地下水的化学成分、物理性质及其形成作用

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1、第六章地下水的化学成分、物理性质及其形成作用6．1地下水的化学特征6．2地下水的物理性质6．3地下水化学成分的形成作用6．4地下水化学成分的基本成因类型6．5地下水化学成分的分析内容与分类图示6．6地下水的水质评价概述一、地下水是一种复杂溶液地下水不是化学上纯的H2O，而是一种复杂的溶液。其原因：1.地下水与岩土不断发生化学反应；2.地下水与大气圈、水圈和生物圈进行化学成分交换；3.地下水在人类活动影响下化学成分发生深刻变化。二、研究地下水化学成分特征的意义1.地下水化学成分是地下水与环境—自然地理、地质背景以

2、及人类活动—长期相互作用的产物。它反映了该地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分，可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史，阐明地下水的起源与形成。2.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、沉积、成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。研究成矿等地质过程中地下水的化学作用，对于阐明成矿机制，完善和丰富成矿理论具有重要意义。3.地下水化学成分对于用于各种地下水利用的目的，水质评价都具有决定性意义。4.地下水化学成分的确定，有助于查明地下水有关物质的迁移、分散规律，对寻找矿产资源，确定矿床或

3、污染源位置具有重要意义。三、地下水化学成分研究理论及特征1.理论基础：水文地质学的分支——水文地球化学，研究地下水中化学元素迁移、集聚与分散的规律，地下水水质演变的学科。2.学科联系：地下水动力学，研究地下水运动与地下水水量变化的学科。两者构成了水文地质学的理论基础。3.研究特征：1）水文地球化学的研究必须与地下水运动研究紧密结合，因为地下水中元素的迁移不能脱离水的流动。2）不能从纯化学角度，孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形成，而必须从水与环境长期相互作用的角度出发，揭示地下水化学演变的内在依据与规律。因

4、为地下水水质的演变具有时间上继承的特点，自然地理与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响。地下水水流过程的阴离子变化6．1地下水的化学特征一、地下水总体化学成分各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。自然界中存在的元素，绝大多数已在地下水中发现。二、地下水中主要气体成分1.主要成分及含量：常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，含量不高，每公升水中只有几毫克到几十毫克。2.作用：1）反映地下水所处的地球化学环境；2）有些气体会增加水溶解盐类的能力，促进某些化学反应。三、主要气体成分特点1

5、.氧（O2）、氮（N2）1）来源：主要来源于大气。它们随同大气降水及地表水补给地下水。以入渗补给为主、与大气圈关系密切的地下水中含O2及N2较多。2）特点：a.O2多，说明地下水所处的地球化学环境有利于氧化作用进行，环境开放；b.N2单独存在，通常说明地下水起源于大气并处于还原环境。c.大气中的惰性气体(A、Kr、Xe)与N2的比例恒定，即：(A+Kr+Xe)／N2＝0.0118。比值等于此数，说明N2是大气起源的；小于此数，表明水中含有生物起源或变质起源的N2。2.硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）1）来源：H

6、2S与CH4来自于大气比较隔绝的环境中，有有机物存在，微生物参与的生物化学过程中生成。其中，H2S是SO42-的还原产物。2）特点：地下水中出现H2S与CH4，说明其处于还原的地球化学环境，常出现在封闭地质构造的地下水中。SO42-→H2S，成煤过程，煤田水，成油过程，油气藏，油田水3.二氧化碳（CO2）1）来源：a.主要来源于土壤。有机质残骸的发酵作用与植物的呼吸作用使土壤不断产生CO2，并溶入流经土壤的地下水中。b.深部变质来源。含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可以变质生成CO2。在少数情况下，地下水中可

7、能富含CO2甚至高达1g/L以上。c.少量来源于降水和地表水，但含量通常较低。d.人为来源。2）作用：地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩与对结晶岩进行风化作用的能力便愈强。四、地下水中主要离子成分1.总体特征1）主要离子成分：氯离子（C1－）、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根离子（HCO3－）、钠离子（Na+）、钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）及镁离子（Mg2+）。2）地下水中上述离子分布广、含量多的原因：a.构成这些离子的元素，是地壳中含量较高，且较易溶于水的。如：O2、Ca、Mg、Na、K。b.含量虽

8、不大，但极易溶于水的。如：Cl、以SO42-形式出现的S。而Si、A1、Fe等元素，虽然在地壳中含量很大，但由于其难溶于水，地下水中含量通常不大。3）不同矿化度地下水中主要离子成分特征a.低矿化水（<1g/L）：以HCO3－及Ca2+、Mg2+为主；b.高矿化水（<10-30g/L）：以Cl－及Na+为主；c.中等矿化水（<1-10g/L）：以SO42-为主，阳离子可以是Na+，也可以