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高烃地下水是指地下水中总石油类浓度超过0.05mg/L(地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准)的地下水。按成因分为次生及原生高烃地下水。不同于次生高烃地下水,原生高烃地下水是在天然环境中形成,会极大的消减地下水受纳有机烃类的能力并引发一系列环境问题。在历时五年对贵州织金北部地区三叠系浅层含水层水质监测过程中,发现区内大部分作为饮用水源的地下水中石油类浓度长期超过0.05mg/L,而痕量的次生有机物,不能形成长期大范围高烃地下水现象,指示原生浅层高烃地下水的存在。本文运用室内外实验相结合的方法,主要开展两方面进行研究:1、贵州三叠系地层生烃潜力探究;2、地层中有机质向浅层地下水环境中迁移转换途径探究。具体研究内容及成果主要体现在以下四个方面:A.“补”——三叠系浅层原生高烃地下水的来源研究区三叠系地层具备一定程度释烃能力。通过对区内三叠系下统永宁镇组(T1yn)至上统须家河组(T3x)地层的沉积环境、古生物类型、化学组分、生烃潜力及生物标志物特征分析,发现区内三叠系地层沉积过程整体呈现海相逐渐向陆相转变的特点,存在多个海进与海退旋回。不同时期地层生烃潜力不一。永宁镇组四段(T1yn4)及关岭组三段(T1g3)地层具备相对较高的生烃潜力,岩性均以白云岩或灰质白云岩为主,有机质母源以海相低等生物为主,存在陆源碎屑输入,大部分形成于还原性环境。其次为关岭组二段(T2g2)地层,岩性以灰岩为主,有机质母源主要受海相藻类输入,偶见陆源碎屑输入,形成于还原性环境。永宁镇组三段(T1yn3)、关岭组一段(T2g1)及法郎组(T2f)地层的生烃潜力较低。须家河(T3x)地层为陆相沉积,生石油烃潜力极小。B.“径”——水岩烃相互作用释烃理论水岩中有机质同源。有机质进入地下水的可能途径包括溶蚀释烃及抽提释烃。根据研究区各地层生烃潜力差异及水文地质条件特征,针对不同含水层、深度及补径排区进行地下水质监测,分析地下水中元素组分、氢氧同位素、锶同位素、次生有机物及对比水岩中生物标志物特征。结果显示研究区内地下水矿物元素改造基本来自背景地层,存在较强的水岩相互作用。岩石及地下水中正构烷烃在重碳区分布规律极为相似,指示有机质同源,而轻饱和烃难以在地下水中检出,主要由其理化性质决定,饱和烃碳数越小,越不易进入浅层地下水环境。C.“排”——生烃潜力层释烃能力及主驱动力岩层溶蚀程度是释烃作用的主要驱动力,抽提释烃在溶蚀释烃基础上进行,对释烃有一定的促进作用。野外溶蚀试验及室内物理模型结果发现地层释烃量与溶蚀量呈正比,且永宁镇组四段(T1yn4)地层呈现“陡变”规律,指示其为有机质“储层”,而关岭组三段(T2g3)地层呈现“缓变”规律,指示其为有机质“生油层”。虽然抽提释烃模型中,释烃量远高于溶蚀释烃模型,但在天然环境中,地下水中有机质浓度低,抽提释烃作用微弱。在假设条件:(1)以地下水系统为单位;(2)系统内富水性均一;(3)系统内不存在大型集中式管道;(4)地下水中矿物元素来源于背景地层;(5)不考虑地下水流动对总石油类浓度稀释富集作用;(6)岩层释烃全部进入地下水中,且在地下水中均匀分布的情景中,估算大龙井-以冲沟岩溶地下水系统总石油类浓度。结果显示,基于地下水中矿物组成估算浅层地下水中总石油类浓度约为0.05~0.50mg/L,接近野外实测值。基于野外溶蚀试验数据估算浅层地下水中总石油类浓度约为4.60mg/L大于实测最大值,此方法仅适用于岩石溶解受裂隙溶解控制,且溶蚀试验切块的裂隙发育具有代表性时,具有一定可靠性。D.“应用”——金沙小区三叠系含水层原生高烃地下水预评价金沙小区主要出露三叠系地层,总出露面积占36.92%,主要生烃潜力层为永宁镇组四段(T1yn4)及关岭组三段(T2g3)。在假设条件:(1)以地下水系统作为一个单元;(2)排泄区地下水中钙镁离子全部来源于水岩交换作用;(3)仅考虑水岩交换程度同水岩接触时间有关;(4)不存在集中式径流管道;(5)当地下水中总石油类浓度达到0.04mg/L时,认为系统内可能出现浅层原生高烃地下水现象的前提下,结合金沙小区地形坡度及地貌特征,对其三叠系含水层进行原生高烃地下水战略评价,认为浅层原生高烃地下水可能在小区南部,中部,西北及东北部,特别在地形坡度较缓的灰岩分布区和岩层较为破碎的白云岩分布区,当水中Ca2+、Mg2+浓度分别达9.15mg/L和5.45mg/L时,有可能出现原生高烃地下水现象。