4水的地球化學(xué)循環(huán)省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第四章水地球化學(xué)循環(huán)及

水文地球化學(xué)分帶1地殼中水地球化學(xué)循環(huán)1.1水在地球中全循環(huán)

地殼中水全循環(huán)包含水文循環(huán)及地質(zhì)循環(huán)。我們已經(jīng)比較熟悉水文循環(huán)。第1頁水文循環(huán)：滲透成因地下水第2頁地質(zhì)循環(huán)：巖漿作用、變質(zhì)作用、沉積成因地下水第3頁首先，沉積物被埋藏后，在轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e巖過程中，經(jīng)受上覆沉積物擠壓（壓實作用），失去水，一部分水返回沉積盆地；在地殼較深處，結(jié)構(gòu)、巖漿活動強烈區(qū)，沉積巖發(fā)生重結(jié)晶，并放出水。生成變質(zhì)巖同時形成了變質(zhì)成因水。在下地殼、上地幔較高溫壓條件下，變質(zhì)巖重熔，吸水，形成熔融態(tài)巖漿；沉積物水合（水化）可形成熔融態(tài)巖漿，水存在十分有利于巖漿形成。這些熔融巖漿上侵到沉積盆地，巖石脫水、重結(jié)晶、放出水。同時，在這些巖漿上侵、就位過程中，也會混入或吸收一些沉積成因水和變質(zhì)成因水。沉積巖初生水及地幔物質(zhì)第4頁1.2地殼中水地球化學(xué)循環(huán)

水地球化學(xué)循環(huán)總是與水循環(huán)緊密相聯(lián)。

水地球化學(xué)循環(huán)：在沉積-變質(zhì)作用有次序有方向性發(fā)展過程中，水直接參加巖石、有機物質(zhì)及氣體經(jīng)歷地球化學(xué)作用，并被分解、合成等作用與現(xiàn)象總和。

水是經(jīng)過分解和合成實現(xiàn)其在地殼中地球化學(xué)循環(huán)。

第5頁水分解：表生帶風(fēng)化作用下，鋁硅酸鹽水解產(chǎn)生新粘土礦物，促使水離解作用順利進(jìn)行。NaAlSi3O8+CO2+H2O→Na++HCO-3+Al2Si2O5(OH)4+H4SiO4HCO-→H++

CO32-鋁硅酸鹽+水+CO2=粘土+碳酸鹽（水離解離子與礦物固定）水分解到此并未結(jié)束。在深部，壓力增大時，表生帶風(fēng)化作用形成高嶺石和蒙脫石消失，改變?yōu)橐晾途G泥石，這一過程伴伴隨十分廣泛水解作用。如蒙脫石轉(zhuǎn)化為綠泥石時，相當(dāng)蒙脫石重量35%以上水受到分解并被固定。水合成：區(qū)域變質(zhì)帶中，變質(zhì)作用過程中，大多是脫水，脫氣。粘土礦物與碳酸鹽重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)殇X硅酸鹽，H+與O2-重新化合，生成水。巖漿形成要吸水。水在地殼中地球化學(xué)循環(huán)示意圖第6頁2水文地質(zhì)旋回（循環(huán)）水文地質(zhì)旋回可包含三個階段：Ⅰ、沉壓階段：沉積成因水形成期地殼發(fā)生沉降，海水入侵，沉積作用發(fā)育，含水層與大氣相融絕，形成沉積-埋藏水。Ⅱ、滲透階段：滲透成因水形成期地殼抬升，沉積物出露地表，大氣降水得以入滲補給含水層，排擠原有沉積-埋藏水。Ⅲ、巖漿階段：有時出現(xiàn)，迭加于前階段巖漿水進(jìn)入上部水圈循環(huán)第7頁水文地質(zhì)旋回概念是新興邊緣學(xué)科——古水文地質(zhì)學(xué)理論基礎(chǔ)之一。

特點：（1）粗線條，模式化；（2）把時間原因引入水文地質(zhì)學(xué)中；（3）解釋成礦、成油、地下水化學(xué)成份及水資源形成等各種地質(zhì)現(xiàn)象。第8頁例子1：水資源分為補給資源和存放資源。存放資源形成于地質(zhì)歷史時期，有是不能夠賠償，用一點少一點。研究這種儲存資源是什么時候形成或開始形成——水文地質(zhì)旋回。第9頁例子2：

長江下游（高明）地域，河谷兩岸全新世沉積物組成承壓含水層中Fe、Mn、As含量較高，不能飲用。含水層形成：第三紀(jì)末至晚更新世在沿江斷陷盆地，發(fā)育含水層沉積物；形成早期特點：全新世初，古氣候酷熱、潮濕，處于強烈氧化環(huán)境，F(xiàn)e、Mn、As以高價態(tài)化合物形式存在于含水層中；形成后期特點：含水層上堆積了相當(dāng)厚富含有機質(zhì)粘土、亞粘土層，改變了其下含水層氧化環(huán)境，使之處于封閉還原狀態(tài)，F(xiàn)e、Mn、As還原成低價態(tài)，易遷移，從含水介質(zhì)進(jìn)入地下水。第10頁3水文地球化學(xué)分帶

地下水分布主要規(guī)律之一是它分帶性。地下水分帶性主要表現(xiàn)為水文地質(zhì)動力分帶和水文地球化學(xué)分帶。水文地球化學(xué)分帶包含潛水緯度分帶和承壓水水平和垂直分帶。

第11頁3.1潛水含水層水文地球化學(xué)分帶第12頁第13頁3.2承壓水盆地水文地質(zhì)動力分帶

按承壓水盆地中水交替速度，分為：水強烈交替帶（上部帶）：位于地方水系排泄范圍內(nèi)，水運動速度相對較快，資源更新周期幾十—幾百年；水遲緩交替帶（中部帶）：位于地方侵蝕基準(zhǔn)面和海平面之間，地下水運動速度較慢，水交替周期幾萬年、甚至幾十萬年；

水消極交替帶（下部帶）：分布在海平面以下，水幾乎處于滯留狀態(tài)，地下水更新周期可達(dá)幾百萬、甚至上千萬年。第14頁3.3承壓水盆地水文地球化學(xué)分帶水平分帶：在一個含水層中水化學(xué)成份分帶規(guī)律。Ca沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份水平分帶（1）為何？過渡類型溶濾作用；非海相沉積（TDS,水化學(xué)成份）第15頁沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份形成過程示意圖第16頁Ca過渡類型沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份水平分帶（2）SO42-：除石膏溶解外，還有黃鐵礦等氧化；海相沉積巖中，水中Ca2+與巖石中Na+交換，HCO3-Ca→SO4-Na;在有有機質(zhì)和微生物條件下，硫酸鹽還原作用：SO4-Na→HCO3-Na；Cl-,Na+:可能來自海相封存水。第17頁沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份水平分帶（3）第18頁垂直分帶：承壓水盆地埋藏著幾個含水層時，沿垂向上水化學(xué)成份分帶規(guī)律。正垂直分帶：礦化度隨深度增加而增加，水化學(xué)成份也按著水平分帶中更替次序而改變；反垂直分帶：上部高礦化度水下面埋藏著低礦化度水，在它們下面，水礦化度隨深度重新增加；復(fù)雜垂直分帶：水礦化度隨深度增加不只一次增加或降低第19頁Ca

Ca

沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份正垂直分帶第20頁沉積盆地承壓含水層地下水化學(xué)成份反垂直分帶（1）

（兩個承壓含水層地下水補給條件不一