地下水化學(xué)形成原因

1、第第7 7章章 地下水的化學(xué)成分及其地下水的化學(xué)成分及其 形成作用形成作用第第1節(jié)節(jié) 概述概述第第2節(jié)節(jié) 地下水的化學(xué)特征地下水的化學(xué)特征第第3節(jié)節(jié) 地下水的主要物理、化學(xué)性質(zhì)地下水的主要物理、化學(xué)性質(zhì) 第第4節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分的形成作用地下水化學(xué)成分的形成作用第第5節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分的基本成因類型地下水化學(xué)成分的基本成因類型第第6節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分分析及其圖示地下水化學(xué)成分分析及其圖示問題：?jiǎn)栴}： 1 1、地下水是否是純水？地下水是否是純水？ 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中還哪些成分？它們是如）以外，地下水中還哪些成分？它們是如何形成的？這些成分對(duì)人類的生活、生產(chǎn)有何影響

2、？何形成的？這些成分對(duì)人類的生活、生產(chǎn)有何影響？ 3 3、研究地下水化學(xué)成分的意義、研究地下水化學(xué)成分的意義 1 1、地下水是否是純水？地下水是否是純水？ 地下水不是化學(xué)純的地下水不是化學(xué)純的 H2O，而是一種復(fù)雜的溶液。而是一種復(fù)雜的溶液。 賦存于巖石圈中的地下水，不斷與巖土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，賦存于巖石圈中的地下水，不斷與巖土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在與大氣圈、水圈和生物圈進(jìn)行水量交換的同時(shí)，交換并在與大氣圈、水圈和生物圈進(jìn)行水量交換的同時(shí)，交換化學(xué)成分?；瘜W(xué)成分。 2 2、除水（、除水（H2O）以外，地下水中還哪些成分？它們是如何）以外，地下水中還哪些成分？它們是如何形成的？這些成分對(duì)人類的生活、生產(chǎn)

3、有何影響？形成的？這些成分對(duì)人類的生活、生產(chǎn)有何影響？ （1 1）地下水的化學(xué)成分是）地下水的化學(xué)成分是地下水與環(huán)境地下水與環(huán)境自然地理、地自然地理、地質(zhì)背景以及人類活動(dòng)質(zhì)背景以及人類活動(dòng)長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物。 （2 2）水是最為常見的）水是最為常見的良好溶劑良好溶劑。它溶解巖土的組分，搬運(yùn)。它溶解巖土的組分，搬運(yùn)這些組分，并在某些情況下將某些組分從水中析出。水是地這些組分，并在某些情況下將某些組分從水中析出。水是地球中元素遷移、分散與富集的載體。許多地質(zhì)過程（巖溶、球中元素遷移、分散與富集的載體。許多地質(zhì)過程（巖溶、沉積、成巖、變質(zhì)、成礦）都涉及地下水的化學(xué)作用。沉積、成巖、

4、變質(zhì)、成礦）都涉及地下水的化學(xué)作用。 （3 3）地下水含有對(duì)人體有害物質(zhì)，作為飲用水危害人體?。┑叵滤袑?duì)人體有害物質(zhì)，作為飲用水危害人體健康。地下水具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義，康。地下水具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義，對(duì)人體有益。對(duì)人體有益。 （4 4）地下水含大量鹽類（如地下水含大量鹽類（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）的地下水是寶貴的工業(yè)原料等）的地下水是寶貴的工業(yè)原料。 3 3、研究地下水化學(xué)成分的意義、研究地下水化學(xué)成分的意義 地下水中含有各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)以及微生地下水中含有各種氣體、

5、離子、膠體物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)以及微生物等。物等。 組成地殼的組成地殼的87種元素，地下水中已發(fā)現(xiàn)種元素，地下水中已發(fā)現(xiàn)70余種。余種。一、主要的氣體成分一、主要的氣體成分 常見的有常見的有O2、 N2、CO2、CH4 及及 H2S 1、 氧（氧（O2）、氮（）、氮（N2） 主要來源于大氣，以入滲主要來源于大氣，以入滲補(bǔ)給為主。補(bǔ)給為主。 2、硫化氫（、硫化氫（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4）主要與微生物參主要與微生物參與的生物化學(xué)過程有關(guān)。與的生物化學(xué)過程有關(guān)。 3、二氧化碳（、二氧化碳（CO2）主要來源于土壤，其次降水和主要來源于土壤，其次降水和地表水入滲補(bǔ)給。地表水入滲補(bǔ)給。 在含碳酸鹽類的巖

6、石，在深部高溫下，也可變質(zhì)生成在含碳酸鹽類的巖石，在深部高溫下，也可變質(zhì)生成CO2。第第2節(jié)節(jié) 地下水的化學(xué)特征地下水的化學(xué)特征二、主要離子成分二、主要離子成分第第3節(jié)節(jié) 地下水的主要物理、化學(xué)性質(zhì)地下水的主要物理、化學(xué)性質(zhì)1、 地下水顏色地下水顏色與其中物質(zhì)關(guān)系表與其中物質(zhì)關(guān)系表2、 地下水的氣味（嗅）地下水的氣味（嗅） 地下水一般無氣味，若含有地下水一般無氣味，若含有H2S氣體，水有臭雞蛋氣味氣體，水有臭雞蛋氣味；含含F(xiàn)e2+，水有鐵銹味，即，水有鐵銹味，即“墨水味墨水味”；含腐殖質(zhì)，有腐草味或淤泥含腐殖質(zhì)，有腐草味或淤泥臭味。臭味。 水中氣味強(qiáng)弱與水溫有關(guān)，水中氣味強(qiáng)弱與水溫有關(guān)，常溫時(shí)

7、不顯，若將水加熱到常溫時(shí)不顯，若將水加熱到4060時(shí)，氣味顯著。時(shí)，氣味顯著。一、主要的物理性質(zhì)一、主要的物理性質(zhì)地下水所含的鹽類及引起味覺的最低含量地下水所含的鹽類及引起味覺的最低含量3、地下水的味道、地下水的味道 一般淡而無味，一般淡而無味，若含較多的二氧化碳，水清涼可口；若含較多的二氧化碳，水清涼可口；含碳酸含碳酸鈣、鎂的水味美適口，稱鈣、鎂的水味美適口，稱“甜水甜水”；若含有較多的有機(jī)質(zhì)或腐殖若含有較多的有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)，水有膩人的土甜味，不宜飲用；質(zhì)，水有膩人的土甜味，不宜飲用；含硫酸鈉的水味澀；含硫酸鈉的水味澀；含氯化含氯化鎂、硫酸鎂較多的水味苦，且可引起嘔吐和腹瀉。鎂、硫酸鎂較多的

8、水味苦，且可引起嘔吐和腹瀉。 味道的強(qiáng)弱取決于地下水的溫度，常溫時(shí)不顯，若將水加味道的強(qiáng)弱取決于地下水的溫度，常溫時(shí)不顯，若將水加熱到熱到2030時(shí)，味道顯著。時(shí)，味道顯著。4、地下水的透明度、地下水的透明度 一般是透明的，如煤礦礦井水含大量煤屑等懸浮物而呈不透一般是透明的，如煤礦礦井水含大量煤屑等懸浮物而呈不透明或半透明狀。明或半透明狀。 （水的透明度分級(jí)表）確定水的透明度：（水的透明度分級(jí)表）確定水的透明度：5、地下水的比重、地下水的比重 取決于水中溶解鹽類的數(shù)量。取決于水中溶解鹽類的數(shù)量。溶解的鹽類越多溶解的鹽類越多，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

9、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別鹽湖中鹽類的沉積層位判別鹽湖中鹽類的沉積層位，便于分層位開采。，便于分層位開采。6、 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 取決于水中溶解的電解質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，即取決于各種離取決于水中溶解的電解質(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)。子的含量和離子價(jià)。離子含量越多，價(jià)數(shù)越高，離子含量越多，價(jià)數(shù)越高，則水的則水的導(dǎo)電性導(dǎo)電性越強(qiáng)越強(qiáng)。此外，溫度也影響導(dǎo)電性。此外，溫度也影響導(dǎo)電性。7、水的放射性、水的放射性 取決于水中取決于水中放射性物質(zhì)的含量放射性物質(zhì)的含量，大多數(shù)地下水都具，大多數(shù)地下水都具有放射性，但其含量微弱。放射性礦床與酸性火成巖地有

10、放射性，但其含量微弱。放射性礦床與酸性火成巖地區(qū)的地下水具有較高的放射性。利用水中放射性突然增區(qū)的地下水具有較高的放射性。利用水中放射性突然增強(qiáng)可以強(qiáng)可以尋找放射性礦藏尋找放射性礦藏。常溫帶：常溫帶：是變溫帶以下一個(gè)極簿的地帶。地溫一般比當(dāng)?shù)啬晔亲儨貛б韵乱粋€(gè)極簿的地帶。地溫一般比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗叱銎骄鶜鉁馗叱?2，粗略計(jì)算時(shí)可視為當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁亍?，粗略?jì)算時(shí)可視為當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁亍?增溫帶：增溫帶：受地球內(nèi)部熱流控制。隨深度增加而溫度升高。用受地球內(nèi)部熱流控制。隨深度增加而溫度升高。用地溫梯度或地溫增溫率表示。地溫梯度或地溫增溫率表示。常溫帶深度常溫帶深度12m，晝夜變化，晝夜變化1030

11、m，地溫年變化只有，地溫年變化只有0.1 變溫帶：變溫帶：受太受太陽輻射熱能影響，陽輻射熱能影響，呈晝夜變化與季呈晝夜變化與季節(jié)變化。晝夜變節(jié)變化。晝夜變化只影響地表以化只影響地表以下下12m深度。變深度。變溫帶的下限為溫帶的下限為1530m。地下水按地下水按TDS的分類表的分類表二、主要的化學(xué)性質(zhì)二、主要的化學(xué)性質(zhì) 硬度大的水：硬度大的水：煮飯不易燒熟；煮飯不易燒熟；洗衣時(shí)肥皂泡沫減少；洗衣時(shí)肥皂泡沫減少； 鍋爐易形成鍋垢，或因不均勻鍋爐易形成鍋垢，或因不均勻?qū)嵋疱仩t爆炸；影響印染、造導(dǎo)熱引起鍋爐爆炸；影響印染、造紙等工業(yè)的質(zhì)量。紙等工業(yè)的質(zhì)量。 適于作飲用水的硬度為適于作飲用水的硬度為

12、4.29毫克當(dāng)量毫克當(dāng)量/升升地下水的地下水的pH值小于值小于4時(shí)，對(duì)金屬有劇烈腐蝕作用，礦井酸時(shí)，對(duì)金屬有劇烈腐蝕作用，礦井酸性水強(qiáng)烈腐蝕井下排水設(shè)備和管道，并污染環(huán)境。性水強(qiáng)烈腐蝕井下排水設(shè)備和管道，并污染環(huán)境。 含大量含大量CO2的水、含有機(jī)酸的的水、含有機(jī)酸的沼澤水、煤礦及金屬硫化物礦區(qū)沼澤水、煤礦及金屬硫化物礦區(qū)氧化帶中的地下水，為酸性水。氧化帶中的地下水，為酸性水。 巖漿巖、封閉的沉積盆地地下巖漿巖、封閉的沉積盆地地下水、油田水，為堿性水。水、油田水，為堿性水。第第4節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分的形成作用地下水化學(xué)成分的形成作用二、地下水化學(xué)成分的形成作用二、地下水化學(xué)成分的形成作用 各種

13、不同來源的地下水，在后期循環(huán)過程中，不各種不同來源的地下水，在后期循環(huán)過程中，不斷與與周圍的介質(zhì)相互作用，化學(xué)成分不斷變化，結(jié)斷與與周圍的介質(zhì)相互作用，化學(xué)成分不斷變化，結(jié)果與原始的化學(xué)成分具有很大的區(qū)別。果與原始的化學(xué)成分具有很大的區(qū)別。 作用類型：作用類型： 溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用酸作用、陽離子交替吸附作用 、混合作用?；旌献饔谩Ｋ娜芙饽芰€受溫度、水的溶解能力還受溫度、pH值、水中共生鹽類的影響值、水中共生鹽類的影響 溫度：溫度： 鹽類的溶解度隨溫度的升高而增大，但鹽類的溶解度隨溫度的升高而增大，但NaSO4、

14、CO2、CaCO3、MgCO3溶解度降低。溶解度降低。 水的水的pH值：值： pH越低，水的溶解能力越大，絕大多越低，水的溶解能力越大，絕大多數(shù)金屬離子只有在酸性地下水中才能存在。隨著數(shù)金屬離子只有在酸性地下水中才能存在。隨著pH的的增高，金屬離子將形成氫氧化物沉淀。如：增高，金屬離子將形成氫氧化物沉淀。如：Fe3+在在pH3的水中大量沉淀，當(dāng)?shù)乃写罅砍恋?，?dāng)pH 6時(shí)，時(shí)， Fe2+也將大部分沉也將大部分沉淀。根據(jù)淀。根據(jù)pH值的大小便可判斷地下水所含的金屬離子值的大小便可判斷地下水所含的金屬離子及含量大小。及含量大小。 水中的共生鹽類：水中的共生鹽類：如含有如含有NaCl的水可使的水可使

15、CaSO4的溶的溶解度增大解度增大4倍，若水中含倍，若水中含MgCl，CaSO4則基本不溶于水。則基本不溶于水。2222NaClCaCaClNa 吸附吸附吸附吸附 巖性、氣候、地貌巖性、氣候、地貌第第5節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分的基本成因類型地下水化學(xué)成分的基本成因類型1、巖性、巖性 含鹽巖地層沉積區(qū)：含鹽巖地層沉積區(qū)：地下水富含地下水富含Cl-、Na+； 石灰?guī)r、白云巖區(qū)：石灰?guī)r、白云巖區(qū)：富含富含HCO3-、Ca2+和和Mg2+； 石膏、天青石區(qū)石膏、天青石區(qū)：SO42-、Ca2+、Sr2+； 酸性巖漿巖區(qū)：酸性巖漿巖區(qū)：地下水大都為地下水大都為HCO3Na型水；型水； 基性巖漿巖區(qū)：基性巖漿巖

16、區(qū)：地下水中常富含地下水中常富含Mg2+； 煤系地層區(qū)與金屬礦床區(qū)：煤系地層區(qū)與金屬礦床區(qū)：酸性較強(qiáng)的硫酸鹽水。酸性較強(qiáng)的硫酸鹽水。注：注：并不是地下水流經(jīng)什么巖土，必定具有何種化學(xué)成分，并不是地下水流經(jīng)什么巖土，必定具有何種化學(xué)成分，因?yàn)閹r土的各種組分，其遷移能力各不相同，還受氣候、因?yàn)閹r土的各種組分，其遷移能力各不相同，還受氣候、地貌等其他因素影響。地貌等其他因素影響。2、 氣候氣候 （1）潮濕氣候區(qū)）潮濕氣候區(qū) 經(jīng)長(zhǎng)期淋濾作用，易溶鹽類經(jīng)長(zhǎng)期淋濾作用，易溶鹽類(NaCl、CaSO4)充分溶濾，最后充分溶濾，最后地下水主要是難以遷移的組分地下水主要是難以遷移的組分(CaCO3、MgCO3、

17、SiO2)。因此，。因此，在潮濕氣候區(qū)，其淺層地下水最終很可能都是在潮濕氣候區(qū)，其淺層地下水最終很可能都是低礦化重碳酸水低礦化重碳酸水，難溶的難溶的SiO2在水中占到相當(dāng)比重。在水中占到相當(dāng)比重。 （2）干旱氣候區(qū)）干旱氣候區(qū) 水分不斷蒸發(fā)，鹽分不斷積累于淺部，最終都將形成水分不斷蒸發(fā)，鹽分不斷積累于淺部，最終都將形成高礦化高礦化的氯化物水的氯化物水。 注：注：氣候決定大區(qū)域范圍內(nèi)水質(zhì)成分的變化；巖性和地形決氣候決定大區(qū)域范圍內(nèi)水質(zhì)成分的變化；巖性和地形決定局部區(qū)域水質(zhì)的變化。定局部區(qū)域水質(zhì)的變化。3、地形、地形 （1）切割強(qiáng)烈的山區(qū)）切割強(qiáng)烈的山區(qū)。局部流動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育，水交替迅速，即局部流動(dòng)系

18、統(tǒng)發(fā)育，水交替迅速，即使在干旱地區(qū)也不發(fā)生濃縮作用，從而形成使在干旱地區(qū)也不發(fā)生濃縮作用，從而形成低礦化的以難溶離子低礦化的以難溶離子為主為主的地下水。的地下水。 （2）地勢(shì)低平的平原與盆地）地勢(shì)低平的平原與盆地。水交替緩慢，地下水礦化度與水交替緩慢，地下水礦化度與含易溶離子均較高。含易溶離子均較高。 （3）干旱地區(qū)的山間堆積盆地。山前地區(qū)）干旱地區(qū)的山間堆積盆地。山前地區(qū)氣候相對(duì)濕潤(rùn)，顆氣候相對(duì)濕潤(rùn)，顆粒比較粗大，地形坡度也大；向粒比較粗大，地形坡度也大；向盆地中心盆地中心，氣候轉(zhuǎn)為十分干旱，氣候轉(zhuǎn)為十分干旱，顆粒細(xì)小，地勢(shì)低平。因此，從顆粒細(xì)小，地勢(shì)低平。因此，從盆地邊緣洪積扇頂部盆地邊緣

19、洪積扇頂部的低礦化重的低礦化重碳酸鹽水帶，到碳酸鹽水帶，到過渡地帶過渡地帶的中等礦化硫酸鹽水，的中等礦化硫酸鹽水，盆地中心盆地中心則是高則是高礦化的氯化物水礦化的氯化物水。 二、沉積水二、沉積水18779035MgNaClM85. 0rClrNa3 .29BrCl第第6節(jié)節(jié) 地下水化學(xué)成分分析及其圖示地下水化學(xué)成分分析及其圖示二、分析結(jié)果的表示二、分析結(jié)果的表示（一）單項(xiàng)組分的表示（一）單項(xiàng)組分的表示1、重量濃度單位：、重量濃度單位：%，g/g，ppm（10-6g/g），），ppt（10-9g/g）2、體積濃度單位：、體積濃度單位： g/L， mg/L，ug/L3、離子毫克當(dāng)量、離子毫克當(dāng)量/

20、升（升（mgN/L）表示單位）表示單位4、離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（、離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)（mgN%）表示法）表示法離子當(dāng)量離子濃度離子)/(/LmgLmgN離子價(jià)離子量離子當(dāng)量 4829624163224離子當(dāng)量SO202402離子當(dāng)量Ca%100XX%mgNii陰離子量為某一個(gè)陰離子毫克當(dāng)iX的總和為所有陰離子毫克當(dāng)量iX%100XX%mgNjj陽離子（二）水源點(diǎn)水化成分的表示（二）水源點(diǎn)水化成分的表示 庫爾洛夫式庫爾洛夫式：將陰陽離子分別標(biāo)示在橫線上下，按毫克當(dāng)量將陰陽離子分別標(biāo)示在橫線上下，按毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)自大而小順序排列。橫線前依次表示氣體成分、特殊成分百分?jǐn)?shù)自大而小順序排列。橫線前依次表示氣體成分、特殊成分及礦化度（以字母及