地下水化学形成原因

1、第第7 7章章 地下水的化学成分及其地下水的化学成分及其 形成作用形成作用第第1节节 概述概述第第2节节 地下水的化学特征地下水的化学特征第第3节节 地下水的主要物理、化学性质地下水的主要物理、化学性质 第第4节节 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用第第5节节 地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型第第6节节 地下水化学成分分析及其图示地下水化学成分分析及其图示问题：问题： 1 1、地下水是否是纯水？地下水是否是纯水？ 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中还哪些成分？它们是如）以外，地下水中还哪些成分？它们是如何形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响

2、？何形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响？ 3 3、研究地下水化学成分的意义、研究地下水化学成分的意义 1 1、地下水是否是纯水？地下水是否是纯水？ 地下水不是化学纯的地下水不是化学纯的 H2O，而是一种复杂的溶液。而是一种复杂的溶液。 赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换化学成分。化学成分。 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中还哪些成分？它们是如何）以外，地下水中还哪些成分？它们是如何形成的？这些成分对人类的生活、生产

3、有何影响？形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响？ （1 1）地下水的化学成分是）地下水的化学成分是地下水与环境地下水与环境自然地理、地自然地理、地质背景以及人类活动质背景以及人类活动长期相互作用的产物长期相互作用的产物。 （2 2）水是最为常见的）水是最为常见的良好溶剂良好溶剂。它溶解岩土的组分，搬运。它溶解岩土的组分，搬运这些组分，并在某些情况下将某些组分从水中析出。水是地这些组分，并在某些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程（岩溶、球中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程（岩溶、沉积、成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。沉积、成岩、

4、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。 （3 3）地下水含有对人体有害物质，作为饮用水危害人体健）地下水含有对人体有害物质，作为饮用水危害人体健康。地下水具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义，康。地下水具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义，对人体有益。对人体有益。 （4 4）地下水含大量盐类（如地下水含大量盐类（如NaCl、KCl）或富集某些稀散）或富集某些稀散元素（元素（Br、I、B、Sr 等）的地下水是宝贵的工业原料等）的地下水是宝贵的工业原料。 3 3、研究地下水化学成分的意义、研究地下水化学成分的意义 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生地下水中含有各种气体、

5、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。物等。 组成地壳的组成地壳的87种元素，地下水中已发现种元素，地下水中已发现70余种。余种。一、主要的气体成分一、主要的气体成分 常见的有常见的有O2、 N2、CO2、CH4 及及 H2S 1、 氧（氧（O2）、氮（）、氮（N2） 主要来源于大气，以入渗主要来源于大气，以入渗补给为主。补给为主。 2、硫化氢（、硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4）主要与微生物参主要与微生物参与的生物化学过程有关。与的生物化学过程有关。 3、二氧化碳（、二氧化碳（CO2）主要来源于土壤，其次降水和主要来源于土壤，其次降水和地表水入渗补给。地表水入渗补给。 在含碳酸盐类的岩

6、石，在深部高温下，也可变质生成在含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可变质生成CO2。第第2节节 地下水的化学特征地下水的化学特征二、主要离子成分二、主要离子成分1、 地下水颜色地下水颜色与其中物质关系表与其中物质关系表2、 地下水的气味（嗅）地下水的气味（嗅） 地下水一般无气味，若含有地下水一般无气味，若含有H2S气体，水有臭鸡蛋气味气体，水有臭鸡蛋气味；含含Fe2+，水有铁锈味，即，水有铁锈味，即“墨水味墨水味”；含腐殖质，有腐草味或淤泥含腐殖质，有腐草味或淤泥臭味。臭味。 水中气味强弱与水温有关，水中气味强弱与水温有关，常温时不显，若将水加热到常温时不显，若将水加热到4060时，气味显著。

7、时，气味显著。一、主要的物理性质一、主要的物理性质地下水所含的盐类及引起味觉的最低含量地下水所含的盐类及引起味觉的最低含量3、地下水的味道、地下水的味道 一般淡而无味，一般淡而无味，若含较多的二氧化碳，水清凉可口；若含较多的二氧化碳，水清凉可口；含碳酸含碳酸钙、镁的水味美适口，称钙、镁的水味美适口，称“甜水甜水”；若含有较多的有机质或腐殖若含有较多的有机质或腐殖质，水有腻人的土甜味，不宜饮用；质，水有腻人的土甜味，不宜饮用；含硫酸钠的水味涩；含硫酸钠的水味涩；含氯化含氯化镁、硫酸镁较多的水味苦，且可引起呕吐和腹泻。镁、硫酸镁较多的水味苦，且可引起呕吐和腹泻。 味道的强弱取决于地下水的温度，常温

8、时不显，若将水加味道的强弱取决于地下水的温度，常温时不显，若将水加热到热到2030时，味道显著。时，味道显著。4、地下水的透明度、地下水的透明度 一般是透明的，如煤矿矿井水含大量煤屑等悬浮物而呈不透一般是透明的，如煤矿矿井水含大量煤屑等悬浮物而呈不透明或半透明状。明或半透明状。 （水的透明度分级表）确定水的透明度：（水的透明度分级表）确定水的透明度：5、地下水的比重、地下水的比重 取决于水中溶解盐类的数量。取决于水中溶解盐类的数量。溶解的盐类越多溶解的盐类越多，地下水的地下水的比重越大比重越大。一般地下水的比重接近于。一般地下水的比重接近于1。利用地下水的比重特征。利用地下水的比重特征可以可以

9、判别盐湖中盐类的沉积层位判别盐湖中盐类的沉积层位，便于分层位开采。，便于分层位开采。6、 导电性导电性 取决于水中溶解的电解质的数量和性质，即取决于各种离取决于水中溶解的电解质的数量和性质，即取决于各种离子的含量和离子价。子的含量和离子价。离子含量越多，价数越高，离子含量越多，价数越高，则水的则水的导电性导电性越强越强。此外，温度也影响导电性。此外，温度也影响导电性。7、水的放射性、水的放射性 取决于水中取决于水中放射性物质的含量放射性物质的含量，大多数地下水都具，大多数地下水都具有放射性，但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地有放射性，但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地区的地下水具有较高

10、的放射性。利用水中放射性突然增区的地下水具有较高的放射性。利用水中放射性突然增强可以强可以寻找放射性矿藏寻找放射性矿藏。常温带：常温带：是变温带以下一个极簿的地带。地温一般比当地年是变温带以下一个极簿的地带。地温一般比当地年平均气温高出平均气温高出12，粗略计算时可视为当地的年平均气温。，粗略计算时可视为当地的年平均气温。 增温带：增温带：受地球内部热流控制。随深度增加而温度升高。用受地球内部热流控制。随深度增加而温度升高。用地温梯度或地温增温率表示。地温梯度或地温增温率表示。常温带深度常温带深度12m，昼夜变化，昼夜变化1030m，地温年变化只有，地温年变化只有0.1 变温带：变温带：受太受

11、太阳辐射热能影响，阳辐射热能影响，呈昼夜变化与季呈昼夜变化与季节变化。昼夜变节变化。昼夜变化只影响地表以化只影响地表以下下12m深度。变深度。变温带的下限为温带的下限为1530m。地下水按地下水按TDS的分类表的分类表二、主要的化学性质二、主要的化学性质 硬度大的水：硬度大的水：煮饭不易烧熟；煮饭不易烧熟；洗衣时肥皂泡沫减少；洗衣时肥皂泡沫减少； 锅炉易形成锅垢，或因不均匀锅炉易形成锅垢，或因不均匀导热引起锅炉爆炸；影响印染、造导热引起锅炉爆炸；影响印染、造纸等工业的质量。纸等工业的质量。 适于作饮用水的硬度为适于作饮用水的硬度为4.29毫克当量毫克当量/升升 含大量含大量CO2的水、含有机酸

12、的的水、含有机酸的沼泽水、煤矿及金属硫化物矿区沼泽水、煤矿及金属硫化物矿区氧化带中的地下水，为酸性水。氧化带中的地下水，为酸性水。 岩浆岩、封闭的沉积盆地地下岩浆岩、封闭的沉积盆地地下水、油田水，为碱性水。水、油田水，为碱性水。第第4节节 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用二、地下水化学成分的形成作用二、地下水化学成分的形成作用 各种不同来源的地下水，在后期循环过程中，不各种不同来源的地下水，在后期循环过程中，不断与与周围的介质相互作用，化学成分不断变化，结断与与周围的介质相互作用，化学成分不断变化，结果与原始的化学成分具有很大的区别。果与原始的化学成分具有很大的区别。 作用类型

13、：作用类型： 溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用酸作用、阳离子交替吸附作用 、混合作用。混合作用。水的溶解能力还受温度、水的溶解能力还受温度、pH值、水中共生盐类的影响值、水中共生盐类的影响 温度：温度： 盐类的溶解度随温度的升高而增大，但盐类的溶解度随温度的升高而增大，但NaSO4、CO2、CaCO3、MgCO3溶解度降低。溶解度降低。 水的水的pH值：值： pH越低，水的溶解能力越大，绝大多越低，水的溶解能力越大，绝大多数金属离子只有在酸性地下水中才能存在。随着数金属离子只有在酸性地下水中才能存在。随着pH的的增高，金属离子将

14、形成氢氧化物沉淀。如：增高，金属离子将形成氢氧化物沉淀。如：Fe3+在在pH3的水中大量沉淀，当的水中大量沉淀，当pH 6时，时， Fe2+也将大部分沉也将大部分沉淀。根据淀。根据pH值的大小便可判断地下水所含的金属离子值的大小便可判断地下水所含的金属离子及含量大小。及含量大小。 水中的共生盐类：水中的共生盐类：如含有如含有NaCl的水可使的水可使CaSO4的溶的溶解度增大解度增大4倍，若水中含倍，若水中含MgCl，CaSO4则基本不溶于水。则基本不溶于水。2222NaClCaCaClNa 吸附吸附吸附吸附第第5节节 地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型1、岩性、岩性 含盐

15、岩地层沉积区：含盐岩地层沉积区：地下水富含地下水富含Cl-、Na+； 石灰岩、白云岩区：石灰岩、白云岩区：富含富含HCO3-、Ca2+和和Mg2+； 石膏、天青石区石膏、天青石区：SO42-、Ca2+、Sr2+； 酸性岩浆岩区：酸性岩浆岩区：地下水大都为地下水大都为HCO3Na型水；型水； 基性岩浆岩区：基性岩浆岩区：地下水中常富含地下水中常富含Mg2+； 煤系地层区与金属矿床区：煤系地层区与金属矿床区：酸性较强的硫酸盐水。酸性较强的硫酸盐水。注：注：并不是地下水流经什么岩土，必定具有何种化学成分，并不是地下水流经什么岩土，必定具有何种化学成分，因为岩土的各种组分，其迁移能力各不相同，还受气候

16、、因为岩土的各种组分，其迁移能力各不相同，还受气候、地貌等其他因素影响。地貌等其他因素影响。2、 气候气候 （1）潮湿气候区）潮湿气候区 经长期淋滤作用，易溶盐类经长期淋滤作用，易溶盐类(NaCl、CaSO4)充分溶滤，最后充分溶滤，最后地下水主要是难以迁移的组分地下水主要是难以迁移的组分(CaCO3、MgCO3、SiO2)。因此，。因此，在潮湿气候区，其浅层地下水最终很可能都是在潮湿气候区，其浅层地下水最终很可能都是低矿化重碳酸水低矿化重碳酸水，难溶的难溶的SiO2在水中占到相当比重。在水中占到相当比重。 （2）干旱气候区）干旱气候区 水分不断蒸发，盐分不断积累于浅部，最终都将形成水分不断蒸

17、发，盐分不断积累于浅部，最终都将形成高矿化高矿化的氯化物水的氯化物水。 注：注：气候决定大区域范围内水质成分的变化；岩性和地形决气候决定大区域范围内水质成分的变化；岩性和地形决定局部区域水质的变化。定局部区域水质的变化。3、地形、地形 （1）切割强烈的山区）切割强烈的山区。局部流动系统发育，水交替迅速，即局部流动系统发育，水交替迅速，即使在干旱地区也不发生浓缩作用，从而形成使在干旱地区也不发生浓缩作用，从而形成低矿化的以难溶离子低矿化的以难溶离子为主为主的地下水。的地下水。 （2）地势低平的平原与盆地）地势低平的平原与盆地。水交替缓慢，地下水矿化度与水交替缓慢，地下水矿化度与含易溶离子均较高。

18、含易溶离子均较高。 （3）干旱地区的山间堆积盆地。山前地区）干旱地区的山间堆积盆地。山前地区气候相对湿润，颗气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度也大；向粒比较粗大，地形坡度也大；向盆地中心盆地中心，气候转为十分干旱，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势低平。因此，从颗粒细小，地势低平。因此，从盆地边缘洪积扇顶部盆地边缘洪积扇顶部的低矿化重的低矿化重碳酸盐水带，到碳酸盐水带，到过渡地带过渡地带的中等矿化硫酸盐水，的中等矿化硫酸盐水，盆地中心盆地中心则是高则是高矿化的氯化物水矿化的氯化物水。 18779035MgNaClM85. 0rClrNa3 .29BrCl第第6节节 地下水化学成分分析及其图示地

19、下水化学成分分析及其图示二、分析结果的表示二、分析结果的表示（一）单项组分的表示（一）单项组分的表示1、重量浓度单位：、重量浓度单位：%，g/g，ppm（10-6g/g），），ppt（10-9g/g）2、体积浓度单位：、体积浓度单位： g/L， mg/L，ug/L3、离子毫克当量、离子毫克当量/升（升（mgN/L）表示单位）表示单位4、离子毫克当量百分数（、离子毫克当量百分数（mgN%）表示法）表示法离子当量离子浓度离子)/(/LmgLmgN离子价离子量离子当量 4829624163224离子当量SO202402离子当量Ca%100XX%mgNii阴离子量为某一个阴离子毫克当iX的总和为所有阴离子毫克当量iX%100XX%mgNjj阳离子（二）水源点水化成分的表示（二）水源点水化成分的表示 库尔洛夫式库尔洛夫式：将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量百分数自大而小顺序排列。横线前依次表示气体成分、特殊成分百分数自大而小顺序排列。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度（以字母及矿化度（以字母M 为代号），三