柴北缘陆相页岩压裂返排液水化学和同位素特征

郑昭贤，崔小顺*，朱谱成，陈宗宇

(1.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄 050061；2.自然资源部地下水科学与工程重点实验室，正定 050803)

页岩气是指赋存于富含有机质的泥岩、页岩及其夹层中，主要以吸附态存在的非常规天然气[1]。中国的页岩气可采资源量为约31.5×1012m3，占全球可采资源量的15%，是全世界页岩气开采潜力最大的国家[2]。随着“十三五”《页岩气发展规划(2016—2020年)》的发布，中国将进一步推动规模化、商业化的页岩气勘探及开发，力争2030年实现页岩气年产量(800～1 000)×108m3。

页岩气因其高能效和洁净环保等优势受到广泛关注的同时，其开发可能引发的地下水环境影响也受到众多政府部门和专家学者的瞩目[3-6]。页岩气开发的核心环节为水力压裂，但该工艺产生大量回流地表的返排液，其体积通常占压裂液的20%～30%[7]。返排液主要由压裂液、页岩层中的地层水和压裂时形成的页岩颗粒组成。人工配置的压裂液中包含多种有机物，地层水又通常为高溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)的卤水，而且页岩中的黏土矿物优先吸附地层中的重金属和铀，使返排液通常具有高TDS、高放射性，并包含超标有毒有害组分等特征[8]。美国纽约州环保局的统计结果表明其辖区内压裂返排液中平均包含59种溶解重金属、27种有机氯化合物和177种挥发、半挥发有机物，其中包含大量对人体有毒有害的重金属和有机物[9]。回流地表的有毒有害返排液通常保存在页岩气井场的废液池中，待返排结束后运输至废水处理厂进行处理排放，但在以上压裂、保存、运输和处理过程中可能产生的跑、冒、滴、漏现象，使返排液成为浅层地下水的潜在污染源[6]。……