6水文地质基础

1、 ）Na+ 高矿化水中的主要阳离子。 来源： 沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解； 海水； 岩浆岩和变质岩地区含钠矿物的风化溶解； 酸性岩浆岩中大量含钠矿物，在CO2、H2O的 参与下，将形成低矿化的以Na+、HCO3为主的 地下水。 ）K+ 高矿化水中含量较多。 来源与分布特点与Na+相近： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 在地壳中K与Na的含量相近，但在地下水中K+的 含量比Na+少得多，这是因为： K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物（水云 母、蒙脱石、绢云母）； 易为植物所摄取。 由于K+含量少，分析比较费事，所以一般将K+归 并到Na+中，不另区分。 ）Ca2

2、+ 是低矿化水中的主要阳离子。 来源： 碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。 ）Mg2+ 来源及分布与Ca2+相近： 含镁的碳酸盐类沉积岩（白云盐、泥灰盐）； 岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。 Mg2+在低矿化水中通常含量较Ca2+少。 地下水中各种离子的测定方法，参阅水质分析 的有关书籍。 3地下水中的其他成分 除主要离子（七大离子）外，地下水中还有其他成分： 1）次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、 NO2、NO3、CO32、SiO32、PO43等； 2）微量组分（元素）：Br、I、F、B、Sr等； 3）胶体成分：Fe(O

3、H)3、Al(OH)3、H2SiO3等； 4）有机体； 5）微生物：如氧化环境中存在：硫细菌、铁细菌； 还原环境中存在：脱硫酸细菌； 在污水中：各种致病细菌。 4地下水的总矿化度及化学成分表示式 总矿化度（总溶解固体）地下水中所含各种 离子、分子与化合物的总量称为总矿化度（总溶 解固体）。单位：g/L。 矿化度Mdegree of mineralization； 总溶解固体TDStotal dissolved solid。 一般以105 110C时将水蒸干所得的干涸残 余物总量来表示矿化度（M）； 将分析所得阴阳离子含量相加，相加时HCO3 只取重量的一半，因为在蒸干时，有近一半的 HCO3分

4、解为CO2、H2O而逸失。 总硬度水中所含钙离子和镁离子的总量。 地下水主要来源于大气降水，大气降水的矿化度 一般为0.020.05g/L，进入含水层后，水与岩土 作用，矿化度升高，化学成分发生变化。 1溶滤作用 溶滤作用在水与岩土相互作用下，岩土中一 部分物质转入地下水中。 溶滤作用的结果：岩土失去一部分可溶物质； 地下水则补充了新的组分。 影响溶滤作用的因素： 1）岩土中矿物盐类的溶解度： 首先：NaCl迅速转入水中，SiO2很难溶于水中。 2）岩土的空隙： 空隙发育，溶滤作用强，否则弱。 3）水的矿化度： 低矿化水溶解能力强，而高矿化水溶解能力弱。 4）水中CO2、O2等气体成分： 水中

5、CO2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。 水中O2含量愈高，溶解硫化物的能力愈强。 5）水的流动状况： 停滞的地下水，最终将失去溶解能力； 流动的地下水，经常保持强的溶解能力。 地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、 最关键的因素。 混合作用 混合作用成分不同的两种水汇合在一 起，形成化学成分与原来两者都不相同的 地下水这便是混合作用。 混合作用： A、可能发生化学反应形成化学类型完全 不同的地下水； B、不发生明显的化学反应取决于参与混 合的两种水的化学成分。 人类活动在地下水化学成分形成中的作用 A、污染地下水： 工业三废：废气、废水、废渣，以及农业上大量 使用的化肥、农

6、药等，使地下水中含有原来含量 很低的有害元素。 B、改变地下水的形成条件，水质发生变化： 过量开采地下水引起海水入侵，不合理灌溉引起 次生盐渍化，使浅层水变咸等；引淡补咸使地下 水淡化 不同领域的学者，目前得出一致的结论：地球上 的水圈是原始地壳生成后，氢与氧从地球内部层 圈逸出而形成的。 因此，地下水起源于地球深部层圈。 从形成地下水化学成分的基本成因出发，将地下 水分为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内 生水。 1溶滤水 富含CO2与O2的渗入成因的地下水，溶滤它所流 经的岩土而获得其主要化学成分，这种水称之为 溶滤水。（地下水的化学成分主要由溶滤作 用形成） 3内生水 内生水指来自地球

7、深部层圈的水。 内生水的研究至今还很不成熟。 地下水化学成分的分析是研究地下水化学 成分及其形成作用的基础。工作目的与要 求不同，分析项目与精度也不同。 分析内容 在水文地质中分为：简分析、全分析、专 门分析。 1）简分析 目的：了解区域地下水化学成分的概貌。 特点；分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高， 技术上容易掌握。 分析项目： 物理性质：温度、颜色、透明度、嗅味、味道等； 定量分析：HCO3、SO42、Cl、Ca2、Mg2，总硬 度、p值； 通过计算求得：其它主要离子：K+Na、总矿化度； 定性分析：NO3、NO2、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、 耗氧量等。 方法： 可在

8、野外利用专门水质分析箱进行； 取水样送实验室分析。 2）全分析 目的：全面地了解地下水的化学成分。通常在简 分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析。 特点：分析项目较多，要求精度高。 定量分析：HCO3、SO42、Cl、CO32、 NO2、NO3、Ca2、Mg2、K、Na、 NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、耗氧量、 pH值、干涸残余物TDS。 地下水化学分类与图示方法（按地下水化学成 分分类） 1）舒卡列夫分类 前苏联学者舒卡列夫，根据地下水中六种主要 离子（K合并于Na中）及矿化度划分。 根据离子含量 对含量大于25%毫克当量的阴离子、阳离子进 行组合，共分成49型水，每型以

9、一个阿拉伯数 字为代表（P62，表6-2）。 按矿化度又分为组： A组：M40g/L。 由表P62，62，从左上角右下角，矿化度由小大。 如：1A型水，即矿化度1.5g/L的HCO3Ca型水，为石灰岩地 区典型的溶滤水。 一般书写时，（1）阴离子在前，阳离子在后；（2）含量大的在 前，含量小的在后。如：HCO3SO4Ca型水；HCO3CaMg 型水等。 习惯上我们说：1A型水（M49g/L），为高矿化的ClNa型水。 实际工作中用数字表示水型不方便，而是将阴离 子放在前，阳离子放在后（离子含量25%毫克当 量的参加命名，且书写时省略离子符号），中间 用横线连接，阴、阳离子中有两个以上毫克当量

10、百分数25时，则含量大的在前，小的在后， 中间用横线连接。如：HCO3SO4CaMg型水。 特点：简明易懂，在我国广泛应用。 缺点： 以离子含量25毫克当量作为划分水 型的依据，有人为性； 反映水质变化不够细致（25%不考虑）。 2）Piper三线图解SO4刻度线Cl刻度线 HCO3刻度线Mg刻度线Ca刻度线Na + K刻 度线 Piper三线图解由两个三角形和一个菱形组 成（图），左下角三角形的三条边分 别代表阳离子K+Na+、Ca2、Mg2的毫 克当量%；右下角三角形三条边分别表示阴 离子HCO3、SO42、Cl的毫克当量%； 菱形表示阴、阳离子组合的相对含量（毫 克当量%）。 三角形刻度

11、增加的方向：阳离子按顺时针方向增 加（Ca2、Mg2、 K+Na+）；阴离子按逆时 针方向增加（Cl 、SO42、HCO3） 矿化度的大小用圆圈大小表示：圆圈大，M大； 圆圈小，M小。 一般情况下，在实际工作中仅使用菱形表示地下 水化学成分中阴、阳离子组合的相对含量。其中 一对平行边为阳离子的组合；另一对平行边为阴 离子的组合。刻度增加的方向：向上（Ca2 Mg2，SO42Cl）或向下（K+Na， HCO3CO32）。 优点： 不受人的影响； 可以分析地下水化学成分的演变规律。 总溶解固体？ 地温梯度? 溶滤作用？ 浓缩作用？ 脱碳酸作用？ 脱硫酸作用？ 阳离子交替吸附作用？ 混合作用？ 溶滤

12、水？ 沉积水？ 内生水？ 总硬度？ 地下水中含有各种 、 、 、 以及微生物等。 地下水中常见的气体成分有 、 、 、 及 等。 地下水中分布最广、含量较高的阴离子有 、 及 等。 地下水中分布最广、含量较高的阳离子有 、 、 及 等。 一般情况下，低矿化水中的离子常以 及 、 为主；高矿化水则以 及 为主。 一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以 为主，主要阳离子 可以是 ，也可以是 。 地下水化学成分的形成作用有 、 、 、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。 据地下水化学成分的成因类型，可将地下水分为 、 和 。 在低矿化水中，阴离子以重碳酸盐为主，阳离子以钙离子、镁离子为主。

13、随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的碳酸 盐部分析出， 及 逐渐成为主要成分，继续浓缩，水中硫酸盐达到饱和并开始析出，便将形成以 、 为主 的高矿化水。 当含钙为主的地下水，进入主要吸附有钠离子的岩土时，水中的钙离子便置换岩土所吸附的一部分 ，使地下水 中 增多而 减少。 地下水的物理性质主要包括： 、 、 、 和 。 根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、 和 三个带。 研究地下水中气体成分的意义？ 地下水中二氧化碳气体来源？ 地下水中含有不同的气体成分时，各反映什么样的地球化学环境？ 地下水中氯离子的主要来源？ 地下水中氯离子的特点有哪些? 地下水中硫酸根离子和重碳酸根离子的来源? 地下

14、水中钠离子和钾离子的来源? 为什么地下水中钾离子含量比钠离子含量少的多？ 地下水中钙离子和镁离子的来源? 地下水中的总溶解固体与各离子含量有什么关系? 简述利用库尔洛夫式反映水的化学特点的方法? 影响溶滤作用强度的因素有哪些? 自然界地下水化学成分的形成作用有哪些? 为什么高矿化水中以易溶的氯离子和钠离子占优势? 产生浓缩作用必须具备哪些条件? 为什么粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用? 地下水简分析的项目有哪些? 地下水全分析项目有哪些? 研究地下水化学成分的意义? 氯化物最易溶解于水中，而为什么多数地下水中检出的是难溶的碳酸盐和硅酸盐成 分? 溶滤水的化学成分受哪些因素影响？如何影响? 海相淤泥沉积水与海水有