煤田地质与勘探

作者：解晨阳, 刘博, 张玉婷, 祝芳,

关键词：水力压裂, 页岩矿物, Ba²⁺, 吸附实验, 吸附动力学, 等温吸附模型,

目的和方法大规模水力压裂是开采页岩气的关键技术手段，然而实际工程表明压裂液返排率低且不同区块差异大，压裂液中部分组分可能会污染地下水环境，为探究页岩储层中压裂液Ba2+的吸附特征与机理，选取川南长宁区块龙马溪组页岩和3种不同成分的页岩样品、共计4种典型样品，系统开展不同矿物成分页岩对Ba2+的吸附实验研究，重点考察时间、Ba2+初始浓度、NaCl离子强度、pH及温度等因素的影响。结果和结论(1) 4种页岩对Ba2+的吸附过程可划分为快速吸附、缓慢吸附和吸附平衡3个阶段；吸附能力上：以蒙脱石为主的样品(样品Ⅲ)\gg 以伊利石、方解石和石英为主的样品(样品Ⅰ)>以绿泥石为主的样品(样品Ⅳ)>以长石和石英为主的样品(样品Ⅱ)。(2) 所有样品的平衡吸附量均随Ba2+初始浓度的升高而增大；在溶液离子强度增加时，样品Ⅲ吸附量下降，而样品Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的吸附量则有所提高。溶液pH的影响表现为：碱性条件更有利于样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ对Ba2+的吸附，而酸性环境则更有利于样品Ⅰ的吸附。温度变化对Ba2+吸附量影响不显著；动力学研究表明，吸附过程符合准二级动力学模型，说明该过程受化学吸附作用主导。(3) 等温吸附模型拟合结果显示，样品Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的吸附机制主要为单分子层化学作用与非均匀表面作用共同作用，而样品Ⅰ更倾向于通过双分子层或多分子层形式进行吸附。(4) 调控压裂液的离子强度和pH可有效增强页岩对重金属离子的吸附，降低其对地下水环境的污染风险，研究结果为压裂过程中重金属污染的阻控提供技术依据。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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