7第七章 地下水的化学组分及其演变

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1、第七章地下水的化学组分及其演变7．1概述地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液。天然：人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。地下水的化学成分是地下水与环境、以及人类活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。水是地球中元素迁移富集的载体。利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。1）水量→地下水动力学2）水质→水文地球化学对地下水的研究→水文地质学的理论基础7．2地下水的化学特征1．地下水中主要气体成分O2、N2、CO2、CH4、H2S等。1）O2、N2地下水中的O

2、2、N2主要来源于大气。地下水中的O2含量多→说明地下水处于氧化环境。在较封闭的环境中O2耗尽，只留下N2，通常说明地下水起源于大气，并处于还原环境。2）H2S、甲烷（CH4）地下水中出现H2S、CH4，其意义恰好与出现O2相反，说明→处于还原的地球化学环境。3）CO2CO2主要来源于土壤。化石燃料（煤、石油、天然气）→CO2（温室气体）→温室效应→全球变暖。地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。2．地下水中主要离子成分7大离子：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。低矿化水中（M<1~2g/L）：HCO3-、Ca2+、Mg2+为主（难

3、溶物质为主）；14中矿化水中（M=2~5g/L）：SO42-、Na+、Ca2+为主；高矿化水中（M>5g/L）：Cl-、Na+为主（易溶物质为主）。造成这种现象的主要原因是水中盐类溶解度的不同：溶解性总固体(totaldissolvedsolids)：溶解性总固体是指溶解在水中的无机盐和有机物的总称(不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分)，用缩略词TDS１）Cl-主要出现在高矿化水中，可达几g/L~100g/L以上。来源：①来自沉积岩氯化物的溶解；②来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解；③来自海水；④来自火山喷发物的溶滤；⑤人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl-，因此居民点附

4、近矿化度不高的地下水中，如Cl-含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。特点：①Cl-不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面所吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子；②Cl-含量随着矿化度增长而不断增加，Cl-的含量常可用来说明地下水的矿化程度。2）SO42-中等矿化的地下水中，SO42-为主要阴离子。来源：①含石膏（CaSO4·2H2O）或其它硫酸盐的沉积岩的溶解；②硫化物的氧化：2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO42-（黄铁矿）注意：①由于煤系地层（C–P）常含有很多黄铁矿（硫铁矿），因此流经这类地层的地下水往往以SO42-为主；②金属

5、硫化物矿床附近的地下水中常含有大量的SO42-；③煤的燃烧产生大量SO2，与大气中的水汽结合形成含硫酸的降雨→酸雨，从而使地下水中SO42-增加；④在我国能源消耗中，煤占70%以上，我国每年向大气排放的SO2已达1800´104t之多，因此，地下水中SO42-的这一来源不容忽视。３）HCO3-低矿化水的主要阴离子。来源：①含碳酸盐的沉积盐（石灰岩、白云岩）与变质岩（大理盐）：14CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+MgCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+②岩浆岩与变质岩地区，HCO3-主要来源于铝硅酸盐矿物的风化溶解。４）Na+高矿化水中的主要阳离子。

6、来源：①沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；②海水；③岩浆岩和变质岩地区含钠矿物的风化溶解；④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。５）K+高矿化水中含量较多。来源与分布特点与Na+相近：①含钾盐类沉积岩的溶解；②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：①K+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）；②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。６）Ca2+是低矿化水中的主要阳离子。来源：①

7、碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解；②岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。７）Mg2+来源及分布与Ca2+相近：①含镁的碳酸盐类沉积岩（白云盐、泥灰盐）；②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）