水文地质学基础4【精品】

第四章 地下水的物理性质和化学性质,学习导航地下水有哪些物理性质和化学成分？地下水物理性质和化学成分形成的原因？研究地下水物理性质和化学成分的意义和方法。,第一节 地下水的物理性质,地下水的温度：地下水的温度与其存在的地层温度是基本一致的。地温及其变化的因素：气温和地球内部热源。常温带：在地表以下某一深度带，地温变化很小或者说没有变化，这一深度带称为常温带。变温带：在常温带以上到地表，地温随时间发生有规律的周期性变化，这一地带称变温带。,第一节 地下水的物理性质,增温带：位于常温带以下，地温随着深度增大而有规律地增高，这一地带称增温带。 地温梯度：指年常温带以下，深度每增加100m时地温的增加值。其倒数称为地热增温级。 地下水的温度地下水按温度分类,第一节 地下水的物理性质,地下水的颜色地下水的透明度地下水的气味地下水的味道地下水的比重地下水的导电性地下水的放射性,第二节 地下水的化学成分,地下水主要气体成分氧（O2）：具有氧化作用来源于大气、地表及植物光合作用氮（N2）：主要来源大气，也有生物变质二氧化碳（CO2）：具有溶蚀作用有机物分解、变质或火山作用、大气中的CO2硫化氢（H2S）：一般出现在有机质存在的封闭环境。生物化学作用、变质或火山作用,第二节 地下水的化学成分,地下水中主要离子成分氯离子(CL-)主要来源：岩盐或其它含氯沉积岩、岩浆岩中含氯矿物、海水入渗、直接来自深部热水或火山喷发物、人为污染特点：分布很广，最为稳定，是高矿化水的主要阴离子硫酸根离子（SO42-）主要来源：含石膏或其它硫酸盐岩石、天然硫、含硫矿物、硫化矿物的水解氧化、酸雨渗入地下特点：含量变化范围较大，是中等矿化度水中最主要的阴离子,第二节 地下水的化学成分,重碳酸根离子（HCO3-）来源：水对碳酸盐岩的溶解、长石类铝硅酸盐矿物的风化水解特点：分布很广，但其绝对含量始终不高，是低矿化度水的主要阴离子，在中性和弱碱性水中含量最高。钠离子（Na+)来源：沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解、岩浆岩和变质岩类含钠矿物的风化水解特点：分布很广，含量变化很大，是高矿化水的主要阳离子，但其含量总小于CL-,第二节 地下水的化学成分,钾离子（K+）来源：含K+类沉积岩的溶解、正长石等含钾矿物的风化水解特点：分布情况与Na+相近，但其含量明显小于Na+钙离子（Ca2+）来源：碳酸盐类岩石溶解、含石膏等沉积岩的溶解、钙长石等含钙矿物的风化水解及生物残骸分解特点：地下水分布很广，含量变化很大。镁离子（Mg2+）来源：白云岩、泥灰岩等碳酸盐岩的溶解、橄榄石辉石等含镁矿物的风化溶滤特点：含量由每升数毫克到数十克。大部分地区含量小于Ca2+,第二节 地下水的化学成分,岩浆岩、变质岩,碎屑岩类,盐岩类,地表,其它,含钠类矿物,含钾类矿物,含钙类矿物,含镁类矿物,含钠类矿物（钠长石）,含钾类矿物（钾长石）,含钙类矿物,含镁类矿物,生物残骸,K+,Na+,Ca2+,Mg2+,第二节 地下水的化学成分,岩浆岩,碎屑岩类,盐岩类,地表,其它,含氯类矿物,含氯类矿物,长石类分解成HCO3,石膏,硫化物,酸雨,石灰岩,海水,采空区,含氯类矿物,人工污染,CL-,SO42-,HCO31-,第二节 地下水的化学成分,地下水中的其它成分微量成分：Br、I、F、Ba、Li、Sr、Cu、Pb、Zn、B、P、As。它们有的来自地球深部，有的来自海洋。胶体化合物：Fe(OH)3、Al(OH)3、HSiO3等及有机胶体。它们主要来源于有关岩石的风化溶滤有机物：有机质是以碳、氢、氧为主的高分子化合物，其他成分尚有氮、磷、硫等，存在形式为胶体形式、悬浮状态、真溶液。来源自生物排泄物或生物遗骸分解。微生物：细菌和病毒。,第三节 地下水主要化学性质,地下水的酸碱性(PH值)地下水的酸碱性用氢离子浓度或PH值来表示，PH=-lgH+地下水中的酸碱性的意义：对水与围岩的化学反应有影响，酸性水有腐蚀作用。,第三节 地下水主要化学性质,总矿化度定义：总矿化度表示地下水中含盐量的多少，是表征水矿化程度的指标。（包括各种溶解的物质，但不包括游离状态的气体成分）,第三节 地下水主要化学性质,地下水的硬度地下水硬度：由于水中含有Ca2+、Mg2+而具有的性质。地下水硬度的分类：总硬度、永久硬度、暂时硬度、碳酸盐硬度、负硬度硬度的表示方法（毫克当量数、德国度H0）地下水按硬度分类,第三节 地下水主要化学性质,总硬度：水中含有Ca2+、Mg2+的总量称为总硬度。暂时硬度：指水加热沸腾后，由于脱碳酸作用，而从水中析出的那部分Ca2+、Mg2+含量。永久硬度：水加热沸腾后，仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量。1毫克当量（meq/L）=2.8德国度（H0）,第三节 地下水主要化学性质,地下水的侵蚀性侵蚀性CO2对混凝土的侵蚀硫酸盐侵蚀酸性侵蚀,第四节 地下水化学成分的形成,溶滤作用：水和岩石相互作用时，岩石中的一部分物质溶于水中的作用。溶滤作用的影响因素不同的矿物有不同的溶解度，溶解度越大越易溶滤。,岩石的空隙越大，越易发生溶滤作用水的溶解能力越强，越易发生溶滤作用饱和度、温度、PH值、侵蚀性水的交替能力是决定溶滤作用的关键因素溶滤作用的时间性,第四节 地下水化学成分的形成,浓缩作用：地下水因蒸发失去水分，造成盐类积累浓缩的作用环境、析出顺序、深部蒸发脱碳酸作用：由于CO2从水中逸出，发生碳酸盐沉淀的作用称脱碳酸作用。脱硫酸作用,第四节 地下水化学成分的形成,阳离子交替吸附作用:当地下水从岩石空隙中流过时，在一定的条件下，颗粒所吸附的阳离子能与地下水中的阳离子发生置换。吸附作用的影响因素：阳离子本身被吸附的能力（化学价越高，被吸附能力越强）与离子的浓度有关与颗粒的吸收能力有关(比表面积）交替吸附作用的意义：改善水质、改良土壤,第四节 地下水化学成分的形成,混合作用：两种或两种以上不同化学成分、不同矿化矿度的地下水混合后，形成一种与原来两种水化学成分或矿化度全然不同的新型地下水，这种作用叫水的混合作用。混合作用类型：物理混合和化学混合化学混合实例物理混合离子含量的计算自然界中地下水混合现象,第四节 地下水化学成分的形成,人类活动地地下水化学成分形成中作用人类活动的污染物影响地下水的水质人工抽水在水位下降时也影响水质人类活动影响地下水的形成、排泄条件而改变水质采矿活动影响地下水,第五节 地下水化学成分的基本成因类型,渗入水：又称溶滤水，是大气降水、地表水或凝结水渗入地下形成的，主要分布在浅层。主要特征：矿化度较低，一般小于0.5g/L，以HCO3-Ca型为主，并含有Mg2+、 Na+离子，富含O2、N2、CO2渗入水的化学成分和它流经的岩石成分密切相关沉积岩地层中（含盐地层- Na+ 、CL-；石膏、天青石-SO42- 、Ca2+ 、Sr2+；石灰岩、白云岩- Ca2+ 、Mg2+、 HCO31-）在岩浆岩、变质岩地层中（正长石- K+、 Al(OH)3、SiO2；钙长石、钠长石- Na+ 、Ca2+、 Al(OH)3、SiO2；橄榄石、蛇纹石- Mg2+、 HCO31-）在煤系地层中渗入水的化学成分还与气候、地形有关,第五节 地下水化学成分的基本成因类型,沉积水：在沉积岩形成过程中或进入岩石中的水叫沉积水。沉积水特征：一般是矿化度很高的Cl-Na(Ca)型水，矿化度比海水高得多，最高可达300g/L以上SO42-很少，HCO31-略有升高，PH值较高Ca2+相对增多， Na+有所减少含较多Br、I、B等微量元素出现CH4和H2S并含有重水同位素。沉积水化学特征形成的原因蒸发浓缩作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用,第五节 地下水化学成分的基本成因类型,内生水：发生在地壳深部的许多地质作用，如火山喷发作用、岩浆作用和变质作用均有水产生，这些水称为内生水内生水类型：初生水和再生水内生水化学特征：至今并不完全清楚,第六节 地下水化学成分研究方法,一、地下水化学分析的种类及要求简分析全分析专项分析水化学分析资料整理和表示方法离子毫克数表示法:摩尔表示法,第六节 地下水化学成分研究方法,当量表示法：当量浓度是离子的摩尔浓度（mol/L)与其浓度离子价的乘积。毫克当量表示法:毫克当量数也是离子的毫克分子数乘以化合价,第六节 地下水化学成分研究方法,毫克当量百分数表示法,最终提交的成果表,第六节 地下水化学成分研究方法,地下水化学成分分类舒卡列夫分类：毫克当量百分数25%的阴阳离子作为分类的基础，根据它们的组合关系可以组成49种不同类型的水，。再根据矿化度大小将水分为四组，最后根据二者定名。,第六节 地下水化学成分研究方法,皮伯三线图解：由二个三角形和一个菱形共同组成。菱形图中分9个区，水样落在不同区内，其化学特征不同,第六节 地下水化学成分研究方法,几种分类方法的比较,沉积作用对灯影组储层的控制作用已不明显。成岩作用对储层有重要影响，对灯影组胶结物的成岩流体进行了分析。,川东南地区灯影组不同微相孔隙度散点图,川东南地区灯影组不同微相渗透率散点图,灯影组胶结物镜下及阴极发光特征,与基岩相似，反映了当时海水的某些元素组成特征，为海底胶结的产物,不同微量元素含量直方图,不同微量元素含量直方图,与第一期相比，盐度降低，Mn 、Fe 增加,与基岩相比，第三期胶结物的Na元素和Sr元素含量低，Mn含量高，表明成岩流体盐度低，受到了淡水的影响。,不同微量元素含量直方图,常与沥青共生，高Mn低Fe ，87Sr/86Sr平均0.7083（与寒武系Sr同位素值一致）。表明这类胶结物流体受到了寒武系烃源岩的影响。Fe元素的含量 降低与TSR 引起的黄铁矿沉淀有关。,碳氧同位素强烈偏负，与流体受到了埋深大、温度高的有机质的影响一致。,不同微量元素含量直方图,微量元素差别大 ，87Sr/86Sr非常高，平均0.7140。,造型奇特的葡萄石是原生还是后生,石柱剖面，葡萄石的纵切面特征,松林，葡萄石的显微结构特征，410(-),松林，葡萄石的显微结构特征，410(-),石柱剖面，葡萄石的纵切面特征,？,葡萄石的稀土总量明显小于基岩、具有明显的Ce负异常，两者具有不同的形成环境.,葡萄石,基岩,Sr同位素明显高于基岩,葡萄石与基岩Sr同位素值对比表,碳氧同位素与基岩相比明显偏负,微量元素差别大，盐度明显低于基岩。以上数据说明葡萄石并非与灯影组沉积岩同时形成，其成因与淡水有关,遵义松林剖面葡萄石层中见到的岩溶残余孔洞和暗河沉积,野外见到的灯影组中部的暴露溶蚀现象,因此，葡萄石形成于暴露淋滤的淡水环境中，并非与灯影组白云岩同时形成,第三期胶结物,葡萄石,第四期胶结物,马鞍状白云岩,多种胶结充填物与储层相伴生