近临界水法和局部化学法油页岩原位开采技术目前已在试验场成功提取出页岩油,但油页岩原位开采产生的重金属对地下水环境可能产生的影响研究尚少,针对油页岩原位开采近临界水法和局部化学法产生的重金属对地下水影响的文献尚未见报导。因桦甸油页岩含油率高,开发潜力大,故本文以吉林省桦甸市油页岩为例。选用As、Hg、Pb、Mn和Cr为代表性重金属元素,采用室内实验的方法,针对局部化学法和近临界水法两种油页岩原位开采技术系统的研究了油页岩和直接干馏法、局部化学法和近临界水法提取页岩油后的残渣中重金属含量、各种赋存状态、在水中长期释放对地下水环境的影响。本文依托于国家自然科学基金“油页岩原位开采对地下水环境影响研究(41572216)”,从油页岩及不同开采方法残渣中重金属的含量、赋存状态和水岩相互作用方面系统分析了重金属的赋存和长期释放规律,在对比分析重金属的含量变化、分析其赋存状态的影响因素、分析其长期释放的影响因素和分析其对地下水环境影响方面有所创新。主要结论如下:(1)干馏法和局部化学法残渣中As、Pb、Mn和Cr的含量升高,Hg的含量下降。近临界水法残渣中Hg和Pb的含量增高,As、Mn和Cr的含量降低。局部化学法残渣中除Hg外的重金属含量均最大,近临界水残渣中的重金属含量均最小。(2)油页岩热解后,干馏残渣重金属的主要赋存状态没有变化,局部化学残渣Hg的主要赋存状态发生了变化,近临界水残渣As和Hg的主要赋存状态发生了变化。残渣重金属的生物有效结合态含量与热解温度、热解时间具有良好的线性相关性,不同的原位开采方法对重金属赋存状态含量具有明显的影响。(3)利用生物有效指数法评价残渣中重金属的生物有效结合态对地下水环境的污染程度,残渣中As、Pb和Mn处于污染状态,近临界水残渣中重金属将会对地下水环境产生相对较小的影响。(4)释放实验进行120天时,油页岩水溶液中p H值呈中性,干馏残渣水溶液中的p H值为强碱性,局部化学残渣p H值为弱碱性,近临界水残渣p H值为强碱性。残渣水溶液的p H值与热解温度、热解时间具有良好的线性关系。(5)油页岩及其残渣水溶液中重金属的释放浓度随浸泡时间的延长而逐渐趋于稳定。干馏残渣As、Hg和Cr的浓度在20天内变幅较大,Pb和Mn在75天内增幅较快;局部化学残渣As、Hg和Mn的浓度在60天内变幅较大,Pb和Cr在75天内变化较大;近临界水残渣As、Hg和Mn的浓度在75天内变幅较大,Pb在60天内增幅较快,Cr在90天内的变化较大。残渣重金属的释放与热解温度、热解时间之间的相关性较好。原位开采方法对重金属长期释放的影响表现在残渣重金属的释放速率上,As和Hg在近临界水法中的稳定释放速率最小,Pb、Mn和Cr在局部化学法中的稳定释放速率最小。根据油页岩及残渣水溶液中重金属的长期释放规律,对其进行化学动力学方程拟合,其拟合效果较好。(6)利用水质质量指数法判断油页岩及残渣中重金属对地下水环境影响。近临界水残渣重金属对地下水环境产生的危害较小。要注意残渣中As、Pb和Mn的释放给地下水带来的污染,同时也要注意干馏和局部化学残渣中Cr可能给地下水环境造成的污染。(7)参照Ⅲ类地下水标准浓度,利用累积公式和残渣中重金属的稳定释放速率分析计算残渣中重金属释放对地下水环境的影响。计算结果表明,随着地下水的循环流动,残渣中Mn对地下水环境影响的时间最长,Cr的影响时间最短,局部化学法对地下水造成污染的时间最短。