8-溶滤渗入水.ppt

1、水文地球化学,主讲：郭清海,中国地质大学（武汉）环境学院,一门关于地下水的科学,地下水化学成分的形成与特征,地下水基本成因类型,按照地下水的形成起源可分为： 溶滤-渗入水 沉积-埋藏水 同期沉积水 非同期沉积水 含有一定比例的其他成因水 内生水,溶滤-渗入水 溶滤-渗入水为大气起源，溶滤作用对地下水化学成分的形成起重要作用。 沉积-埋藏水 也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆地的特点。 在沉积-埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演化阶段，下面以海相地层为例说明。 以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往复许多次。由此可见，沉积-埋藏水的形

2、成过程及其水化学成分是非常复杂的。,挤压阶段：淤泥、粘土中的水受挤压进入含水层 渗入阶段：沉积物出露地表，大气水或地表水入渗，并驱替沉积物中的水，发生水交替作用 下一个挤压阶段：形成新的淤泥、粘土；含水层中的水由中心向盆地两侧运移,地下水基本成因类型,地下水基本成因类型,内生水 概念由来 1902年捷克鸩斯提出“初生水” ，即岩浆分异出来的水（岩浆水），认为该水首次流出地表，继而参与水圈总循环。 1940年苏联奥弗琴尼柯夫认为岩浆中确有水存在，并可使地下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加，但不能认为地下水的储量是岩浆活动造成的；他将高温条件下矿物及岩石中结合态转变为游离态、并转入现代水圈的水称为

3、“再生水”。 1975年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出“深成水”，包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的，积极参与区域变质作用、接触交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，以及以上作用终止后从岩石中脱出的再生水。这部分水仅当存在适当通道时，才溢出地表。,地下水基本成因类型,渗入成因地下水,渗入成因地下水成分的形成过程,渗入成因地下水的形成经历了： 大气降水阶段 包气带（土壤）阶段 水-岩相互作用阶段 蒸发浓缩阶段,一、大气降水阶段,大气降雨的一般成分特征 气体 可溶性气体（O2, CO2, N2等）及惰性气体 侵蚀性 CO2溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的pH值，提高了它的侵蚀性 弱酸-中性，远

4、远未饱和，矿化度低强的溶解能力 人类活动促使大气降水聚集各类金属、有机化合物及各种盐类，改变了雨水的矿化度、成分、氧化-还原性质、侵蚀性等。（例如酸雨pH 5.65）,一、大气降水阶段,不同地区的大气降雨成分不同 近海地区： 受风卷送的海水飞沫等影响，其Na，Cl，Br，I 等含量相对增高，在海边的雨水的矿化度可超过0.1g/l。 内陆湿润地区： 雨水是无色、无味的，所含离子主要为Ca2+和HCO3-，矿化度一般为0.0n克/升。 内陆干旱地区： 雨水中杂质比较多，矿化度可达0.n克/升。,二、包气带（土壤）阶段,土壤是一个消耗水中DO的“酸性泵” DO与黄铁矿、锰结核等土壤中的矿物相反应也是

5、酸性物质的来源之一 土壤中存在大量碳酸，来源于 大气中的CO2 土壤中有机物的分解 根系植物的呼吸作用 土壤的生物化学作用产生许多有机酸，如富里酸、腐殖酸,土壤的氧化还原条件改变金属元素的价态 氧化条件下 As、Fe、Mn形成难溶化合物，阻碍其随地下水迁移，并减小了对农作物的危害 还原条件下 Cr、Zn、Cu、Cd形成难溶化合物，阻碍其随地下水迁移，并减小了对农作物的危害,二、包气带（土壤）阶段,经过土壤的入渗水的特征 含有数量可观的碳酸； 相对于碳酸盐矿物与原生铝硅酸盐矿物，远未达到饱和状态，即具有强溶解能力。 上述特征决定了经过土壤带的入渗水具有很强的与围岩介质发生反应的能力。,二、包气带

6、（土壤）阶段,三、水-岩相互作用阶段,水与岩石的相互作用取决于 岩石（或矿物）的组成 地下水的成分 环境的热力学条件：如温度、压力等 水-岩地球化学作用类型 溶解-沉淀作用 离子交换作用 氧化还原作用,氯化物型水出现于含盐地层及土壤盐渍化区 硫酸盐型水出现于干旱、半干旱大陆区和石膏区 重碳酸型水出现于碳酸盐岩区、陆源沉积岩区、火山岩区 含硅酸、Fe3+较高的重碳酸型水出现于风化强烈的湿热气候区 在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，如含水层介质由多种矿物组成，各种矿物在溶滤作用下依次溶出,三、水-岩相互作用阶段溶滤作用,三、水-岩相互作用阶段溶滤作用,以富含O2的入渗水进入含黄铁矿的沉积层

7、为例 沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成Fe2+与SO42- 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O = 4 SO42- + 2 Fe2+ + 4 H+ 上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成CO2，并进一步促进碳酸盐岩的溶解，形成SO4.HCO3型水；若无碳酸岩存在，则形成SO4型水；在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，pH增高，可析出氢氧化铁沉淀 以沉积层中含有机物为例 地下水中的SO42-被还原为H2S 地下水中含H2S气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道 SO42- + 2C + 2 H2O H2S + 2HCO3-,三、水-岩相互作用阶段氧化还原作用,PHREEQC的应用课堂案例1： 黄铁矿的氧化 PHREEQC的应用课堂案例2： 脱硫酸过程,三、水-岩相互作用阶段氧化还原作用,Al, Fe, Mn的氢氧化物 SiO2和粘土矿物 Al, Fe, Mn的磷酸盐 Ca和Mg的碳酸盐 CaSO4 （石膏） Na2SO4（芒硝） Na,