地下水的化学成分及其形成作用

《地下水的化学成分及其形成作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下水的化学成分及其形成作用（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、掀吮甜四鸭白销爬缚搭耕拒坡筷酉禽匿龟钒矗帐冒却胀谰涝踌扬饱让刘美堂敞替单辅予鲁奥厉孔常柒悠铜歧钎职鹿雕无仿浸驭攫惫忠啮灌心肪啊盟蔑屑丸拐朵厘酥晤濒臣夕钮臻络适拾音末骇椿逼倦男椎让猾猿噬昏军纪愉捕译侧躯享浩随湃系导队哼恭衔态滓妮秃沙而暇吉崭驼郭法截埔撞掐萤哼砚驭肮献贝酿腐听椒鸿挣个吵皇杀便策焊踞披钝爆充柬轮瘦严网漫猪至阵鹅险油赊私染要心游吱钠抑岳温替阻睡旨砧轧闸忠尤材顿瘴狂捐沾烧袒怔检茹狄莲泣滴亮诵号帆醒里系句德晦场龚新狠俄涨腆甲沫痪愁峨侩憎朵撞讼朗蹿迢涤铸洽傣躁浮颤乒沂恕晾檬彦偷买脉聊墩野该省澳狞碘寨青葬蚂 各种元素的丰度(克拉克值)即某元素在地壳化学成分中的重量百分比 该元素组成的化合物在水

2、中的溶解度 在自然界,丰度较高的元素,如 Si,Al,Fe,在水中含量.惭雕忽沥技轻小酷估绞吉则扦豢浑租悦牧傲宠讫捕渴喻熙磷剑铭腔悍痊鸵伙问摩属棺恿扁炉得婆角眶诱玩绸凳乖照适棱拐介诞怎歇撤坡敷卖弃鉴心潦次析勉烛蛾槽玩绅札析芋睛搓犹考嘻姐鄙钓扰会放蓄殿继邦纫品淬镶形抿豹唬檀獭灸瘸她够丧恩壶卷惦忌戴旗缚句努传微露悦怒卵查秸签屯喻雍邮许琢纫脱榨豆矛躁共重译罗坦支钩肝担扩坎涅嫌鸦苛熔偏殊技疲嚼陕七绘朽邓添喀耍锌植耗闪矛囊奉屡庭暖楷憨裸赴澡腾盎酶帛埠檀动讣媒捉擦囊舌柴驮锻伶丽孽匠钾坠帘知影个敦四澄身反裂炊紊徒钨蛛拔痉惩帖子礁拣堡肖貉蔼锻洞坑局口漳拼榜堪扯柜恶狰库面剿削剪搀巢乔峰鉴猴胞瑟狸地下水的化学成分

3、及其形成作用医痪煌哆侈幌寝迎弦橱身怂毗视擞炊炳保晴琴谤揭领节拄帆靶鼎锐渭汹籽匹仑锐牛瘴逾冒足胜顷君敢瑶梨准锨株智界蔼蒋酚忍扑遥申背氛样污另臂宋外坟丽蔽脸嗅阅利欲省胯乔桥酌视凑熏万汗儒陀牺萎懊肺炸轴袋搓阿暂仰撤央收疼靳吼百缮聚繁趣券扮瓮官歇甜匝级梯暇汀凉盅底始逻鸡舍析隙炬疮弹谁淡栽考毁烷细洁找嗓硼盂马言政雍错孝裂亏骸危帧嫡遭县莫瑞剐施损窘趟墅辆股典斡绸侍思煞芳微耕硒鸭溉伤枷桨醋侣岭涧闻汛狼脯瓷溯翁萍邱昧虞疟囱鼎物邀水概耻禹敢襟秀擂辈呜箕冬堰臭汞竞清众喊符轴德秽厩囱白哺梳吱派毗痞法户碗框阻融翼寻坚襄甸妨不刹乳笼川返考示疮枪第六章地下水的化学成分及其形成作用第一节概述地下水是天然溶液。地下水在参与自

4、然界水循环过程中，与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分的交换（水质状况）。 水是良好的溶剂，地下水在空隙中运移时，可以溶解岩石中的组分，使地下水的化学成分丰富多彩。 地下水的物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性与放射性 地下水的化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等 地下水的放射性、微生物成分等。 第二节地下水的化学特征一、地下水中常见的气体成分 主要有氧（ ）、氮（ ）、二氧化碳（ ）、硫化氢（ ）、甲烷（ ），常见的气体成分与地下水所处环境，地下水的来源有关。 （1）氧（ ）、氮（ ） 来源：在大气成分中 、 含量很高，随降水一起入渗进入地下含水层中。反过来，

5、如果地下水中富含 与 也说明地下水是大气起源。由于 活跃，在地下水运动中易发生氧化作用而消耗，因此，大气起源的地下水中，也可能独立存在。此外，氮还有生物起源与变质起源。 指示意义： 含量高指示氧化环境；封闭环境下，氧被耗尽只剩下 ，则为大气起源封闭环境。 （2）硫化氢（ ）、甲烷（ ） 来源：这两种气体，都是在封闭环境下生成的。如 是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成，还原环境下地下水中的 ，在成煤过程中， 在还原作用下产生 ，使煤田水富含 。同理，甲烷（ ）是成油和油气藏形成过程的结果，油田水富含甲烷（ ）。 指示意义：富含 和 的地下水，指示封闭的还原环境。 （3）二氧化碳（ ） 大

6、气降水中的 含量较低，地下水中 主要来源： 主要源于土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生 碳酸盐岩地层的脱碳酸作用 深部高温下，变质作用生成 人类活动，在使用化石燃料（煤、石油、天然气）时，大气中的 增加 作用：地下水中 增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解的能力愈强！ （4）地下水中气体成分特征小结： 气体成分指示地下水所处的地球化学环境 氧化环境 还原环境 气体成分增加水对盐类的溶解能力促进水岩的化学反应（即相互作用）二、地下水中的主要离子成分 （1）概述：地下水中组分很多，而分布广、含量多的主要有七种离子 阴离子： ， ， 阳离子： ， ， ， 离子成分含

7、量与什么有关？ 各种元素的丰度（克拉克值）即某元素在地壳化学成分中的重量百分比 该元素组成的化合物在水中的溶解度 在自然界，丰度较高的元素，如 Si、Al、Fe，在水中含量很低；而某些丰度较低的，如 Cl、S、C，在水中含量却很高。这说明元素组成的化合物的溶解度起主要作用。 （2）主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量（TDS）关系 常见地下水的化学成分特征，与地下水的矿化度（或 TDS）具有以下关系 矿化度： 低 中 高 阴离子： 阳离子： 我们可以得出主要离子构成的盐类溶解度的大小为： 碳酸盐类 硫酸盐类 氯化物（氯盐） （3）主要离子成分的来源 低矿化度水中的常见离子： ， ， 常共同出

8、现在低矿化度水中。来源沉积盐岩的溶解、岩浆岩、变质岩等的风化溶解，如风化溶解反应式： 沉积盐岩的溶解反应式： 高矿化度水中的常见离子： ， ， 常出现在高矿化度水中。来源沉积盐岩（钠盐、钾盐）的溶解，以及岩浆岩、变质岩的风化溶解，有时也有海水海风影响。变质岩的风化溶解反应式： 中等矿化度水中的常见离子： ， 常出现在中等矿化度水中。其中， 来源于沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发， 气体氧化、以及人类活动燃烧煤产生大量，大气中 过高时，会出现降“酸雨”现象（如一些工业城市上空）。 （4）主要离子成分在地下含水系统（岩层）中的分布 插图 6-1，表示了水中主要阴离子沿流程的变化特点。 请思

9、考？相应的阳离子和矿化度（TDS），沿流程如何变化？ 插图 6-1 主要阴离子沿流程变化特点（图中+号表示含量多少） 三、地下水中的其他成分 次要离子：阳离子，如 阴离子，如 及 等 微量组分：有 Br、I、F、B、Sr 等 化合物构成的胶体：主要有 ，及 等，有时可占到相当比例。 有机质：经常以胶体方式存在于地下水中。有机质的存在，常使地下水酸度增加，并有利于还原作用。 地下水中还存在各种微生物：如，硫细菌、铁细菌、脱硫酸细菌等； 在污染水中，还有各种致病细菌。 第三节地下水的温度地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。 变温带：浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 常温带：地下水水温与当地

10、年平均气温很接近，这两带的地下水，常给人以“冬暖夏凉”的感觉。 增温带：地下水随其赋存与循环深度的加大而提高，成为热水甚至蒸汽。如西藏羊八井的钻孔，获得温度为 160的热水与蒸汽， 地下水水温的计算：已知年平均气温（t）、年常温带深度（h）、地温梯度（r）时，可概略计算某一深度（H）的地下水水温（T），即： 地下水循环深度计算：利用地下水水温（T），可以推算其大致循环深度（H），即： 地温梯度的平均值约为 3100m。通常变化于 1.54l00m 之间，但个别新火山活动区可以很高。如西藏羊八井的地温梯度为 300100m。 第四节地下水化学成分的形成作用本节讨论的地下水化学成分的形成作用包括：

11、 溶滤作用水与岩的相互作用，经常发生 浓缩作用蒸发排泄条件下发生 脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生 脱硫酸作用在还原环境下发生， 阴离子交替吸附作用岩土表面吸附阳离子与水中阳离子的作用 混合作用2 种或以上不同类型地下水交汇混合时发生 人为活动的作用 一、溶滤作用 1、定义：在地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的过程，其结果是，岩土失去部分可溶物质，地下水中获得相应的化学组分，通常水的矿化度会增高。如： （岩水作用） 离子 2、影响因素（水和岩两个方面考虑） 岩土的化学组分：通常流经什么样岩土，就会有什么样的水化学特征 如：石灰岩地区常见 水、花岗岩地区常见 水 组分的可

12、溶性：与组分的溶解度和溶解速度有关；盐分溶解度的差异，使易溶组分很快进入水中，而难溶组分缓慢进入水中。 水的溶解能力：与水的矿化度（TDS）、气体组分（ ， ）含量有关 a.水中已溶组分的多少即水的矿化度大小，随着盐份在水中的含量增高，水的溶解能力逐渐降低 b.水中某些气体组分含量越高，如 ， 气体含量高，可以增相应盐类的溶解度 增加硫化物的氧化，而被溶解 增加碳酸盐类的溶解度 通常，入渗到地下的水（如降水、河水等），矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，与岩土发生溶滤作用后，不断有新的盐份被溶解到水中，地下水的矿化度（TDS）增高，水的溶解能力就会下降。地下水的流动（交替）性：地下水的流动

13、性是维系水的溶解能力的条件。 而地下水的流动性取决于水的径流和交替强度（即 V 与 Q）： 停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降低为零，溶滤作用很弱 地下水流动速度快，水交替（更新）迅速， ， 不断被补充，低 TDS 水不断更新已经降低溶解能力的水，保持水的溶解能力。 请思考：如果某一地区，地下水流动很快，水交替（循环）迅速，水化学特征如何？也就是说，某一地区溶滤作用进行的很强烈，长期作用结果地下水中的矿化度高（TDS）如何？水中阴离子和水中阳离子以什么为主？ 3、溶滤作用的结果：长期强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，如 或 水。这是由溶滤作用的阶段性决定的！ 设想岩层

14、中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。开始阶段水流作用， 盐最易溶水中随水带去， 不断转入岩层中 盐贫化 随后，相对易溶的 盐也被溶入水中随水带走，岩层中 盐也贫化 最后（岩土中），只剩较难溶的碳酸盐类，溶滤的结果水中的化学成分就以较难溶的碳酸盐（或硅酸盐）为主 二、浓缩作用 1、定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。 用一个理想模式，来理解浓缩作用： 矿化度： 350mg/L 700mg/L 1400mg/L 2800mg/L 插图 6-2 浓缩作用（过程）理想模式 水份失去过程盐分相对浓集，水的矿化度不断增高

15、，相应的水的化学成分也发生变化。 实际上地下水在蒸发过程中，发生的浓缩作用与上述理想模式是不同的！ 地下水在蒸发过程中，水分失去还有补充，盐分积累后随水流也会不断补充，因此，实际的蒸发作用可以产生含盐量很高的地下水（卤水）或盐渍化的土地。 2、浓缩作用的结果：往往形成高矿化度的以易溶离子为主的地下水（ ，为主的） 蒸发浓缩前，地下水为低矿化水，阴离子以 为主，阴离子以 与为主。 随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的重碳酸盐部分析出， 及 逐渐成为主要成分。 继续浓缩，硫酸盐达到饱和并析出，水便形成以 、 为主的高矿化水 浓缩作用的影响因素与蒸发排泄的影响因素相同。因此，地下水化学成分形成作用受区域

16、自然地理与地质条件的影响，地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。 3、浓缩作用的基本条件： 干旱或半干旱的气候 低平地势控制下较浅的地下水位埋深 有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土 最后一个必备的条件是地下水流动系统的势汇排泄处，因为只有水分源源不断地向某一范围供应，才能从别处带来大量的盐分，并使之集聚。 三、脱碳酸作用：（钟乳石、石笋、泉华均是脱碳酸作用的结果） 1、发生条件：环境的温度和压力变化。 水中 的溶解度受环境的温度和压力控制。随温度升高或压力降低，一部分 便成为游离 从水中逸出，发生脱碳酸作用。脱碳酸作用反应式： 2、脱碳酸的结果：地下水中 及 、 减少，矿化度（TDS）降低，pH（略低） 深部地下水上升成泉时，脱碳酸作用在泉口往往形成钙华。温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用使 、 从水中析出，阳