油页岩作为石油资源的一种替代能源而逐渐受到人们的关注。油页岩开采分为地面干馏和原位开采两种方式。因地面干馏技术对环境破坏较大,对水资源浪费严重,其发展速度受到了制约。原位开采技术因具有可开发埋藏较深、厚度较大的油页岩层,对大气、地表生态环境更为环保等优点,逐渐受到人们的青睐。但油页岩原位开采热解生成的油气含有大量的有毒有机物质,因此,原位开采对地下水化学特征的影响不容忽视。油页岩原位开采目前在国内外只进行了小规模先导实验,关于油页岩原位开采对地下水环境及地下水化学特征的影响研究在国内外鲜有报道。为查明原位开采生成的油、气、残渣中包含的污染物质及其向地下水环境中的释放量,开展室内热解相关实验。热解使原本致密不透水或弱透水的油页岩层变为疏松的、可透水的油页岩层。挥发性气体沿增大的裂隙进入潜水含水层,凝结的油渗入下伏含水层中,与此同时,地下水沿裂隙进入油页岩层中与残渣发生反应,这些都会造成水质的破坏。为模拟这一过程,设计室内油-水、气-水混合实验和固体残渣浸泡实验。本文以农安、扶余、桦甸、抚顺、梅河口五个地区油页岩为研究对象,在分析油页岩矿区区域地质、水文地质条件的基础上,开展室内实验,分析油页岩原位开采对地下水化学特征的影响。得到的结论如下:(1)查明油页岩层与含水层结构的关系:研究区油页岩层分为白垩系嫩江组、青山口组油页岩层和古近系桦甸组、梅河组、抚顺组油页岩层。白垩系油页岩:地下水赋存于第四系松散岩层及白垩系粉细砂岩和泥页岩裂隙中。油页岩层位于潜水含水层和承压含水层之间。古近系油页岩:潜水赋存于第四系松散岩层中,承压水赋存于古近系砂岩、泥岩以及白垩系砾岩组成的含水层中。油页岩层位于潜水含水层和承压含水层之间。(2)原位开采热解生成的油气含有大量的有机物质,气体主要包含小分子的烷烃、烯烃、苯系物。油主要包含大分子的烷烃、烯烃、苯系物、萘、醇等。五地区油页岩样品原位开采向环境中释放的水、气、油总量占原岩质量的12.88%,7.74%,39.79%,19.53%,38.39%。油、气与地下水接触会造成地下水中烃类物质、苯系物、吡啶、喹啉类、酚类、苯胺、萘酚等有机污染物质的增大。(3)原位开采会使地层孔隙度、渗透性大幅度的提升,岩石表面变得松散,出现撕裂式的大的张口及有机溶蚀孔。增大的孔隙、裂隙变为良好的导水通道,使得原本致密不透水的油页岩层变为可透水层,上层潜水和下层承压水容易进入到油页岩层中,与岩石发生反应,同时,油、气也能渗入至上下含水层中,对含水层水质造成污染。油气中包含的有机物质残留于残渣中,与地下水接触会造成烃类物质、苯系物浓度的升高。(4)原位开采会改变地下水的化学成分:由于原位开采使干酪根分解形成大量的有机酸,生成2H S、2 4H SO等使地下水由碱性变为酸性,同时导致了2-4SO浓度的增大,地下水化学类型向着硫酸型水转化;由于干酪根的分解,残渣灰分比重增加,油页岩与水的接触面积增大,使地下水中电导率增大;原位开采使得微量元素向固体残渣中富集,水中微量元素浓度增大;干酪根的分解,碳氢键的断裂,使得水中脂肪烃浓度先增高后降低,芳香烃浓度持续升高。(5)从物源分析、污染物进入途径、污染物的释放规律、污染物的迁移转化四方面对油页岩原位开采对地下水化学特征的影响展开了分析。以上为研究油页岩原位开采对地下水化学特征产生的影响提供了理论基础,具有开拓性和前瞻性,为油页岩原位开采区地下水的保护提供了科学依据和新的思路。