第6章地下水的化學(xué)成分及其形成作用

1、 ）Na+ 高礦化水中的主要陽離子。 來源： 沉積巖中巖鹽及其它鈉鹽的溶解； 海水； 巖漿巖和變質(zhì)巖地區(qū)含鈉礦物的風(fēng)化溶解； 酸性巖漿巖中大量含鈉礦物，在CO2、H2O的參與下，將形成低礦化的以Na+、HCO3為主的地下水。 ）K+ 高礦化水中含量較多。 來源與分布特點(diǎn)與Na+相近： 含鉀鹽類沉積巖的溶解； 巖漿巖、變質(zhì)巖中含鉀礦物的風(fēng)化溶解。 在地殼中K與Na的含量相近，但在地下水中K+的含量比Na+少得多，這是因?yàn)椋?K+大量地參與形成不溶于水的次生礦物（水云母、蒙脫石、絹云母）； 易為植物所攝取。 由于K+含量少，分析比較費(fèi)事，所以一般將K+歸并到Na+中，不另區(qū)分。 ）Ca2+ 是低礦

2、化水中的主要陽離子。 來源： 碳酸鹽類沉積物及含石膏沉積物的溶解； 巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈣礦物的風(fēng)化溶解。 ）Mg2+ 來源及分布與Ca2+相近： 含鎂的碳酸鹽類沉積巖（白云鹽、泥灰鹽）； 巖漿巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物的風(fēng)化溶解。 Mg2+在低礦化水中通常含量較Ca2+少。 地下水中各種離子的測(cè)定方法，參閱水質(zhì)分析的有關(guān)書籍。 3地下水中的其他成分 除主要離子（七大離子）外，地下水中還有其他成分： 1）次要離子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、NO2、NO3、CO32、SiO32、PO43等； 2）微量組分（元素）：Br、I、F、B、Sr等； 3）膠體成分：Fe(OH)3、Al(

3、OH)3、H2SiO3等； 4）有機(jī)體； 5）微生物：如氧化環(huán)境中存在：硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌； 還原環(huán)境中存在：脫硫酸細(xì)菌； 在污水中：各種致病細(xì)菌。 4地下水的總礦化度及化學(xué)成分表示式 總礦化度（總?cè)芙夤腆w）地下水中所含各種離子、分子與化合物的總量稱為總礦化度（總?cè)芙夤腆w）。單位：g/L。 礦化度Mdegree of mineralization； 總?cè)芙夤腆wTDStotal dissolved solid。 一般以105 110C時(shí)將水蒸干所得的干涸殘余物總量來表示礦化度（M）； 將分析所得陰陽離子含量相加，相加時(shí)HCO3只取重量的一半，因?yàn)樵谡舾蓵r(shí)，有近一半的HCO3分解為CO2、H2O而逸失

4、。 總硬度水中所含鈣離子和鎂離子的總量。 地下水主要來源于大氣降水，大氣降水的礦化度一般為0.020.05g/L，進(jìn)入含水層后，水與巖土作用，礦化度升高，化學(xué)成分發(fā)生變化。 1溶濾作用 溶濾作用在水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中。 溶濾作用的結(jié)果：巖土失去一部分可溶物質(zhì)； 地下水則補(bǔ)充了新的組分。 影響溶濾作用的因素： 1）巖土中礦物鹽類的溶解度： 首先：NaCl迅速轉(zhuǎn)入水中，SiO2很難溶于水中。 2）巖土的空隙： 空隙發(fā)育，溶濾作用強(qiáng)，否則弱。 3）水的礦化度： 低礦化水溶解能力強(qiáng)，而高礦化水溶解能力弱。 4）水中CO2、O2等氣體成分： 水中CO2含量愈高，溶解碳酸鹽及硅

5、酸鹽的能力愈強(qiáng)。 水中O2含量愈高，溶解硫化物的能力愈強(qiáng)。 5）水的流動(dòng)狀況： 停滯的地下水，最終將失去溶解能力； 流動(dòng)的地下水，經(jīng)常保持強(qiáng)的溶解能力。 地下水的徑流與交替強(qiáng)度是決定溶濾作用強(qiáng)度的最活躍、最關(guān)鍵的因素。 混合作用 混合作用成分不同的兩種水匯合在一起，形成化學(xué)成分與原來兩者都不相同的地下水這便是混合作用。 混合作用： A、可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)類型完全不同的地下水； B、不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)取決于參與混合的兩種水的化學(xué)成分。 人類活動(dòng)在地下水化學(xué)成分形成中的作用 A、污染地下水： 工業(yè)三廢：廢氣、廢水、廢渣，以及農(nóng)業(yè)上大量使用的化肥、農(nóng)藥等，使地下水中含有原來含量很低的有害元素

6、。 B、改變地下水的形成條件，水質(zhì)發(fā)生變化： 過量開采地下水引起海水入侵，不合理灌溉引起次生鹽漬化，使淺層水變咸等；引淡補(bǔ)咸使地下水淡化 不同領(lǐng)域的學(xué)者，目前得出一致的結(jié)論：地球上的水圈是原始地殼生成后，氫與氧從地球內(nèi)部層圈逸出而形成的。 因此，地下水起源于地球深部層圈。 從形成地下水化學(xué)成分的基本成因出發(fā)，將地下水分為三個(gè)主要成因類型：溶濾水、沉積水和內(nèi)生水。 1溶濾水 富含CO2與O2的滲入成因的地下水，溶濾它所流經(jīng)的巖土而獲得其主要化學(xué)成分，這種水稱之為溶濾水。（地下水的化學(xué)成分主要由溶濾作用形成） 石灰?guī)r、白云巖區(qū)地下水HCO3、Ca、Mg為主；含石膏的沉積巖區(qū)水中SO4、Ca較高；酸

7、性巖漿巖地區(qū)常為HCO3-Na水；基性巖漿巖區(qū)富含Mg；煤系地層分布區(qū)與金屬礦床分布區(qū)多形成硫酸鹽水 3內(nèi)生水 內(nèi)生水指來自地球深部層圈的水。 內(nèi)生水的研究至今還很不成熟。 地下水化學(xué)成分的分析是研究地下水化學(xué)成分及其形成作用的基礎(chǔ)。工作目的與要求不同，分析項(xiàng)目與精度也不同。 分析內(nèi)容 在水文地質(zhì)中分為：簡(jiǎn)分析、全分析、專門分析。 1）簡(jiǎn)分析 目的：了解區(qū)域地下水化學(xué)成分的概貌。 特點(diǎn)；分析項(xiàng)目少，精度要求低，簡(jiǎn)便快速，成本不高，技術(shù)上容易掌握。 分析項(xiàng)目： 物理性質(zhì)：溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等； 定量分析：HCO3、SO42、Cl、Ca2、Mg2，總硬度、p值； 通過計(jì)算求得：其它主要

8、離子：K+Na、總礦化度； 定性分析：NO3、NO2、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、耗氧量等。 方法： 可在野外利用專門水質(zhì)分析箱進(jìn)行； 取水樣送實(shí)驗(yàn)室分析。 2）全分析 目的：全面地了解地下水的化學(xué)成分。通常在簡(jiǎn)分析的基礎(chǔ)上選擇有代表性的水樣進(jìn)行全分析。 特點(diǎn)：分析項(xiàng)目較多，要求精度高。 定量分析：HCO3、SO42、Cl、CO32、NO2、NO3、Ca2、Mg2、K、Na、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、耗氧量、pH值、干涸殘余物TDS。地下水化學(xué)分類與圖示方法（按地下水化學(xué)成分分類）1）舒卡列夫分類前蘇聯(lián)學(xué)者舒卡列夫，根據(jù)地下水中六種主要離子（K合并于Na中）及礦化

9、度劃分。 根據(jù)離子含量對(duì)含量大于25%毫克當(dāng)量的陰離子、陽離子進(jìn)行組合，共分成49型水，每型以一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字為代表（P62，表6-2）。 按礦化度又分為組： A組：M40g/L。 由表P62，62，從左上角右下角，礦化度由小大。 如：1A型水，即礦化度1.5g/L的HCO3Ca型水，為石灰?guī)r地區(qū)典型的溶濾水。 一般書寫時(shí)，（1）陰離子在前，陽離子在后；（2）含量大的在前，含量小的在后。如：HCO3SO4Ca型水；HCO3CaMg型水等。 習(xí)慣上我們說：1A型水（M49g/L），為高礦化的ClNa型水。 實(shí)際工作中用數(shù)字表示水型不方便，而是將陰離子放在前，陽離子放在后（離子含量25%毫克當(dāng)量的參

10、加命名，且書寫時(shí)省略離子符號(hào)），中間用橫線連接，陰、陽離子中有兩個(gè)以上毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)25時(shí)，則含量大的在前，小的在后，中間用橫線連接。如：HCO3SO4CaMg型水。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)明易懂，在我國(guó)廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)： 以離子含量25毫克當(dāng)量作為劃分水型的依據(jù)，有人為性； 反映水質(zhì)變化不夠細(xì)致（25%不考慮）。 2）Piper三線圖解SO4刻度線Cl刻度線HCO3刻度線Mg刻度線Ca刻度線Na + K刻度線 Piper三線圖解由兩個(gè)三角形和一個(gè)菱形組成（圖），左下角三角形的三條邊分別代表陽離子K+Na+、Ca2、Mg2的毫克當(dāng)量%；右下角三角形三條邊分別表示陰離子HCO3、SO42、Cl的毫克當(dāng)量%；菱

11、形表示陰、陽離子組合的相對(duì)含量（毫克當(dāng)量%）。 三角形刻度增加的方向：陽離子按順時(shí)針方向增加（Ca2、Mg2、 K+Na+）；陰離子按逆時(shí)針方向增加（Cl 、SO42、HCO3） 礦化度的大小用圓圈大小表示：圓圈大，M大；圓圈小，M小。 一般情況下，在實(shí)際工作中僅使用菱形表示地下水化學(xué)成分中陰、陽離子組合的相對(duì)含量。其中一對(duì)平行邊為陽離子的組合；另一對(duì)平行邊為陰離子的組合?？潭仍黾拥姆较颍合蛏希–a2Mg2，SO42Cl）或向下（K+Na，HCO3CO32）。 優(yōu)點(diǎn)： 不受人的影響； 可以分析地下水化學(xué)成分的演變規(guī)律。總?cè)芙夤腆w？地溫梯度?溶濾作用？濃縮作用？脫碳酸作用？脫硫酸作用？陽離子交替

12、吸附作用？混合作用？溶濾水？沉積水？?jī)?nèi)生水？總硬度？地下水中含有各種 、 、 、 以及微生物等。地下水中常見的氣體成分有 、 、 、 及 等。地下水中分布最廣、含量較高的陰離子有 、 及 等。地下水中分布最廣、含量較高的陽離子有 、 、 及 等。一般情況下，低礦化水中的離子常以 及 、 為主；高礦化水則以 及 為主。一般情況下，中等礦化的地下水中，陰離子常以 為主，主要陽離子可以是 ，也可以是 。地下水化學(xué)成分的形成作用有 、 、 、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用和混合作用。據(jù)地下水化學(xué)成分的成因類型，可將地下水分為 、 和 。在低礦化水中，陰離子以重碳酸鹽為主，陽離子以鈣離子、鎂離子為主。隨

13、著蒸發(fā)濃縮，溶解度小的鈣、鎂的碳酸鹽部分析出， 及 逐漸成為主要成分，繼續(xù)濃縮，水中硫酸鹽達(dá)到飽和并開始析出，便將形成以 、 為主的高礦化水。當(dāng)含鈣為主的地下水，進(jìn)入主要吸附有鈉離子的巖土?xí)r，水中的鈣離子便置換巖土所吸附的一部分 ，使地下水中 增多而 減少。地下水的物理性質(zhì)主要包括： 、 、 、 和 。根據(jù)受熱源影響的情況，地殼表層可分為變溫帶、 和 三個(gè)帶。研究地下水中氣體成分的意義？地下水中二氧化碳?xì)怏w來源？地下水中含有不同的氣體成分時(shí)，各反映什么樣的地球化學(xué)環(huán)境？地下水中氯離子的主要來源？地下水中氯離子的特點(diǎn)有哪些?地下水中硫酸根離子和重碳酸根離子的來源?地下水中鈉離子和鉀離子的來源?為什么地下水中鉀離子含量比鈉離子含量少的多？地下水中鈣離子和鎂離子的來源?地下水中的總?cè)芙夤腆w與各離子含量有什么關(guān)系?簡(jiǎn)述利用庫爾洛夫式反映水的化學(xué)特點(diǎn)的方法?影響溶濾作用強(qiáng)度的因素有哪些?自然界地下水化學(xué)成分的形成作用有哪些?為什么高礦化水中以易溶的氯離子和鈉離子占優(yōu)勢(shì)?產(chǎn)生濃縮作用必須具備哪些條件?為什么粘土及粘土巖類最容易發(fā)生交替吸附作用?地下水簡(jiǎn)分析的項(xiàng)目有哪些?地下水全分析項(xiàng)目有哪些?研究地下水化學(xué)成分的意義?氯化物最易溶解于水中，而為什么多數(shù)地下水中檢出的是難溶的碳酸鹽和硅酸鹽成分?溶濾水的化學(xué)成分受哪些因素影響？如何影響?海相淤