地下水化学形成原因ppt课件

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1、第第7 7章章 地下水的化学成分及其地下水的化学成分及其 形成作用形成作用第第1节节 概述概述第第2节节 地下水的化学特征地下水的化学特征第第3节节 地下水的主要物理、化学性质地下水的主要物理、化学性质 第第4节节 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用第第5节节 地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型第第6节节 地下水化学成分分析及其图示地下水化学成分分析及其图示第第1节节 概述概述问题：问题： 1 1、地下水是否是纯水？地下水是否是纯水？ 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中还哪些成分？它们是如）以外，地下水中还哪些成分？它们是如何形成的？这些成分对人类

2、的生活、生产有何影响？何形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响？ 3 3、研究地下水化学成分的意义、研究地下水化学成分的意义第第1节节 概述概述 1 1、地下水是否是纯水？地下水是否是纯水？ 地下水不是化学纯的地下水不是化学纯的 H2O，而是一种复杂的溶液。而是一种复杂的溶液。 赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换化学成分。化学成分。 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中还哪些成分？它们是如何）以外，地下水中还哪些成分？它们

3、是如何形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响？形成的？这些成分对人类的生活、生产有何影响？ （1 1）地下水的化学成分是）地下水的化学成分是地下水与环境地下水与环境自然地理、地自然地理、地质背景以及人类活动质背景以及人类活动长期相互作用的产物长期相互作用的产物。 （2 2）水是最为常见的）水是最为常见的良好溶剂良好溶剂。它溶解岩土的组分，搬运。它溶解岩土的组分，搬运这些组分，并在某些情况下将某些组分从水中析出。水是地球这些组分，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、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

4、质、成矿）都涉及地下水的化学作用。成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。 （3 3）地下水含有对人体有害物质，作为饮用水危害人体健）地下水含有对人体有害物质，作为饮用水危害人体健康。地下水具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义，康。地下水具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义，对人体有益。对人体有益。 （4 4）地下水含大量盐类（如地下水含大量盐类（如NaCl、KCl）或富集某些稀散）或富集某些稀散元素（元素（Br、I、B、Sr 等）的地下水是宝贵的工业原料等）的地下水是宝贵的工业原料。 3 3、研究地下水化学成分的意义、研究地下水化学成分的意义 阐明地下水的起源、形成与分布规律；

5、阐明地下水的起源、形成与分布规律；阐明地下水的起源、形成与分布规律；阐明地下水的起源、形成与分布规律； 阐明成矿机制，完阐明成矿机制，完阐明成矿机制，完阐明成矿机制，完善与丰富找矿理论善与丰富找矿理论善与丰富找矿理论善与丰富找矿理论 ；地下水质量评价。；地下水质量评价。；地下水质量评价。；地下水质量评价。 （1 1）确定饮用水、工农业用水）确定饮用水、工农业用水）确定饮用水、工农业用水）确定饮用水、工农业用水 （2 2）查明地下水水质污染源）查明地下水水质污染源）查明地下水水质污染源）查明地下水水质污染源 （3 3）查明地下水的侵蚀能力）查明地下水的侵蚀能力）查明地下水的侵蚀能力）查明地下水的

6、侵蚀能力 （4 4）确定含水层之间及与地表水间的水力联系）确定含水层之间及与地表水间的水力联系）确定含水层之间及与地表水间的水力联系）确定含水层之间及与地表水间的水力联系 （5 5）揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿）揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿）揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿）揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿 （6 6）提取化工原料）提取化工原料）提取化工原料）提取化工原料 （7 7）医疗用水、地方病）医疗用水、地方病）医疗用水、地方病）医疗用水、地方病 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。

7、物等。 组成地壳的组成地壳的87种元素，地下水中已发现种元素，地下水中已发现70余种。余种。一、主要的气体成分一、主要的气体成分 常见的有常见的有O2、 N2、CO2、CH4 及及 H2S 1、 氧（氧（O2）、氮（）、氮（N2） 主要来源于大气，以入渗主要来源于大气，以入渗补给为主。补给为主。 2、硫化氢（、硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4）主要与微生物参与主要与微生物参与的生物化学过程有关。的生物化学过程有关。 3、二氧化碳（、二氧化碳（CO2）主要来源于土壤，其次降水和主要来源于土壤，其次降水和地表水入渗补给。地表水入渗补给。 在含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可变质生成在含碳

8、酸盐类的岩石，在深部高温下，也可变质生成CO2。第第2节节 地下水的化学特征地下水的化学特征 主要离子成分主要离子成分七种：七种： Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+和和Mg2+。 形成以上主要离子成分的形成以上主要离子成分的原因：原因： （1）地壳中含量较高，且易溶于水：地壳中含量较高，且易溶于水：O2、Ca、Mg、Na、K （2） 地壳中含量不高，但极易溶于水：地壳中含量不高，但极易溶于水：Cl-、SO42- （3） 地壳中含量很高，但难溶于水的，地下水中含量不高：地壳中含量很高，但难溶于水的，地下水中含量不高：Si、Al、Fe 主要离子成分与主要离子成分与矿化度（矿化

9、度（总溶解固体）之间的对应关系：总溶解固体）之间的对应关系： （1） 低矿化度：以低矿化度：以 HCO3-、 Ca2+、Mg2+ 为主为主 （2）中矿化度：中矿化度： 以以SO42-、 Na+、 Ca2+ 为主为主 （3）高矿化度：高矿化度： 以以Cl-、 Na+为主为主 盐类溶解度：盐类溶解度： 氯盐氯盐 硫酸盐硫酸盐 碳酸盐碳酸盐 Ca2+、 Na+ Ca2+、Mg2+二、主要离子成分二、主要离子成分三、地下水中的其它成分三、地下水中的其它成分 1、次要离子：、次要离子：如如 H、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4、OH-、NO2-、NO3- 、CO32-、SiO32-及及PO43-等。

10、等。 2、微量组分：、微量组分：Br、I、F、B、Sr等。等。 3、胶体：、胶体：Fe（OH）3、A1（OH）3、H2SiO3等。等。 4、有机质、有机质: 常以胶体方式存在于地下水中，常使地下水酸常以胶体方式存在于地下水中，常使地下水酸度增加，并有利于还原作用。度增加，并有利于还原作用。 5、微生物：、微生物：在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种致病细菌。致病细菌。 第3节 地下水的主要物理、化学性质 一、主要的物理性质：一、主要的物理性质：一、主要

11、的物理性质：一、主要的物理性质： 色色色色(color)(color)、嗅、嗅、嗅、嗅(smell)(smell)、味、味、味、味(taste)(taste)、温度、温度、温度、温度(temperature)(temperature)、透明度透明度透明度透明度(diaphaneity, transparency)(diaphaneity, transparency)、比重、比重、比重、比重(specific (specific weight)weight)、导电性、导电性、导电性、导电性(conductance)(conductance)、放射性、放射性、放射性、放射性(radioactivi

12、ty)(radioactivity)二、主要的化学性质：二、主要的化学性质：二、主要的化学性质：二、主要的化学性质： 总溶解固体、硬度、酸碱性总溶解固体、硬度、酸碱性总溶解固体、硬度、酸碱性总溶解固体、硬度、酸碱性 。 两者关系：物理性质往往是化学性质的外在表现。两者关系：物理性质往往是化学性质的外在表现。两者关系：物理性质往往是化学性质的外在表现。两者关系：物理性质往往是化学性质的外在表现。水中物水中物质质硬硬水水低价低价铁铁高价高价铁铁硫化硫化氢氢硫硫细细菌菌锰锰腐殖酸腐殖酸悬悬浮物浮物（碳（碳质质等等暗色暗色矿矿物）物）悬悬浮物浮物（粘土等（粘土等浅色浅色矿矿物）物）水的水的颜颜色色浅浅

13、蓝蓝浅浅绿绿灰灰黄褐黄褐翠翠绿绿红红色色暗暗红红暗黄、暗黄、灰黄灰黄浅灰浅灰浅黄、无浅黄、无萤萤光光1、 地下水颜色地下水颜色与其中物质关系表与其中物质关系表2、 地下水的气味（嗅）地下水的气味（嗅） 地下水一般无气味，若含有地下水一般无气味，若含有H2S气体，水有臭鸡蛋气味气体，水有臭鸡蛋气味；含含Fe2+，水有铁锈味，即，水有铁锈味，即“墨水味墨水味”；含腐殖质，有腐草味或淤泥含腐殖质，有腐草味或淤泥臭味。臭味。 水中气味强弱与水温有关，水中气味强弱与水温有关，常温时不显，若将水加热到常温时不显，若将水加热到4060时，气味显著。时，气味显著。一、主要的物理性质一、主要的物理性质地下水所含

14、的盐类及引起味觉的最低含量地下水所含的盐类及引起味觉的最低含量盐类盐类NaClCaSO4MgCl2MgSO4Fe2+味味觉觉咸咸微甜微甜微苦微苦微苦微苦涩涩最低含量最低含量mg/l165701352500.153、地下水的味道、地下水的味道 一般淡而无味，一般淡而无味，若含较多的二氧化碳，水清凉可口；若含较多的二氧化碳，水清凉可口；含碳酸含碳酸钙、镁的水味美适口，称钙、镁的水味美适口，称“甜水甜水”；若含有较多的有机质或腐殖若含有较多的有机质或腐殖质，水有腻人的土甜味，不宜饮用；质，水有腻人的土甜味，不宜饮用；含硫酸钠的水味涩；含硫酸钠的水味涩；含氯化含氯化镁、硫酸镁较多的水味苦，且可引起呕吐

15、和腹泻。镁、硫酸镁较多的水味苦，且可引起呕吐和腹泻。 味道的强弱取决于地下水的温度，常温时不显，若将水加味道的强弱取决于地下水的温度，常温时不显，若将水加热到热到2030时，味道显著。时，味道显著。4、地下水的透明度、地下水的透明度 一般是透明的，如煤矿矿井水含大量煤屑等悬浮物而呈不透一般是透明的，如煤矿矿井水含大量煤屑等悬浮物而呈不透明或半透明状。明或半透明状。 （水的透明度分级表）确定水的透明度：（水的透明度分级表）确定水的透明度：级别级别鉴别鉴别特征特征透明的透明的无无悬悬浮物、胶体，浮物、胶体，60cm水深水深见图见图像像半透明（微半透明（微浑浊浑浊）少量少量悬悬浮物，浮物，3060c

16、m水深水深见图见图像像微透明（微透明（浑浊浑浊）较较多多悬悬浮物，浮物，30cm水深水深见图见图像像不透明（极不透明（极浑浊浑浊）大量大量悬悬浮物，似乳状，水深很小也看不清浮物，似乳状，水深很小也看不清图图像像5、地下水的比重、地下水的比重 取决于水中溶解盐类的数量。取决于水中溶解盐类的数量。溶解的盐类越多溶解的盐类越多，地下水的地下水的比重越大比重越大。一般地下水的比重接近于。一般地下水的比重接近于1。利用地下水的比重特征。利用地下水的比重特征可以可以判别盐湖中盐类的沉积层位判别盐湖中盐类的沉积层位，便于分层位开采。，便于分层位开采。6、 导电性导电性 取决于水中溶解的电解质的数量和性质，即

17、取决于各种离取决于水中溶解的电解质的数量和性质，即取决于各种离子的含量和离子价。子的含量和离子价。离子含量越多，价数越高，离子含量越多，价数越高，则水的则水的导电性导电性越强越强。此外，温度也影响导电性。此外，温度也影响导电性。7、水的放射性、水的放射性 取决于水中取决于水中放射性物质的含量放射性物质的含量，大多数地下水都具，大多数地下水都具有放射性，但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地有放射性，但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地区的地下水具有较高的放射性。利用水中放射性突然增区的地下水具有较高的放射性。利用水中放射性突然增强可以强可以寻找放射性矿藏寻找放射性矿藏。8、 温度温度 利用高

18、温利用高温热热水可以水可以发电发电、取暖、灌、取暖、灌溉溉，温泉水可用来医治疾，温泉水可用来医治疾病。病。 水温的水温的变变化是影响水的化学成分、水化学作用的重要因素。化是影响水的化学成分、水化学作用的重要因素。 水交替水交替缓缓慢慢时时温度与地温一致，并取决于：太阳温度与地温一致，并取决于：太阳辐辐射射热热能、能、地球内部地球内部热热流流 。 地壳按热力状态从上而下分为地壳按热力状态从上而下分为变温带、常温带变温带、常温带和和增温带。增温带。常温带：常温带：是变温带以下一个极簿的地带。地温一般比当地年是变温带以下一个极簿的地带。地温一般比当地年平均气温高出平均气温高出12，粗略计算时可视为当

19、地的年平均气温。，粗略计算时可视为当地的年平均气温。 增温带：增温带：受地球内部热流控制。随深度增加而温度升高。用受地球内部热流控制。随深度增加而温度升高。用地温梯度或地温增温率表示。地温梯度或地温增温率表示。常温带深度常温带深度12m，昼夜变化昼夜变化1030m，地温年变化只有，地温年变化只有0.1 变温带：变温带：受太受太阳辐射热能影响，阳辐射热能影响，呈昼夜变化与季呈昼夜变化与季节变化。昼夜变节变化。昼夜变化只影响地表以化只影响地表以下下12m深度。变深度。变温带的下限为温带的下限为1530m。1、总总溶解固体（溶解固体（TDS）（）（矿矿化度）化度） 地下水中所含种离子、分子与化合物的

20、地下水中所含种离子、分子与化合物的总总量。量。(g/L） 习惯习惯上以上以105 110时时将水干所得的涸残余物将水干所得的涸残余物总总量。量。 因此因此（1） 计计算算时挥发时挥发性成分不性成分不计计入；入； （2） HCO3-只取重量的半数只取重量的半数 。 最好最好还还是采用直接将化学分析所得全部离子量、分子量及化合物量是采用直接将化学分析所得全部离子量、分子量及化合物量相加的方法来相加的方法来计计算。算。地下水按地下水按TDS的分类表的分类表地下水地下水类类型型总矿总矿化度化度g/L淡淡 水水1微咸水微咸水1 3咸咸 水水3 10盐盐 水水10 50卤卤 水水50二、主要的化学性质二、

21、主要的化学性质2、硬硬 度度 水中水中Ca2+、Mg2+的的总总含量。（含量。（meq/L） 德国度（德国度（H0）：）： 一个德国度相当于一个德国度相当于1升水中含有升水中含有 10mgCaO或或7.2mgMgO。 1meq硬度硬度 = 2.8 H0 目前新的国目前新的国标标中以中以CaCO3含量（含量（mg/L）表示。表示。 分分类类 总总硬度：硬度：水中水中Ca2+、Mg2+的的总总含量含量 。 暂时暂时硬度：硬度：水煮沸水煮沸时时（脱碳酸作用），因形成碳酸（脱碳酸作用），因形成碳酸盐盐沉淀而失去的一部分沉淀而失去的一部分Ca2+、Mg2+含量含量 。 永久硬度：永久硬度：水煮沸后仍留在

22、水中的水煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量含量 计计算算 ： rCarCa2+2+Mg+Mg2+2+ rHCOrHCO3 3- - 时时， 暂时暂时硬度硬度 = rHCOrHCO3 3- - 永久硬度永久硬度 = rCarCa2+2+Mg+Mg2+2+- rHCOrHCO3 3- - rCarCa2+2+Mg+Mg2+2+ rHCOrHCO3 3- - 时时， 总总硬度硬度 = 暂时暂时硬度硬度 = rCarCa2+2+Mg+Mg2+2+ 永久硬度永久硬度 = 0 地下水按硬度分地下水按硬度分类类： 水的水的类别类别 硬度（硬度（meq/L）极极软软水水 1.5软软水水1.5 3.0微硬

23、水微硬水3.0 6.0硬水硬水6.0 9.0极硬水极硬水 9.0 硬度大的水：硬度大的水：煮饭不易烧熟；煮饭不易烧熟；洗衣时肥皂泡沫减少；洗衣时肥皂泡沫减少； 锅炉易形成锅垢，或因不均匀锅炉易形成锅垢，或因不均匀导热引起锅炉爆炸；影响印染、造导热引起锅炉爆炸；影响印染、造纸等工业的质量。纸等工业的质量。 适于作饮用水的硬度为适于作饮用水的硬度为4.29毫毫克当量克当量/升升 3、酸碱度、酸碱度 用氢离子浓度即用氢离子浓度即pH值衡量值衡量, 即：即： pH-lg H+ pH值的测定一般用比色法进行，也可用试纸做简易测定值的测定一般用比色法进行，也可用试纸做简易测定。 地下水的地下水的pH值小于

24、值小于4时，对金属有剧烈腐蚀作用，矿井酸性时，对金属有剧烈腐蚀作用，矿井酸性水强烈腐蚀井下排水设备和管道，并污染环境。水强烈腐蚀井下排水设备和管道，并污染环境。酸碱度酸碱度PH强强酸性酸性5弱酸性弱酸性5 pH7中性中性7弱碱性弱碱性7 pH9 含大量含大量CO2的水、含有机酸的的水、含有机酸的沼泽水、煤矿及金属硫化物矿区氧沼泽水、煤矿及金属硫化物矿区氧化带中的地下水，为酸性水。化带中的地下水，为酸性水。 岩浆岩、封闭的沉积盆地地下岩浆岩、封闭的沉积盆地地下水、油田水，为碱性水。水、油田水，为碱性水。一、地下水起源化学成分的特点一、地下水起源化学成分的特点 地下水的化学成分，具有一定的继承补给

25、源的化学成分的特地下水的化学成分，具有一定的继承补给源的化学成分的特点。点。 1、起源于大气降水或凝结水：、起源于大气降水或凝结水： 补给区附近为矿化度低淡补给区附近为矿化度低淡水，富含水，富含O2、N2、CO2及及Ar等气体。等气体。 2、来源地表水、来源地表水: 与地表水成分相近，近河湖区，富含与地表水成分相近，近河湖区，富含HCO3- 、SO42-；近海岸富含近海岸富含Cl-、Na+ 。 3、近海岸降水近海岸降水: Cl-、Na+含量高。含量高。 4、古沉积盆地的地下水、古沉积盆地的地下水: 矿化度很高，主要离子为矿化度很高，主要离子为Cl-、Na+，并含有较多的并含有较多的Br、I 等

26、微量元素，具有古海水的特征，长等微量元素，具有古海水的特征，长期处于封闭的环境中，期处于封闭的环境中，H2S含量高。含量高。第第4节节 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用二、地下水化学成分的形成作用二、地下水化学成分的形成作用 各种不同来源的地下水，在后期循环过程中，不各种不同来源的地下水，在后期循环过程中，不断与与周围的介质相互作用，化学成分不断变化，结断与与周围的介质相互作用，化学成分不断变化，结果与原始的化学成分具有很大的区别。果与原始的化学成分具有很大的区别。 作用类型：作用类型： 溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替

27、吸附作用酸作用、阳离子交替吸附作用 、混合作用。混合作用。1、溶滤作用、溶滤作用 概念：概念：在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转质转入地下水中入地下水中的的过过程。程。 结结果：岩石失去一部分可溶物果：岩石失去一部分可溶物质质，地下水，地下水补补充了新的充了新的组组分。分。注：溶注：溶滤滤作用并未破坏岩石的完整性，也未破坏作用并未破坏岩石的完整性，也未破坏矿矿物的物的结结晶格晶格架，只是使其中的可溶部分架，只是使其中的可溶部分进进入水中；溶解作用是指入水中；溶解作用是指组组成成矿矿物物的一切元素按原来的比例全部的一切元素按原来的比例全部转转入水中，溶解

28、物入水中，溶解物质质的的结结构完全构完全被破坏，而溶被破坏，而溶滤滤物物质结质结构一部分流失，框架仍在。构一部分流失，框架仍在。 溶溶滤滤作用具有作用具有时间时间上的上的阶阶段性和空段性和空间间上的差异性。上的差异性。 一个地区一个地区经经受的受的溶溶滤滤作用愈作用愈强强烈烈，地下水的，地下水的矿矿化度愈低化度愈低，愈是以，愈是以难难溶离子溶离子为为主要主要成分。成分。 溶滤作用溶滤作用 影响因素：影响因素： 组组成岩土的成岩土的矿矿物物盐类盐类的溶解度的溶解度 。盐盐岩岩NaCl易溶，易溶，Si02难难溶解；溶解； 岩土的空隙特征。岩土的空隙特征。致密基岩，水与致密基岩，水与矿矿物物难难以接

29、以接触，触，难难溶溶滤滤； 水的溶解能力水的溶解能力决定着溶决定着溶滤作用的作用的强强度。低度。低矿化化水的水的强强，高，高矿化水的弱化水的弱 水中水中CO2、O2等气体成分的含量。等气体成分的含量。前者易溶碳前者易溶碳酸酸盐、硅酸、硅酸盐，后者易溶硫化物；，后者易溶硫化物； 地下水的径流与交替地下水的径流与交替强强度度。最关最关键键的因素。的因素。水的溶解能力还受温度、水的溶解能力还受温度、pH值、水中共生盐类的影响值、水中共生盐类的影响 温度：温度： 盐类的溶解度随温度的升高而增大，但盐类的溶解度随温度的升高而增大，但NaSO4、CO2、CaCO3、MgCO3溶解度降低。溶解度降低。 水的

30、水的pH值：值： pH越低，水的溶解能力越大，绝大多越低，水的溶解能力越大，绝大多数金属离子只有在酸性地下水中才能存在。随着数金属离子只有在酸性地下水中才能存在。随着pH的的增高，金属离子将形成氢氧化物沉淀。如：增高，金属离子将形成氢氧化物沉淀。如：Fe3+在在pH3的水中大量沉淀，当的水中大量沉淀，当pH 6时，时， Fe2+也将大部分沉淀。也将大部分沉淀。根据根据pH值的大小便可判断地下水所含的金属离子及含值的大小便可判断地下水所含的金属离子及含量大小。量大小。 水中的共生盐类：水中的共生盐类：如含有如含有NaCl的水可使的水可使CaSO4的溶的溶解度增大解度增大4倍，若水中含倍，若水中含

31、MgCl，CaSO4则基本不溶于水。则基本不溶于水。2、浓缩作用、浓缩作用 概念：概念：地下水受到蒸地下水受到蒸发发失去水分或流失去水分或流动动将溶解物将溶解物质带质带到排泄区而使地下水中到排泄区而使地下水中盐盐分分浓缩浓缩的的过过程。程。 条件：条件： 干旱或半干旱的气候；干旱或半干旱的气候； 低平地低平地势势控制下控制下较较浅的地下水位埋深，有利于浅的地下水位埋深，有利于毛毛细细作用的作用的颗颗粒粒细细小的松散岩土；小的松散岩土； 集中排泄的地集中排泄的地带带。 特点：特点： 不不仅仅使地下水的使地下水的矿矿化度提高，也使水的化学（成分）化度提高，也使水的化学（成分）类类型型发发生改生改变

32、变。3、脱碳酸作用、脱碳酸作用 概念：概念：水中水中CO2的溶解度受的溶解度受环环境的温度和境的温度和压压力控制。力控制。CO2的溶解度随温度升高或的溶解度随温度升高或压压力力降低而减小，一部分降低而减小，一部分CO2便成便成为为游离游离CO2从水中逸出，从水中逸出，这这便是脱碳酸作用。便是脱碳酸作用。 结结果：果： 地下水中地下水中HCO3-及及Ca2+、Mg2+减少，减少，矿矿化度降低化度降低 ； Ca2+ 2HCO3-CO2+ H2O+ CaCO3 Mg2+2HCO3-CO2+ H2O+ MgCO3 实实例：例：深部地下水上升成泉，泉口往往形成深部地下水上升成泉，泉口往往形成钙华钙华。

33、4、脱硫酸作用、脱硫酸作用 概念：概念：在在还还原原环环境中，当有机境中，当有机质质存在存在时时，脱硫酸，脱硫酸细细菌能使菌能使SO42-还还原原为为H2S，这这就是脱硫酸作用就是脱硫酸作用 。在岩土含有有机物。在岩土含有有机物质质的情况下，碳的情况下，碳氢氢化合物也可使硫酸化合物也可使硫酸盐还盐还原。原。 SO42-+2C+2 H2OH2S+2HCO3- 结果：结果： 水中水中SO42-减少以至消失，减少以至消失，HCO3-增加，增加，PH值变大。值变大。 实例：实例：封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸作封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸作用的有利环境。因此，某些油田中出现用的有

34、利环境。因此，某些油田中出现H2S，而，而SO42-含量很低。含量很低。这一特征可以作为寻找油田的辅助标志。这一特征可以作为寻找油田的辅助标志。5、阳离子交替吸附作用、阳离子交替吸附作用 概念：概念：一定条件下，一定条件下，颗颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，粒将吸附地下水中的某些阳离子，而将原来吸附的部分阳离子而将原来吸附的部分阳离子转为转为地下水中的地下水中的组组分，即分，即为为阳离阳离子交替吸附作用。子交替吸附作用。 影响因素：影响因素： 岩土岩土颗颗粒的比表面粒的比表面积积 ； 阳离子吸附于阳离子吸附于颗颗粒表面的能力：粒表面的能力： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ 地下

35、水中某种离子的相地下水中某种离子的相对浓对浓度度: 如如, 海水入侵陆相，海水入侵陆相，Na+浓度大，可以替代吸附在颗粒表浓度大，可以替代吸附在颗粒表面的面的Ca2+。吸附作用是可逆的：。吸附作用是可逆的： 吸附吸附吸附吸附6、混合作用、混合作用 概念：概念： 成分不同的两种水成分不同的两种水汇汇合在一起，形成化学成分与合在一起，形成化学成分与原来两者都不相同的地下水，便是混合作用。原来两者都不相同的地下水，便是混合作用。 实例：实例：在滨海地区，地下水往往是海水与大气降水渗入在滨海地区，地下水往往是海水与大气降水渗入补给混合作用的产物；补给混合作用的产物； 多层含水层结构的地下水，不同层地下

36、水之间的补给也可多层含水层结构的地下水，不同层地下水之间的补给也可发生混合作用。发生混合作用。 CaCl2Na2SO4 CaSO4 +2NaCl 说明：说明：对于不同成分的地下水，混合后是否发生混合作用，对于不同成分的地下水，混合后是否发生混合作用，取决于两者的化学成分与矿化度。取决于两者的化学成分与矿化度。 小小结结：影响地下水化学成分形成的因素：影响地下水化学成分形成的因素 三大三大类类： 1、自然地理因素自然地理因素（气候、水文、地形、植物）（气候、水文、地形、植物） 2、 地地质质因素因素（岩性、地（岩性、地质质构造等）构造等） 3、 人人为为因素因素 这这些因素的些因素的错综组错综组

37、合决定着地下水化学成分形成的方向及合决定着地下水化学成分形成的方向及其分布其分布规规律。律。1、自然地理因素、自然地理因素 气候：气候：潮湿地区降雨量大，地下水潮湿地区降雨量大，地下水矿矿化度常化度常较较低低; 干旱的沙漠、半沙漠地区蒸干旱的沙漠、半沙漠地区蒸发发强强，矿矿化度高。化度高。 地形：地形：高山地区地形切割高山地区地形切割强强烈，地下水循烈，地下水循环环交替快，交替快，矿矿化度化度低；低； 平原地区地下水流平原地区地下水流动动慢，慢，矿矿化度高。化度高。 水文因素：水文因素： 反映在地表水与地下水的反映在地表水与地下水的补补排关系上。排关系上。 2、地地质质因素因素（岩性、地（岩性

38、、地质质构造等）构造等） 岩性：岩性：可溶成分溶于水，使水中富含可溶成分溶于水，使水中富含这这些可溶成分；些可溶成分；难难溶成分通溶成分通过风过风化溶解化溶解进进入入水中，水中，对对地下水成分地下水成分产产生影响。生影响。 地地质质构造：构造： 隆起构造地区，溶隆起构造地区，溶滤滤作用作用为为主，形成低主，形成低矿矿化水；化水； 封封闭闭的向斜构造地区的向斜构造地区发发生生浓缩浓缩作用使作用使矿矿化度增高。化度增高。3、人人为为因素因素 废弃物污染地下水：废弃物污染地下水： 工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水

39、富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等。砷、铬、亚硝酸等。 改变地下水形成条件：改变地下水形成条件： 滨海地区过量开采地下水引起海水入侵，淡含水层变咸。滨海地区过量开采地下水引起海水入侵，淡含水层变咸。 干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，会使浅层地下水干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，会使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍化，导致浅层地下水变咸。位上升，引起大面积次生盐渍化，导致浅层地下水变咸。 从形成地下水化学成分的从形成地下水化学成分的基本成因基本成因出出发发，可将地下水分，可将地下水分为为三个三个类类

40、型：型：溶滤水、沉积水溶滤水、沉积水和和内生水。内生水。一、溶一、溶滤滤水水 概念：概念：富含富含CO2与与O2的渗入成因的地下水，溶的渗入成因的地下水，溶滤滤它所流它所流经经的岩土而的岩土而获获得其主要化学成分，得其主要化学成分，这这种水称之种水称之为为溶溶滤滤水。水。影响影响 溶溶滤滤水化学成分的因素：水化学成分的因素： 岩性、气候、地貌岩性、气候、地貌第第5节节 地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型1、岩性、岩性 含盐岩地层沉积区：含盐岩地层沉积区：地下水富含地下水富含Cl-、Na+； 石灰岩、白云岩区：石灰岩、白云岩区：富含富含HCO3-、Ca2+和和Mg2+； 石

41、膏、天青石区石膏、天青石区：SO42-、Ca2+、Sr2+； 酸性岩浆岩区：酸性岩浆岩区：地下水大都为地下水大都为HCO3Na型水；型水； 基性岩浆岩区：基性岩浆岩区：地下水中常富含地下水中常富含Mg2+； 煤系地层区与金属矿床区：煤系地层区与金属矿床区：酸性较强的硫酸盐水。酸性较强的硫酸盐水。注：注：并不是地下水流经什么岩土，必定具有何种化学成分，并不是地下水流经什么岩土，必定具有何种化学成分，因为岩土的各种组分，其迁移能力各不相同，还受气候、因为岩土的各种组分，其迁移能力各不相同，还受气候、地貌等其他因素影响。地貌等其他因素影响。2、 气候气候 （1）潮湿气候区）潮湿气候区 经长期淋滤作用

42、，易溶盐类经长期淋滤作用，易溶盐类(NaCl、CaSO4)充分溶滤，最后充分溶滤，最后地下水主要是难以迁移的组分地下水主要是难以迁移的组分(CaCO3、MgCO3、SiO2)。因此，。因此，在潮湿气候区，其浅层地下水最终很可能都是在潮湿气候区，其浅层地下水最终很可能都是低矿化重碳酸水低矿化重碳酸水，难溶的难溶的SiO2在水中占到相当比重。在水中占到相当比重。 （2）干旱气候区）干旱气候区 水分不断蒸发，盐分不断积累于浅部，最终都将形成水分不断蒸发，盐分不断积累于浅部，最终都将形成高矿化高矿化的氯化物水的氯化物水。 注：注：气候决定大区域范围内水质成分的变化；岩性和地形决气候决定大区域范围内水质

43、成分的变化；岩性和地形决定局部区域水质的变化。定局部区域水质的变化。3、地形、地形 （1）切割强烈的山区）切割强烈的山区。局部流动系统发育，水交替迅速，即局部流动系统发育，水交替迅速，即使在干旱地区也不发生浓缩作用，从而形成使在干旱地区也不发生浓缩作用，从而形成低矿化的以难溶离子低矿化的以难溶离子为主为主的地下水。的地下水。 （2）地势低平的平原与盆地）地势低平的平原与盆地。水交替缓慢，地下水矿化度与水交替缓慢，地下水矿化度与含易溶离子均较高。含易溶离子均较高。 （3）干旱地区的山间堆积盆地。山前地区）干旱地区的山间堆积盆地。山前地区气候相对湿润，颗气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度也大；向

44、粒比较粗大，地形坡度也大；向盆地中心盆地中心，气候转为十分干旱，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势低平。因此，从颗粒细小，地势低平。因此，从盆地边缘洪积扇顶部盆地边缘洪积扇顶部的低矿化重的低矿化重碳酸盐水带，到碳酸盐水带，到过渡地带过渡地带的中等矿化硫酸盐水，的中等矿化硫酸盐水，盆地中心盆地中心则是高则是高矿化的氯化物水矿化的氯化物水。 二、沉二、沉积积水水 概念：概念：指与沉指与沉积积物大体同物大体同时时生成的古地下水。生成的古地下水。沉沉积积水一般埋藏于封水一般埋藏于封闭闭的地的地质质构造内，故又称构造内，故又称埋藏水埋藏水。分分类类：同生沉同生沉积积水和后生沉水和后生沉积积水。水。 同生沉

45、同生沉积积水：水：与岩与岩层层同同时时沉沉积积形成，且保留于其中的水。形成，且保留于其中的水。 后生沉后生沉积积水：水：成岩以后由于成岩以后由于邻邻近岩近岩层挤压层挤压而来的水。而来的水。 河、湖、海相的沉河、湖、海相的沉积积物中的水具有不同的原始成分，在漫物中的水具有不同的原始成分，在漫长长的地的地质质年代中水年代中水质质又又经历经历一系列复一系列复杂杂的的变变化。化。 海相沉海相沉积积作用水作用水的化学成分与的化学成分与海水海水成分基本相似。成分基本相似。 海水成分：海水成分： 三、内生水三、内生水 概念：概念：参与地壳深部地参与地壳深部地质质作用的地下水。作用的地下水。火山火山喷发喷发作

46、用、岩作用、岩浆浆作用和作用和变质变质作用等均有水参与，来自地幔高温高作用等均有水参与，来自地幔高温高压压的的岩岩浆浆直接分异出来的水。直接分异出来的水。内生水包括初生水，即含在熔融岩内生水包括初生水，即含在熔融岩浆浆中的水；再生水，即地壳深部高温高中的水；再生水，即地壳深部高温高压压条件下，岩石所含条件下，岩石所含结结合水和合水和矿矿物水物水转变为转变为液液态态或气或气态态水。水。 迄今研究迄今研究还还很不成熟。很不成熟。 一、地下水化学分析内容一、地下水化学分析内容 根据研究地下水化学成分目的不同，分析的内根据研究地下水化学成分目的不同，分析的内容和精度也不一样。按照不同的目的和要求，地下

47、容和精度也不一样。按照不同的目的和要求，地下水化学成分的分折可分为三种类型，即：水化学成分的分折可分为三种类型，即：简分析简分析、全分析全分析和和专项分析。专项分析。第第6节节 地下水化学成分分析及其图示地下水化学成分分析及其图示 1、简分析、简分析 特点：特点：分析分析项项目少，精度要求低，目少，精度要求低，简简便快速，成本不高。便快速，成本不高。 目的：目的：了解区域水质、水化学的概貌以及水质是否适于了解区域水质、水化学的概貌以及水质是否适于饮用饮用 。 分析内容：分析内容： 物理性质（温度、颜色、透明度、嗅味、味道等）物理性质（温度、颜色、透明度、嗅味、味道等） 定量分析：定量分析：HC

48、O3-、 SO42- 、Cl-、Ca2+ 、Mg2+、pH值和硬度；值和硬度； 定性分析：定性分析：NO3-、NO2-、 NH4+ 、Fe2+ 、 Fe3+ 、H2S、耗氧量等。耗氧量等。 2、全分析、全分析 特点：特点：分析项目较多，但并非分析水中的全部组分，要求精分析项目较多，但并非分析水中的全部组分，要求精度高。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行分析，度高。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行分析， 目的：目的：较全面地了解地下水的化学成分，并检核简分析结果。较全面地了解地下水的化学成分，并检核简分析结果。 分析内容：分析内容：HCO3-、 SO42- 、C1-、CO3-、

49、NO2-、NO3-、Ca2+ 、 Mg2+ 、K+ 、Na+ 、 NH4+ 、Fe2+ 、 Fe3+ 、H2S、CO2、耗氧量、耗氧量、pH值及干涸残余物。值及干涸残余物。 3、专项分析、专项分析 只分析一个或几个组分，要求精度高，分析项目根据具体任务只分析一个或几个组分，要求精度高，分析项目根据具体任务来确定。来确定。二、分析结果的表示二、分析结果的表示（一）单项组分的表示（一）单项组分的表示1、重量浓度单位：、重量浓度单位：%，g/g，ppm（10-6g/g），），ppt（10-9g/g）2、体积浓度单位：、体积浓度单位： g/L， mg/L，ug/L3、离子毫克当量、离子毫克当量/升（升

50、（mgN/L）表示单位）表示单位4、离子毫克当量百分数（、离子毫克当量百分数（mgN%）表示法）表示法（二）水源点水化成分的表示（二）水源点水化成分的表示 库尔洛夫式库尔洛夫式：将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量百分数自大而小顺序排列。横线前依次表示气体成分、特殊成分百分数自大而小顺序排列。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度（以字母及矿化度（以字母M 为代号），三者单位均为为代号），三者单位均为g/L，横线后以字母，横线后以字母t 为代号表示以摄氏计的水温。为代号表示以摄氏计的水温。注：注：毫克当量百分数大于毫克当量百分数大于10%的写入该式

51、，小于的写入该式，小于10%的离子不予的离子不予表示。表示。气体成分、特殊成分气体成分、特殊成分矿化度矿化度温度温度阴阳离子阴阳离子二、地下水化学特征分类及图示二、地下水化学特征分类及图示 地下水按其化学成分有多种地下水按其化学成分有多种 分类方法，大多利用主要阴阳分类方法，大多利用主要阴阳离子之间的相对含量与关系进行划分。国内常用离子之间的相对含量与关系进行划分。国内常用舒卡列夫分类法舒卡列夫分类法和和派珀（派珀（Piper）三线图）三线图。 1、水化学类型、水化学类型舒卡列夫分类法舒卡列夫分类法 （1）分类依据）分类依据 主要阴阳离子含量主要阴阳离子含量（含量大于（含量大于25毫克当量的阴

52、离子和阳离毫克当量的阴离子和阳离子）子）及水的矿化度（及水的矿化度（TDS） 1、水化学类型、水化学类型舒卡列夫分类法舒卡列夫分类法（2）分类类型）分类类型 按按矿矿化度化度分四分四组组： 1.5 g/L A组组 1.510 g/L B组组 1040 g/L C组组 40 g/L D组组 按主要阴阳离子来按主要阴阳离子来组组合成合成49型型25%毫克当量毫克当量HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClCl Ca181522293643 Ca +Mg291623303744 Mg3101724313845 Na+Ca4111825323946 Na+Ca+M

53、g5121926334047 Na+Mg6132027344148 Na7142128354249 例如：例如：1类为自然界中广泛分布的重碳酸钙（类为自然界中广泛分布的重碳酸钙（HCO3 Ca）型）型水，是水，是沉积岩地区典型的溶滤水沉积岩地区典型的溶滤水；49类为氯化钠（类为氯化钠（Cl-Na）型水，）型水，则可能是则可能是与海水及海相沉积有关的地下水与海水及海相沉积有关的地下水，或者是，或者是干旱地区埋藏干旱地区埋藏不深的盐化地下水。不深的盐化地下水。 根据舒卡列夫分类法，在确定水的名称时，将含量大的放在根据舒卡列夫分类法，在确定水的名称时，将含量大的放在前面。前面。 例如氯钠钙（例如氯钠

54、钙（Cl-Na-Ca）型水。则表示阳离子中）型水。则表示阳离子中Na+ 的毫克的毫克当量百分数含量大于当量百分数含量大于Ca2+ ，为为46类水类水。（3）舒卡列夫分类的优缺点）舒卡列夫分类的优缺点 优点：非常简单，可以大致推断水质的成因，所以只能叫水优点：非常简单，可以大致推断水质的成因，所以只能叫水化学分类。化学分类。 缺点：缺点： 以以25%毫克当量划分的依据带有人为性，毫克当量划分的依据带有人为性， 对大于对大于25%毫克当量的离子未反映其大小的次序，反映毫克当量的离子未反映其大小的次序，反映水质变化成因不够细致。水质变化成因不够细致。 分类中有些水型意义不大，如分类中有些水型意义不大

55、，如17，18，19，在自然界中，在自然界中极少见到或见不到的。极少见到或见不到的。（1）左下三角形）左下三角形：三：三边分别代表阳离子中边分别代表阳离子中Na+K+、Ca2+、Mg2+的毫克当量百分数。的毫克当量百分数。（2）右下角三角形）右下角三角形：表示阴离子表示阴离子Cl-、SO42-、HCO3-。水样的阴阳离子的相水样的阴阳离子的相对含量分别在两个三对含量分别在两个三角形中表示。引线在角形中表示。引线在菱形中得出的交点综菱形中得出的交点综合表示水样的阴阳离合表示水样的阴阳离子相对含量，圆半径子相对含量，圆半径按比例表示矿化度。按比例表示矿化度。 2 2、派珀三线图解、派珀三线图解、派

56、珀三线图解、派珀三线图解(A.M.Pier)(A.M.Pier) 派珀三线图把菱形分成派珀三线图把菱形分成9个区个区 1 区区碱土金属离子超过碱金属离子，碱土金属离子超过碱金属离子，2 区区碱大于碱土，碱大于碱土， 3 区区弱酸根超过强酸根，弱酸根超过强酸根，4 区区强酸大于弱酸，强酸大于弱酸，5 区区碳酸碳酸盐硬度超过盐硬度超过50，6 区区非碳酸盐硬度超过非碳酸盐硬度超过50，7 区区碱及强碱及强酸为主，酸为主，8 区区碱土及弱酸为主，碱土及弱酸为主，9 区区任一对阴阳离子含量均任一对阴阳离子含量均不超过不超过50毫克当量百分数。毫克当量百分数。2 2、派珀三线图解、派珀三线图解、派珀三线图解、派珀三线图解(A.M.Pier)(A.M.Pier)ABCQNM8-1水点水点Cl-含含量平行于量平行于AC边，为边，为9%；SO42-含量平含量平行于行于AB边，边，为为1%；HCO3-含量平含量平行于行于BC边，边，为为90% “5”的的Cl-10%;SO42-70%;HCO3-20%8-1水点水点Na+含量平行于含量平行于QM边，为边，为18%；Ca2+含量平含量平行于行于MN边，边，为为80%；Mg2+含量平含量平行于行于NQ边，边，为为2% 2 2、派珀三线图解、派珀三线图解、派珀三线图解、派珀三线图解(A.M.Pier)(A.M.Pier)