四川盆地威远返排液元素地球化学特征及排放处理建议

水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一,大规模水力压裂技术可能会带来大量压裂返排液,而压裂返排液存在污染地下水和地表水等风险.综合对比分析四川盆地威远页岩气开发区压裂返排液与盆地内不同层系地层水地球化学特征,结果表明:威远页岩气返排液具有高矿化度、高含金属离子的特点,但与地层水相比,返排液中钠(7334 mg/L,n=63)、钙(297 mg/L,n=62)、锶(73.07 mg/L,n=64)、镁(32.1 mg/L,n=42)、钡(153.12 mg/L,n=64)、锰(1.83 mg/L,n=35)、锂(17.53 mg/L,n=64)、溴(72 mg/L,n=70)、氯(12578 mg/L,n=70)等含量基本上都是低于地层水,但硼含量(38.2 mg/L,n=64)与二叠系和三叠系地层水相近,低于震旦系和寒武系地层水.返排液B/Cl值、Li/Cl值和Na/Cl值基本都高于地层水,但Ca/Cl值和Br/Cl值则低于地层水.返排液、压裂注入液、寒武系地层水的溴氯含量具有很好的线性相关性(R2=0.9673),表明威远页岩气开发区返排液为压裂注入液与滞留在志留系页岩中的地层水的混合产物,且该地层卤水与寒武系相近.由于白云岩化作用,地层水具有富钙贫镁的特征,因此,返排液也具有富钙贫镁的特征.与生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)相比,返排液钠、氯、硼、钡、锰、铁、铊、SO42-等含量以及矿化度远高于前者,对环境具有潜在影响,不宜直接排放.威远返排液的处理主要采用循环利用方法,如果在循环利用之前能够根据返排液主微量元素的化学组成进行针对性前期处理,则可降低返排液复杂成分可能对页岩气产量与开采难度的影响,从而大大提高该方法的可行性.页岩气压裂返排液与常规地层水元素化学组成的差异性及其潜在环境风险的研究,为压裂返排液的处理与污染防控提供了重要的科学依据.