中国地质调查局水文地质环境地质研究所在北方陆相页岩气开发中地下水循环演变及异常评估研究取得新进展。该研究以我国北方侏罗统大煤沟组页岩气储层为研究对象，分析页岩地层水的主要补给来源和水化学演化机制，识别地层水赋予返排液的地球化学特征，筛选返排液潜在识别指标，揭示水力压裂引发的水岩作用对页岩矿物相关识别指标的影响及其机理，提出可广泛应用于我国北方陆相页岩返排液污染浅层含水层的标识，为我国北方陆相页岩气开发区地下水循环演变及异常评估提供科学依据。

随着全球范围内页岩气开采程度的不断增长，主要页岩气开采国对页岩气开发潜在的地下水影响越发关注，使水力压裂返排液在浅层地下水中的识别成为当前研究热点。研究发现：一是大煤沟组陆相页岩地层水起源于受大气降水补给的古湖水，并在形成过程中发生了蒸发浓缩作用、硫酸盐热化学还原作用、长石的伊利石化/高岭石化作用、白云石/方解石化作用和硼酸盐溶解作用，使地层水形成了独特的水化学和同位素特征，并通过和压裂液的混合作用，赋予了返排液与其相似的地球化学特征。经分析Br/Cl、Ba/Sr、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和δ¹¹B可作为返排液的潜在识别指标。二是压裂引发的页岩中长石溶解，可赋予返排液陆相页岩独特的硼同位素指纹特征，而且不因地层水的混合而明显改变。因此，硼同位素可广泛应用于我国北方以大气降水为主要补给来源的浅层地下水中陆相页岩返排液的污染标识。但压裂引发的页岩中碳酸盐矿物溶解，释放低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值、高元素浓度的Sr，阻碍返排液“继承”陆相富硅酸盐页岩高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和高Ba/Sr的特征，故⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Ba/Sr成为贫碳酸盐陆相页岩返排液污染标识的潜力较大。

大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标及其特征区间值

 大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标对压裂引发水岩作用的响应

铜的富集机制一直是学术界关注的热点。新疆库车蒸发岩盆地不仅广泛发育地表卤水及结晶盐花，并且浅部地层碎屑岩节理面、破碎带可见绿色含铜矿物与石膏、石盐大范围共生产出的现象，该现象一直未能得到合理解释。为此，中国地质调查局矿产资源研究所（以下简称“资源所”）曹养同副研究员及其合作者开展了矿物学研究，确定绿色含铜矿物为副氯铜矿，相关共生矿物为石膏、钙芒硝、石盐，其形成受控于卤水中盐类矿物结晶序列规律。同位素研究进一步证实，来源于蒸发岩地层的溶滤卤水通过对含铜碎屑岩地层进行淋滤形成含铜卤水，随后又通过蒸发浓缩作用在地表快速（周期尺度以月计）富集成铜。该研究成果不仅揭示了表生铜矿富集新机制，同时也为区域找矿勘查工作提供了新思路。

上述成果受到中央级科研院所基本科研业务费（项目编号：YYWF201716）及自然科学基金面上项目（项目编号：41972082）共同资助，分别发表于国际地学权威期刊《Geofluids》和《Chemical Geology》。

图1 新疆库车蒸发岩盆地盐丘、盐泉、铜（矿）化点分布

图2 地表铜富集与卤水、石盐、石膏关系 　　

图3 副氯铜矿与石膏、钙芒硝、石盐共生及其铜同位素特征

论文信息：

Yangtong Cao*, Haiming Xu. 2021. A Rapid Cu Enrichment Mechanism from Cu-Bearing Brine in Kuqa Basin, Xinjiang, China: Controlled by Crystallized Sequence of Saline Minerals. Geofluids. 2021: 5550271.

Yangtong Cao. 2022. Origin of paratacamite in the Kuqa Basin, Xinjiang, China: Defined by Cu isotope values. Chemical Geology. 602: 120902.

张北县公会镇集中安置区是通过分散搬迁、集中安置从而达到脱贫扶困的4个安置区之一，该区总计安置376户，770人。公会镇地处安固里淖排泄区，内陆水系的蒸发浓缩造成区内普遍水质较差，附近30个村庄采用统一集中供水。

2019年初，自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质调查中心（以下简称“水环中心”）太行山项目组在与张北县对接过程中了解到公会镇集中安置区集中供水存在供水量严重不足问题，近8000人供水安全难以保障，张北县政府希望水环中心能在该镇集中供水点东不拉村附近实施1眼探采结合井，并希望尽快成井，早日供水，缓解当地用水紧张局面。

水环中心太行山项目组以地质为基础，物探为先导，钻探为保障，圈定靶区后先后采用了高密度、音频大地电磁测深等方法互相验证，最后共同会商，综合确定了1眼井位。项目组技术人员克服工期紧张，钻探软硬相间地层和冲洗液漏失严重等诸多困难，经过夜以继日的紧张施工，最终于8月18日成井，终孔深度156米，单井涌水量854立方米/天，现场检测水质优良。

赶往现场的张北县水务局领导实地测量了出水量后，连声赞叹说：“挺好的，这下可真是解决大问题了！”该井配套完成后，与原有供水井配合使用，完全能保障公会镇集中安置区及集中供水村庄8000余人的用水需求。