某页岩气开采区地下水中氯离子与硫酸根离子浓度特征研究及预测

发布时间：2018-11-28 08:36

【摘要】：研究区从2013年开始开发并采集页岩气,逐渐形成规模较大的页岩气开采开发区。2015年,在页岩气开采区进行了初步的地下水取样检测时发现,研究区内地下水中Cl~-和SO_4~(2-)浓度异常,有明显的增长趋势,因此,对该页岩气开采区地下水中氯离子与硫酸根离子浓度特征进行研究及预测是十分重要的。本文作者进行了野外水文地质调查与地下水样取样测试分析,运用数理统计等方法,对研究区内地下水中的主要化学组分进行分析,着重讨论了Cl~-和SO_4~(2-)浓度特征,并对未来5年、10年、15年、20年内Cl~-和SO_4~(2-)浓度场进行了数值计算分析。论文主要研究成果如下:(1)研究区地表水切割强烈,出露大片碳酸盐岩,组成侵蚀、溶蚀褶皱山地,呈现溶蚀槽谷或溶丘谷地地貌景观。研究区内多年平均降水量为1105mm,随着海拔的不断升高,降水量有增大的趋势。(2)研究区位于四川盆地川东褶皱带,包鸾——焦石坝背斜构造区,区内主要地质构造为老场——悦来褶皱曲组,褶皱构造走向为NNE。区内出露的主要地层为三叠系嘉陵江组(T_1j)地层和少量雷口坡组(T_2l)地层,岩性以灰岩、白云岩、白云质灰岩及泥灰岩为主,节理裂隙较为发育。(3)研究区内含水岩组为三叠系下统嘉陵江组的灰岩,含水层的富水性强,地下水类型主要为碳酸盐岩岩溶水。研究区岩溶水的补给主要依靠碳酸盐岩露头区接受的大气降雨,其次为地表水体,地下水沿着发育的裂隙排泄至地表河流,局部地区以泉的形式排泄。(4)对研究区内地下水进行采样,采取了15组地下水样,进行了简分析,对地下水中的主要成分进行了统计分析。(1)对采集的样品进行了数理统计特征的分析,发现研究区内SO_4~(2-)、Cl~-的变异系数相对较大,说明这两种离子在研究区内分布的变化较大;(2)利用sufer、Arcgis对主要成分进行分布特征分析,发现SO_4~(2-)、Cl~-这两种离子与背景值相差较大,浓度增长较快;(3)进一步的相关性分析发现Cl~-几乎与区内其他的阴阳离子都不相关,而SO_4~(2-)与其他离子相关程度都较小;(4)对页岩气开采井周围地下水监测数据进行分析,发现研究区内地下水中SO_4~(2-)、Cl~-这两种离子浓度最大值分别为69.31mg/L和30.02mg/L,地下水水质符合国家《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中规定的III类水标准。(5)在已查明水文地质条件的基础上,建立了研究区的水文地质概念模型。上覆层为中等富水性的嘉陵江组二段裂隙水,中间层为强富水性强的嘉陵江组一段的裂隙水,下伏地层为飞仙关组四段的页岩,概化为相对隔水层。研究区西、南部为澜清河和麻溪河,将其概化为河流边界;东部为大耳山背斜,背斜翼部为飞仙关组页岩相对隔水,构成隔水边界。(6)在研究区水文地质概念模型的基础上,建立了地下水流数值计算模型,经过模型校核,对研究区内地下水渗流场进行预测,预测结果显示,研究区未来5年、10年、15年、20年内的地下水水位是有所下降的,但下降的幅度不是很大,在靠近河谷的位置地下水水位下降的幅度较小,相对海拔较高的位置地下水水位下降的幅度要大一些。(7)在上述渗流场模型的基础上,建立了研究区地下水中Cl~-、SO_4~(2-)浓度数值计算模型,用Cl~-、SO_4~(2-)的初始浓度场,校核浓度数值计算模型,进行了未来5年、10年、15年、20年研究区内Cl~-、SO_4~(2-)浓度变化预测分析。(1)研究区内地下水中的Cl~-浓度沿着地下水流动的方向逐渐变小。在模拟的5年、10年、15年、20年内,Cl~-离子的浓度随着时间的推移不断增长,开始时增长速率较快,随着地下水中Cl~-离子的浓度逐渐增加,增长速度逐渐平缓。(2)研究区内SO_4~(2-)离子的浓度随着水流的方向直到河谷低洼处,是逐渐增大的,影响SO_4~(2-)离子浓度变化的主要因素主要为含水层岩性和地下水补径排条件等。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE37;P641

【参考文献】