多年凍土區(qū)石油污染遷移試驗研究.pdf

1、我國分布著面域廣大的多年凍土和季節(jié)凍土。凍土是一種對溫度十分敏感且性質(zhì)不穩(wěn)定的特殊土體。由于國民經(jīng)濟的發(fā)展和能源戰(zhàn)略的需要，石油管道建設(shè)逐漸向寒區(qū)擴展，已經(jīng)投入運營的中俄原油管道工程，正是修建在我國東北地區(qū)多年凍土區(qū)和季節(jié)凍土區(qū)上的一項重要的能源戰(zhàn)略工程。
　　 在凍土區(qū)石油的開采、煉制、集貯、運輸和使用等過程中，原油及其制品會拋灑或者泄漏在地面或地下，被石油污染的巖土體，其物理化學(xué)及熱學(xué)力學(xué)特性均會發(fā)生顯著的變化，進而引起一系

2、列嚴(yán)重的巖土和環(huán)境問題。研究多年凍土區(qū)石油污染物的遷移問題，有助于解決多年凍土區(qū)石油管道建設(shè)中的巖土和環(huán)境問題，還可以拓展對凍害形成、凍土退化和凍土區(qū)環(huán)境惡化等過程的機理性認(rèn)識。
　　 本文以中俄原油管道工程為背景，在考慮多年凍土區(qū)特殊性的基礎(chǔ)上，通過一系列室內(nèi)試驗，進行了石油污染物在多年凍土區(qū)土-水系統(tǒng)中遷移的試驗研究，包括：遷移過程的模擬試驗，淋濾、溫度梯度和凍融循環(huán)等因素對遷移過程的影響，重力和毛細力作為驅(qū)動力的模擬試驗，

3、石油污染土體的導(dǎo)熱系數(shù)和凍結(jié)溫度的變化規(guī)律研究，并利用掃描電鏡直觀分析了石油污染土體的細觀結(jié)構(gòu)。
　　 主要結(jié)論如下：
　　 1.石油污染物在多年凍土區(qū)遷移的大致過程是：原油泄漏后，污染物在重力作用下下滲，進入多年凍土活動層，部分污染物被土顆粒吸附；部分污染物隨水繼續(xù)向下遷移；最后，大部分污染物受到凍土層的阻礙，在凍融界面處聚集。溶解態(tài)油相會隨著水分的遷移而遷移。石油烴類在遷移過程中，烷烴遷移速率最大，接著依次為極性化合

4、物(非烴)、芳烴和瀝青質(zhì)。淋濾作用下，碳數(shù)越大的烷烴，遷移能力越強，帶有支鏈的烷烴遷移能力較碳數(shù)相近的正構(gòu)烷烴強。
　　 2.多年凍土區(qū)的淋濾、溫度梯度和凍融循環(huán)等作用會對遷移過程產(chǎn)生顯著影響，溫度-水分-石油之間存在密切的關(guān)系。溫度梯度作用和凍融循環(huán)作用，二者的影響機制是一致的。溫度梯度作用通過影響石油污染物本身的物理性質(zhì)、土顆粒對石油污染物的吸附作用和土體內(nèi)水相的分布和相狀態(tài)影響了石油污染物的遷移過程。凍融循環(huán)作用的影響分兩

5、個部分：凍結(jié)作用和融化作用。凍結(jié)作用機制近似于單獨的溫度梯度作用；融化作用下，油品的黏度減小；土顆粒對油相的吸附能力下降；土柱頂部凍結(jié)的水分融化，并在重力作用下向下遷移。融化作用會削弱凍結(jié)作用積累的效果。
　　 3.石油污染物在多年凍土區(qū)遷移的驅(qū)動力主要包括：重力作用、毛細作用、溫度作用、淋濾作用和濃度梯度作用等。毛細力和重力影響下，土體內(nèi)水相的分布規(guī)律同油相的分布規(guī)律恰好相反，重力作用下油相的自由遷移會驅(qū)替土體內(nèi)水相使水相產(chǎn)生

6、重分布。油水兩相間的相互作用的機制為：分布在土體中的水相對油相的遷移是種阻礙；土柱內(nèi)水相賦存狀態(tài)的改變會影響油相的遷移；分布在土體中的油相對水相的重分布是種阻礙；油水兩相共存于土骨架間隙，二者之一的重新分布需要打破已有的油-水平衡狀態(tài)才能實現(xiàn)。
　　 4.石油污染土體導(dǎo)熱系數(shù)的大小取決于土-水-油系統(tǒng)中各相的賦存位置、相對含量、相狀態(tài)和各相的導(dǎo)熱性能。污染土體導(dǎo)熱系數(shù)隨含水量的增加而增大，含水量相同時，負(fù)溫土體導(dǎo)熱系數(shù)較正溫大；

7、污染土體導(dǎo)熱系數(shù)隨污染強度的增加呈現(xiàn)先減小后突然增加后又減小的變化趨勢，土樣濕相飽和時的導(dǎo)熱系數(shù)最大；溫度對污染土體導(dǎo)熱系數(shù)的影響主要取決于該溫度區(qū)間水相的賦存狀態(tài)，受油相賦存狀態(tài)的影響較??；污染土體導(dǎo)熱系數(shù)隨濕相飽和度的增加而增大，濕相飽和度相同時，水油相間的相互作用會弱化對方對土體導(dǎo)熱系數(shù)的影響；接近濕相飽和時，水油相間的相互作用對導(dǎo)熱系數(shù)的影響會減弱。石油污染土體的凍結(jié)溫度隨污染強度的增大而降低。
　　 5.電鏡掃描的試驗