地下水的物理性質(zhì)化學(xué)成分及其形成作用

地下水的物理性質(zhì)化學(xué)成分及其形成作用第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日概述地下水的物理性質(zhì)地下水的化學(xué)成份本章內(nèi)容第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§1概述一、地下水是一種復(fù)雜的溶液(原因包括以下幾點(diǎn))：賦存于巖石圈中,不斷與巖土發(fā)生化學(xué)反應(yīng);與大氣圈、水圈和生物圈進(jìn)行水量和化學(xué)成分的交換。人類活動(dòng)的影響改變了地下水的化學(xué)面貌。

————地下水的化學(xué)成分是地下水與環(huán)境（地理、地質(zhì)、人類活動(dòng)）——長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物。某區(qū)地下水的化學(xué)面貌,反映該區(qū)地下水的歷史演變。

第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、研究地下水化學(xué)成份特征的意義地下水化學(xué)成分是地下水與環(huán)境---自然地理、地質(zhì)背景及人類活動(dòng)長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物，它反映了該地區(qū)地下水的歷史演變，研究地下水的化學(xué)成分，可以幫助我們回溯一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)歷史，闡明地下水的起源與形成。水是地球中元素遷移、分散與富集的載體：許多地質(zhì)過(guò)程(巖溶、沉積、成巖、變質(zhì)、成礦）都涉及地下水的化學(xué)作用，研究成礦等地質(zhì)過(guò)程中地下水的化學(xué)作用，對(duì)于闡明成礦機(jī)制善和豐富成礦理論具有重要意義。第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水是寶貴的液體礦產(chǎn)：

研究地下水化學(xué)成分對(duì)尋找礦產(chǎn)資源，確定礦床或污染源位置具有重要意義。鹽礦、油田、金屬礦床所形成特定化學(xué)元素的分散暈圈是找礦的重要標(biāo)志。污染物在地下水中散布,也會(huì)形成暈圈。

含大量鹽類(如NaCl、KCl)或富集某些稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是寶貴的工業(yè)原料；某些具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義；第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水是寶貴的液體礦產(chǎn)：

Br:用于水的純化（游泳池）。B：和鈦鎢一起制輕質(zhì)抗熱合金，也用于抗熱玻璃的制造，眼睛消毒液的配制。Sr：用于焰火，具有洋紅色火焰，也用于核能電池。某些具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義；第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水是寶貴的液體礦產(chǎn)：

含大量鹽類(如NaCl、KCl)或富集某些稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是寶貴的工業(yè)原料；某些具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義；研究地下水化學(xué)成分對(duì)尋找礦產(chǎn)資源，確定礦床或污染源位置具有重要意義。地下水化學(xué)成分對(duì)于用于各種地下水利用目的，水質(zhì)評(píng)價(jià)都具有重要意義。飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)工業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)評(píng)價(jià)工程建設(shè)項(xiàng)目用水水質(zhì)評(píng)價(jià)第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日三、地下水化學(xué)成分研究理論及特征理論基礎(chǔ)：水文地質(zhì)學(xué)的分支—水文地球化學(xué)研究地下水中化學(xué)元素遷移、集聚、分散的規(guī)律，地下水質(zhì)演變的科學(xué)。研究特征：不能從純化學(xué)角度,孤立、靜止地研究地下水的化學(xué)成分及其形成,必須從水與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的角度,去揭示地下水化學(xué)演變的內(nèi)在依據(jù)與規(guī)律。因?yàn)榈叵滤|(zhì)的演變具有時(shí)間上繼承的特點(diǎn)：

自然地理與地質(zhì)發(fā)展歷史給予地下水的化學(xué)面貌以深刻影響。第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§2地下水的物理性質(zhì)第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

地下水的物理性質(zhì)包括水溫、顏色、透明度、味道、氣味、比重、放射性、導(dǎo)電性。它在一定程度上反映了地下水的化學(xué)成分及其存在的環(huán)境條件。一、地下水的溫度

水溫變化范圍可達(dá)100℃以上。在寒帶和多年積雪地帶，淺層的地下水溫可低達(dá)-5℃以下；在溫帶和亞熱帶的平原、丘陵區(qū)淺層地下水的年平均溫度一般接近于當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁兀辉诨鹕交顒?dòng)地區(qū)及地殼深處，地下水的溫度很高，可超過(guò)100℃。如我國(guó)廣東豐良地區(qū)在地下800m深處，打出了103.5℃的熱水。

地下水的溫度主要受當(dāng)?shù)貧鉁亍⒌販刈兓挠绊?，尤其是地溫。要研究地下水的溫度，首先要研究地溫的變化?guī)律。

第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地殼表層有兩個(gè)熱能來(lái)源:太陽(yáng)的輻射；地球內(nèi)部的熱流。根據(jù)受熱源影響的情況,地殼表層溫度可分三帶：變溫帶——受太陽(yáng)輻射影響的地表極薄的溫度變化帶。常溫帶——變溫帶以下一個(gè)厚度極小的常溫帶增溫帶——常溫帶以下,地溫受地球內(nèi)熱影響帶第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日處于受太陽(yáng)輻射影響的地表極薄的帶。由于太陽(yáng)輻射能的周期變化,本帶呈現(xiàn)地溫的晝夜變化和季節(jié)變化。地溫晝夜變化影響地表以下1-2m深。年變化影響深度一般為15-30m。①變溫帶特征：第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日處于變溫帶以下一個(gè)厚度極小的地帶。地溫的年變化幅度＜0.1℃的地帶。地溫一般比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗叱?一2℃，可將當(dāng)?shù)氐亩嗄昶骄鶜鉁刈鳛槌貛У販?。③增溫帶：常溫帶以?地溫受地球內(nèi)熱影響，隨深度加大而有規(guī)律地升高——增溫帶。深度每增加100m溫度增加的值稱地?zé)嵩鰷芈剩ǖ販靥荻?，單位：?100m），溫度每增加一度深度增加的值稱地?zé)嵩鰷丶?jí)。

各地增溫級(jí)不同，

華北：33-43m；北方山區(qū)：50m；古老結(jié)晶巖區(qū)：1000m；近火山區(qū)：1m；一般山區(qū)：33m，由于變化不大，故地下水“冬暖夏涼”。②常溫、增溫帶的特征：第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水的溫度受其賦存與循環(huán)所處的地溫控制：變溫帶中淺埋地下水顯示微小的水溫季節(jié)變化。常溫帶地下水溫與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁睾芙咏?地溫年變化幅度小于0.1℃)增溫帶地下水隨其賦存與循環(huán)深度的加大而提高,成為熱水甚至蒸汽。利用年平均氣溫t、年常溫帶深度h、地溫梯度r，可計(jì)算某一深度H的地下水水溫T。

T=t+(H-h)r

同樣，利用地下水水溫，可以推算地下水的大致循環(huán)深度H（P54公式）。第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水溫度的分類水溫（℃）﹤00-2020-4242-100﹥100地下水類型過(guò)冷水冷水溫水熱水過(guò)熱水

地下水的溫度對(duì)地下水的化學(xué)成分有很大影響。水溫增高，化學(xué)反應(yīng)速度和溶解度也增高。如水溫增高10℃時(shí)，水分子的擴(kuò)散速度約增加20％，化學(xué)反應(yīng)速度增加2～3倍。一般鹽類在水中的溶解度隨溫度的增高而增大。

冷水適合于作冷卻機(jī)器和空調(diào)降溫的水源，而熱水是廉價(jià)的能源，可用以取暖、發(fā)電和醫(yī)療。第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

一般地下水都是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)氣味、透明、含鹽量低的液體，當(dāng)含有過(guò)量的某些離子成分或懸浮物和膠體物質(zhì)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)各種顏色和氣味。如：二、顏色、氣味水中含有成分呈現(xiàn)色澤氣味H2S翠綠色臭雞蛋氣味含低鐵Fe2+淺綠灰色鐵腥味含高鐵Fe3+黃褐色或銹色鐵腥味硫細(xì)菌紅色錳的化合物暗紅色腐植酸暗或黑黃色帶熒光魚腥味粘土無(wú)熒光的淡黃色懸浮物懸浮物本身的顏色“氣味”的強(qiáng)弱與溫度有關(guān)，鑒別氣味時(shí)，一般將水加熱至40℃，這時(shí)氣味最為顯著。低溫時(shí)氣味不易嗅別第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

純水是淡而無(wú)味的，水味來(lái)源于其中的鹽分及氣體：如地下水中含有重碳酸鈣、重碳酸鎂及碳酸時(shí)，水味便爽快、適口，人們稱這種水為“甜水”如含氯化物會(huì)使水發(fā)咸味含硫酸鈉、硫酸鎂使水變苦，而且常引起飲用者嘔吐、腹痛和腹瀉含鹽分過(guò)多時(shí)水味發(fā)澀

H2S與碳酸氣同時(shí)存在有酸味，有機(jī)質(zhì)有甜味，但不適飲用。三、味道第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日常見的地下水一般是透明的透明度取決于:固體與膠體懸浮物的含量。按透明度地下水分：三、透明度第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水竟呈現(xiàn)出黃色，里面的雜質(zhì)清晰可見第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日河南沈邱黃孟營(yíng)村，所有的地下水都被污染了，導(dǎo)致了腫瘤的高發(fā)第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日地下水的導(dǎo)電性取決于水中所含電解質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，即取決于各種離子的含量和離子價(jià)，離子價(jià)越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)。

根據(jù)地下水的導(dǎo)電性，可以區(qū)分含水層和隔水層、礦水和淡水，也可根據(jù)導(dǎo)電性圈定富水地帶，尋找斷裂破碎帶。則水的導(dǎo)電性就越強(qiáng)地下水的導(dǎo)電性為水源勘察時(shí)候用電測(cè)創(chuàng)造了條件。四、導(dǎo)電性地下水的比重近于1：取決于水中所含鹽分的多少。當(dāng)水中溶解了較多的鹽分時(shí)，比重可達(dá)1.2～1.3。第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日放射性取決于其中放射性物質(zhì)的含量，地下水不同程度上或多或少地都具有放射性，但其含量一般極微，循環(huán)于放射性礦床的地下水其放射性相應(yīng)增強(qiáng)。（U、Th、Ra、Rn）。

地下水按放射性元素的含量（g/L）分為強(qiáng)放射性水、中等放射性水和弱放射性水。以鐳為例：五、放射性弱中等強(qiáng)10-10g/L﹥10-9g/L第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§3地下水的化學(xué)特征第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容主要?dú)怏w成分主要離子成分其他成分總礦化度及化學(xué)成分表示式第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§1地下水中主要?dú)怏w成分

地下水中常見的氣體成分：

O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳?xì)浠衔锛吧倭康亩栊詺怏w（例如氡等）。通常情況下，地下水中氣體含量只有mg/L。研究地下水中氣體成分的意義：

①氣體成分—說(shuō)明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境；

②水中有些氣體—會(huì)增加水溶解鹽類的能力，促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)。第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一、氧（O2）1、氧的溶解度

溶解于水中的氧稱為“溶解氧”，氧在水中溶解度較大，其溶解量與水的礦化度、埋藏條件、溫度、大氣壓力、空氣氧的分壓力有關(guān)。礦化度升高，溶解量降低；埋藏深度增加，溶解量減少；溫度升高，溶解量降低；大氣壓升高，溶解量增加。第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2、含量分布特征（1）地下水中溶解的O2含量，一般在0-15mg/l；（2）地下水中的O2隨深度增加而減少；（3）缺氧環(huán)境各地深度不一，主要取決于地下水與大氣的隔離度。

3、氧的來(lái)源

（1）地下水中的氧氣和氮?dú)庵饕獊?lái)源于大氣。它隨大氣降水及地表水補(bǔ)給地下水,故以入滲補(bǔ)給為主、與大氣圈關(guān)系密切的地下水中含02

、N2

較多（2）水生植物光合作用釋放氧，光合作用把CO2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2：（3）放射性作用使水或水中有機(jī)物質(zhì)分解而釋出氧。

第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日4、氧的水文地球化學(xué)作用

（1）O2決定地下水的氧化還原狀態(tài)，溶解氧含量愈多,說(shuō)明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境（氧化環(huán)境）愈有利于氧化作用進(jìn)行。從而影響水中元素的遷移。如在含氧多的地下水中，F(xiàn)e形成高價(jià)化合物而從水中沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低價(jià)態(tài)化合物而易于在水中遷移。

（2）對(duì)金屬材料具有侵蝕作用。如自來(lái)水管的銹蝕。（3）影響水生動(dòng)植物的生存。

第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1、來(lái)源（1）主要來(lái)自大氣，N2占大氣的78%。（2）在封閉缺氧的地質(zhì)構(gòu)造，由于去硝化作用將NO3-和NO2-轉(zhuǎn)為N2。

2、分布特征

（1）由于N2的化學(xué)性質(zhì)不及氧活潑，它的分布隨深度的減少，不及O2明顯。（2）起源于大氣降水的地下水，若地下水中(Ar+Kr+Xe)/N2比值為0.0118，則表明水中N起源于大氣，若(Ar+Kr+Xe)/N2＜0.0118，則表明水中含生物起源或變質(zhì)起源的N。（3）N2單獨(dú)存在時(shí)，通常說(shuō)明地下水起源于大氣并處于還原環(huán)境。二、氮（N2）第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1、分布特征

（1）一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。（2）在油田地下水及現(xiàn)代火山活動(dòng)區(qū)地下水中，H2S含量較高，可達(dá)幾百mg/L~幾十g/L，H2S的存在說(shuō)明地下水處于還原環(huán)境。

2、來(lái)源

（1）有機(jī)物來(lái)源：含硫蛋白質(zhì)的分解，經(jīng)常出現(xiàn)在生物殘骸腐爛的地方。（2）無(wú)機(jī)來(lái)源：缺氧條件下，脫硫酸作用使硫酸鹽還原分解而產(chǎn)生H2S；火山噴發(fā)氣體的析出。

3、與人體健康關(guān)系

H2S＞2mg/L以上的地下水，稱為H2S礦水，H2S礦水可治療多種外傷及皮膚病。三、硫化氫（H2S）第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日四、二氧化碳（CO2）1、基本概念A(yù)）游離CO2

溶解于水中的CO2統(tǒng)稱為游離CO2B）平衡CO2與HCO3-相平衡的CO2，稱為平衡CO2C）侵蝕性CO2當(dāng)水中“游離CO2”，大于“平衡CO2”時(shí)，多余部分的CO2對(duì)碳酸和金屬構(gòu)件等具有侵蝕性，這部分CO2，即為“侵蝕性CO2”第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2.來(lái)源：空氣中的CO2。

空氣中的CO2按體積只占0.3%，可造成水中0.5mg/L的CO2地下水中的C02主要來(lái)源于土壤（有機(jī)質(zhì)殘骸的發(fā)酵作用與植物的呼吸作用使土壤中源源不斷產(chǎn)生C02并溶入流經(jīng)土壤的地下水中）。如在地下6米深的空