张艳等-WRR：深部含水层真的封闭吗？为了保护浅层地下水

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为了保护浅层地下水，美国大陆许多被圈闭地层覆盖的深层含水层被用作油气勘探联产废水的地质储存库，此种实践的前提假设是：被泥岩或页岩覆盖的深层含水层中注入的流体不会向上迁移污染浅层地下水。然而，目前为止并没有对这一假设进行系统性的检验论证。
针对上述问题，中科院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室张艳副研究员与加州大学伯克利分校王其允教授等合作，以华北地台为例，对其地下水位、气压观测质量较高，上覆盖层为极低孔渗的泥岩/页岩地层的流体井进行了首次无前提假设参数的潮汐响应混合流模型测试，计算垂向渗透率（及气压系数），估算盖层封闭性，并且分析大地震（2008 MW 7.9 Wenchuan 、2011 MW 9.1 Tohoku）对封闭性的影响。

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图1 华北地台轮廓（蓝色轨道线）、地下流体台站（红色三角形）、气压台站（蓝色圆点）以及大地震震中位置（沙滩球）分布
研究表明3400 m 深度以上含水层，不论深浅，都可能在远距离地震发生后变得漏水。绝大部分地下流体井的垂向水力传导系数K’>0 ，且气压系数BE的大小排序也符合垂向水力传导系数K’的计算结果排序（图2）, 即封闭性越好的井（K’越小）对应的气压系数就越高。这一数据表明，就算上覆盖层为极低孔渗的泥岩/页岩，大部分含水层在大地震发生前也会发生明显的渗漏。因此深部含水层的封闭性可能并不如预想中那么理想，深部含水层废水、废料的埋存需要谨慎采用，且需密切监测。

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图2 2008年至2011年隔水层的垂向水力传导系数 K’及含水层的储水系数 T、导水系数S 。垂直虚线表示大地震的发生时刻（2008 MW 7.9 Wenchuan 、2011 MW 9.1 Tohoku）
研究成果发表于水文地质领域国际学术刊物WRR（张艳, 王其允*, 符力耘*, 杨秋野. Are deep aquifers really confined? Insights from deep groundwater tidal responses in the North China Platform[J]. Water Resources Research, 2021, 57: e2021WR030195. DOI: 10.1029/2021WR030195）。

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美编：陈菲菲
【张艳等-WRR：深部含水层真的封闭吗？】来源：中科院地质地球所