、滲透性大幅度的提升,巖石表面變得松散,出現(xiàn)撕裂式的大的張口及有機溶蝕孔。增大的孔隙、裂隙變?yōu)榱己玫膶ǖ?使得原本致密不透水的油頁巖層變?yōu)榭赏杆畬?上層潛水和下層承壓水容易進入到油頁巖層中,與巖石發(fā)生反應,同時,油、氣也能滲入至上下含水層中,對含水層水質造成污染。油氣中包含的有機物質殘留于殘渣中,與地下水接觸會造成烴類物質、苯系物濃度的升高。(4)原位開采會改變地下水的化學成分:由于原位開采使干酪根分解形成大量的有機酸,生成2H S、2 4H SO等使地下水由堿性變?yōu)樗嵝?同時導致了2-4SO濃度的增大,地下水化學類型向著硫酸型水轉化;由于干酪根的分解,殘渣灰分比重增加,油頁巖與水的接觸面積增大,使地下水中電導率增大;原位開采使得微量元素向固體殘渣中富集,水中微量元素濃度增大;干酪根的分解,碳氫鍵的斷裂,使得水中脂肪烴濃度先增高后降低,芳香烴濃度持續(xù)升高。(5)從物源分析、污染物進入途徑、污染物的釋放規(guī)律、污染物的遷移轉化四方面對油頁巖原位開采對地下水化學特征的影響展開了分析。以上為研究油頁巖原位開采對地下水化學特征產(chǎn)生的影響提供了理論基礎,具有開拓性和前瞻性,為油頁巖原位開采區(qū)地下水的保護提供了科學依據(jù)和新的思路。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：X741;X523
【部分圖文】：

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