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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,2020/1/16,#,提 纲,概述,地下水的化学特征,地下水的温度,地下水化学成分形成作用,地下水的基本成因类型,地下水化学成分分析及其图示,案例,提 纲,水文地球化学：,研究地下水中化学元素的迁移、集聚 与分散规律,研究意义：,地下水起源和形成,矿产资源的形成和勘察,水质评价,医疗矿水,研究原则：,考虑地下水水质演变所具时间上的继承性，从水与环境长期相互作用的角度出发，揭示地下水化学演变的内在依据与规律,概 述,水文地球化学：研究地下水中化学元素的迁移、集聚 与分散规律研,地下水的化学特征,气体组分,主要气体组分：,O,2,、,N,2,、,CO,2,、,CH,4,、,H,2,S,等,一般含量为,n-n10mg/lL,研究意义,:,说明地下水所处的水文地球化学环境：氧化环境、还原环境,有些气体增加水溶解盐类的能力，促进水岩反应,地下水的化学特征气体组分主要气体组分：,氧（,O,2,）、氮（,N,2,）,来源：,O,2,：大气：大气降水、地表水入渗补给,N,2,：大气：大气降水、地表水入渗补给；生物、变质起源,指示意义：,O,2,与,N,2,共存：来源于大气并处于氧化环境,O,2,高：氧化环境,N,2,单独存在：可能起源于大气，且为还原环境,惰性气体（,Ar,Kr,Xe,）与,N,2,的比值：,（,Ar,Kr,Xe,）,/N,2,=0.0118,，则,N,2,为大气起源,（,Ar,Kr,Xe,）,/N,2,0.0118,，则,N,2,为,生物或变质起源,氧（O2）、氮（N2）指示意义：,二氧化碳（,CO,2,）,来源：,大气：大气降水、地表水入渗补给,土壤：植物根系呼吸作用和有机质分解,深部高温下，碳酸盐岩地层的变质作用,CaCO,3,=CaO+CO,2,，,SiO,2,+CaCO,3,=CaSiO,3,+CO,2,意义：,溶解的,CO,2,越多，地下水溶解,某些,矿物的能力越强,二氧化碳（CO2）,甲烷（,CH,4,）,、,H,2,S,来源：,在封闭还原环境，有机质与微生物参与的生物化学过程形成,火山喷发,H,2,S,还可来自硫化矿物分解,指示意义：,封闭还原环境,H,2,S,一般出现在深层地下水中，油田水中含量很高，常以此作为寻找石油的间接标志,SO,4,2-,H,2,S,甲烷（CH4）、H2S,离子组分,地下水的化学性质指标,溶解性总固体,(TDS),：溶解在水中的无机盐和有机物的总称。不包括悬浮物和溶解气体等成分。单位：,mg/L,、,g/L,矿化度：是指地下水中各种离子、分子与化合物的总量。单位,mg/L,、,g/L,TDS,求算方法：,105110,时将水蒸发所得的干涸残余物总量,阴阳离子总和（水质全分析）减去,HCO,3,-,含量之半表征,离子组分 地下水的化学性质指标,地下水中主要离子含量与,TDS,的关系,地下水中主要离子成分随总溶解固体的变化而变化。溶解度由大而小的顺序是,Cl,-,SO,4,2-,HCO,3,-,低矿化水中,HCO,3,-,Ca,2+,Mg,2+,为主,中等矿化水中阴离子,SO,4,2-,为主，阳离子以,Na,+,Ca,2+,为主,高矿化水中,Cl,-,Na,+,为主,卤水中以,CaCl,2,为主,地下水中主要离子含量与TDS的关系 地下水中主要,Company Logo,+,+,+,+,+,Cl,-,+,+,+,+,SO,4,2-,+,+,+,+,HCO,3,-,水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化,Company Logo+Cl-+,氯离子,Cl,-,来源,沉积岩中岩盐、氯化物的溶解（钠盐、钾盐）,岩浆岩含氯矿物氯磷灰石、方钠石的风化溶解；,火山喷发物的溶滤,海水,人为污染：工业、生活污水和粪便,特点,溶解度大，随矿化度增大，含量增大,在水中最为稳定：不为植物和细菌摄取，不被土壤颗粒表面吸附，水中,迁移能力强,氯离子Cl-,SO,4,2-,的来源,沉积岩盐类、石膏的溶解,金属硫化物的氧化（煤系地层）,火山喷发,人类活动 产生,SO,2,“,酸雨”,（黄铁矿）,SO,4,2-,的特点,水中迁移能力很强，但次于,Cl,-,含量由数,mg/L,数十,g/L,硫酸根,SO,4,2-,SO42-的来源沉积岩盐类、石膏的溶解（黄铁矿）SO42-,HCO,3,-,、,Ca,2+,、,Mg,2+,碳酸盐类、,石膏,沉积物等的溶解,岩浆岩和变质岩地区铝硅酸盐矿物的溶解（钠,/,钙长石、橄榄石等）,泥灰岩,白云岩,钙长石,大理岩,来源,HCO,3,-,通常是低,TDS,水的主要阴离子,低,TDS,地下水中,Mg,2+,含量通常低于,Ca,2+,HCO3-、Ca2+、Mg2+碳酸盐类、石膏沉积物等的,沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）,岩浆岩变质岩中含钾矿物的风化溶解,K,+,特点：含量通常较,Na,+,低；高,TDS,水中含量较多,为植物摄取,参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母等）,来源,沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）K+特点：含量通常较Na+低；,沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）,岩浆岩和变质岩的风化溶解,海水,Na,+,酸性岩浆岩区常形成,Na-,HCO,3,型水,水中阳离子以,Na,+,为主时，,HCO,3,-,浓度可超过与,Ca,2+,伴生时的上限,来源,沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）Na+酸性岩浆岩区常形成Na-H,同位素组分,何为同位素,稳定同位素和放射性同位素,常用稳定同位素：,18,O,、,2,H,（,D,）、,13,C,、,34,S,、,15,N,、,87,Sr,、,37,Cl,等,常用放射性同位素：,3,H,（,T,）、,14,C,、,222,Rn,、,36,Cl,、,129,I,等,同位素的功用：计时（时钟）和示踪（示踪剂）,同位素组分 何为同位素,同位素：示踪剂,全球大气降水同位素分布（,Frankenberg et al.,2009,）,水循环中的水稳定同位素分馏,87,Sr/,86,Sr,识别混合关系,大气降水线：,GMWL,与,LMWL,水文地质过程的识别,同位素：示踪剂 全球大气降水同位素分布（Frankenb,放射性同位素：,时钟,在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法，据放射性,同位素衰变原理，利用同位素衰变方程确定地下水年龄,：,式中：,C,0,为补给时放射性同位素浓度（也称输入函数,),C,为计算时放射性同位素浓度,不同定年方法适用的时间尺度,放射性同位素也可用于示踪,放射性同位素：时钟在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法,其它组分,次要离子：包括,H,+,、,Fe,2+,、,Fe,3+,、,Mn,2+,、,NH,4,+,、,OH,-,、,NO,2,-,、,NO,-,、,CO,3,2-,、,SiO,3,2-,、,PO,4,3-,等,微量组分：,Br,、,I,、,F,、,B,、,Sr,等,胶体：,Fe(OH),3,、,Al(OH),3,、,H,2,SiO,3,有机质：可增加地下水的酸度，有利于还原,微生物：氧化环境：硫细菌、铁细菌等；还原环境：脱硫酸细菌等；污染水：致病细菌,其它组分 次要离子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、,地下水的温度,地壳表层的热源：太阳辐射,+,地球内部的热流。,地壳表层按热量平衡关系分带：,变温带：,地温主要受太阳辐射影响的地表极薄的地带。下限,15-30 m,常温带：,地温基本等于当地平均年气温的地带。通常高出大气年均温度,1-2,o,C,增温带：,地温主要受地球内热影响的地带。地温梯度为,n,o,C/100m,，一般为,3,o,C/100m,，介于,1.5-4.0,o,C/100m,之间。西藏羊八井地温梯度为,300,o,C/100m,（地热异常）,T=t+(H h)r,地下水的温度地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。T=t,地下水化学成分形成作用,溶滤作用,定义：水与岩土相互作用，使岩土中一部分物质转入地下水中，即溶滤作用。其结果是：岩土失去部分可溶物质，而地下水中相应补充了新的组分。如：,CaCO,3,+H,2,O+CO,2,2HCO,3,-,+Ca,2+,岩土组分溶解的决定因素,矿物的溶解度,岩土的空隙特征,水的溶解能力,盐类溶解与温度的关系,地下水化学成分形成作用溶滤作用 定义：水与岩土相互作用，使岩,浓缩作用,定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象,必备条件：,干旱半干旱的气候,低平地势控制下的水位埋深小的地下水排泄区,松散岩土颗粒细小，毛细作用强,具有时间和空间的尺度,浓缩作用定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分,脱碳酸作用,广西百色罗妹莲花洞钙华台地,定义：脱碳酸作用是在温度升高、压力降低的情况下,CO,2,自水中逸出而,HCO,3,-,含量则因形成碳酸盐沉淀减少的过程,Ca,2+,/Mg,2+,+2HCO,3,-,CO,2,+H,2,O+Ca/MgCO,3,土耳其西代尼兹利省的棉花堡钙华池,脱碳酸作用广西百色罗妹莲花洞钙华台地定义：脱碳酸作用是在温度,脱硫酸作用,定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物和脱硫酸细菌作用下，硫酸盐分解为,H,2,S,和,HCO,3,-,的生物化学过程：,SO,2,2-,+2C+2H,2,O H,2,S+2HCO,3,-,封闭的地质构造为其有利环境，油水中有,H,2,S,，为找油标志,反硝化作用：,水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亚硝酸盐和硝酸盐、最后排出自由氮的过程，是水中富含,N,2,和,CO,2,硝化作用：,有机质分解产生的酸在硝化菌作用下使铵氧化生成亚硝酸盐和硝酸盐的过程,硝化、反硝化作用,脱硫酸作用 定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物,阳离子交替吸附作用,定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相互作用，岩石颗粒表面吸附的阳离子被水中阳离子置换，并使水化学成分发生改变的过程,吸附能力：,H,+,Fe,3+,Al,3+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,阳离子交替吸附作用取决于岩土的吸附能力、岩土的比表面积、离子的相对浓度,阳离子交替吸附作用 定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相,混合作用,定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合，使原水的化学成分发生改变的作用。,物理混合：不发生化学反应,化学混合：发生化学反应，如：,Ca(HCO,3,),2,+Na,2,SO,4,Ca SO,4,+2NaHCO,3,混合作用定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合,人类活动对地下水化学成分的影响,污染物排放,如：工业“三废”、农药化肥的使用,通过改变地下水形成条件而改变地下水的化学成分，如：,滨海地区过量开采地下水引起海水入侵,不合理的打井采水使咸水运移,干旱区不合理引入地表水灌溉，使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍化，并使浅层地下水变咸,咸水区挖渠打井，降低地下水位，减少蒸发量，可使地下水淡化；或引区外淡的地表水合理补给地下水，可使地下水变淡,人类活动对地下水化学成分的影响 污染物排放,地下基本成因类型及其化学特征,溶滤水,定义：由富含,CO,2,和,O,2,的水渗入补给并溶滤其所流经岩土而获得主要化学成分的地下水,其成分受岩性、气候、地形等因素的影响。在大范围上，受气候控制而有分带性,岩性,石灰岩、白云岩区，水中,HCO,3,-,、,Ca,2+,、,Mg,2+,为主,含石膏的沉积岩区，水中,SO,4,2-,、,Ca,2+,较多,酸性岩浆岩区，多为,HCO,3,Na,型水,基性岩浆岩区，水中常富含,Mg,2+,煤系地层、金属硫化物矿床分布区，多为硫酸盐水,气候：控制地下水循环速率、蒸发强度,地形：控制地下水循环速率,地下基本成因类型及其化学特征溶滤水 定义：由富含CO2和O,干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型,干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型,定义：,与沉积物大体同时形成由古地表水演变而成的古地下水。是,在沉积过程中保存在沉积物空隙中的
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