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1、第六章地下水的化学成分及其形成作用6.1概述6.2地下水的化学特征6.3地下水的温度6.4地下水化学成分的形成作用6.5地下水化学成分的基本成因类型6.6地下水化学成分的分析内容与分类图示6.1概述地下水是一种复杂的溶液：赋存于岩石圈中,不断与岩土发生化学反应;与大气圈、水圈和生物圈进行水量和化学成分的交换。人类活动的影响改变了地下水的化学面貌。地下水的化学成分是地下水与环境（自然地理、地质背景、人类活动）——长期相互作用的产物。某区地下水的化学面貌,反映该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。水是最为常见的良好溶
2、剂：它溶解、搬运岩土组分,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、沉积、成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。根据不同用途，利用地下水都对其水质有一定要求,并要进行水质评价：饮用水水质评价工业用水水质评价农业用水水质评价工程建设项目用水水质评价地下水是宝贵的液体矿产：含大量盐类(如NaCl、KCl)或富集某些稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是宝贵的工业原料；某些具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义；盐矿、油田、金属矿床所形成特定化学元素的分散晕圈是找矿的重要标志。污染物在地下水中散布,也会形成晕圈。这就需要查明
3、有关物质的迁移、分散规律,确定矿床或污染源的位置。地下水中化学元素迁移、集聚、分散的规律——水文地球化学的研究内容。地下水中元素迁移不能脱离水的流动；水文地球化学的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。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，故不能从纯化学角度,孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形成,必须从水与环境长期相互作用的角度,去揭示地下水化学演变的内在依据与规律。6.2地下水的化学特征主要气体成分主要离子成分其他成分总矿化度及化学成分表示式一、地下水中主要气体成分地下水中常见的气体成分：O2、N2、CO2、CH4、H2S等
4、。尤以前三种为主。通常情况下，地下水中气体含量不高，只有几mg/L到几十mg/L。研究地下水中气体成分的意义：①气体成分—能够说明地下水所处的地球化学环境；②水中有些气体—会增加水溶解盐类的能力，促进某些化学反应。1.氧（02）、氮（N2）地下水中的氧气和氮气主要来源于大气。它们随大气降水及地表水补给地下水,故以入渗补给为主、与大气圈关系密切的地下水中含02、N2较多。溶解氧含量愈多,说明地下水所处的地球化学环境（氧化环境）愈有利于氧化作用进行。1.氧（02）、氮（N2）02的化学性质远较N2活泼，在较封闭的环境中，02将耗尽而只留下N2。因此，N2的单独存在，通常可说明地下水起源
5、于大气并处于还原环境。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，则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）:地下水中出现H2S、CH4,其意义与出现O2相反,说明处于还原的地球化学环境（还原环境）。这两种气体的生成,均在与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有关。其中,H2S是SO42-的还原产物。3.二氧化碳(C02）：地下水中的C02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中源源不断产生C02并溶入流经土壤
6、的地下水中）。含碳酸盐类的岩石,在深部高温下，可变质生成C02。在少数情况下,地下水中可能富含C02甚至高达1g/L以上。煤、石油、天然气燃料,使大气中人为产生的C02明显增加。大气中C02浓度的不断上升，引起了严重的温室效应，使气温上升。地下水中含C02越多，其溶解碳酸盐岩与对结晶岩进行风化作用的能力越强。二、地下水中主要离子成分地下水中分布最广、含量较多的离子（七种）：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。构成这些离子的元素，或是地壳中含量较高，且较易溶于水的（如O2、Ca、Mg、Na、K）；或是地壳中含量虽不很大，但极易溶于水的（Cl、以SO42-
7、形式出现的S）。Si、Al、Fe等元素，虽然在地壳中含量很大，但由于难溶于水，地下水中含量通常不大。一般情况下,随着总矿化度(总溶解固体）的变化,地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化，即：低矿化水中以HC03-、Ca2+、Mg2+为主;高矿化水以Cl-、Na+为主;中等矿化水中,阴离子常以S042-为主,主要阳离子为Na+、Ca2+。地下水的矿化度与离子成分间之所以具有这种对应关系,主要原因是水中盐类的溶解度不同总的规律：氯盐的溶解度>硫酸盐>碳酸盐矿化度异常高
