第六章地下水化學(xué)成分的形成及影響因素

Hydrogeochemistry

水文地球?qū)W東華理工大學(xué)水文地球化學(xué)課程組第六章地下水化學(xué)成分的形成及影響因素CompanyLogo本章內(nèi)容6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素6.3潛水化學(xué)成分的形成6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用有：溶濾作用、陽(yáng)離子吸附作用、陽(yáng)離子吸附交替作用、氧化作用、還原作用、混合作用、濃縮作用、脫碳酸作用等。一．溶濾作用1．概念

巖石中某些組分進(jìn)入水的過(guò)程，它不破壞巖石的結(jié)晶格架，而只有一部分元素進(jìn)入水中。例如沉積巖中有許多易溶鹽，當(dāng)巖石與水作用時(shí)，易溶鹽部分進(jìn)入水中，這里要區(qū)別溶濾作用與溶解作用的區(qū)別。溶解作用指物質(zhì)全部溶于水，這時(shí)礦物結(jié)晶格架被破壞。例如NaCl的溶解作用，使NaCl晶體格架被破壞。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

一．溶濾作用1．概念廣義的溶濾作用也包括溶解作用，例如，沉積巖中的NaCl進(jìn)入水中，相對(duì)巖石來(lái)說(shuō)是溶濾作用，而相對(duì)NaCl來(lái)說(shuō)，剛是溶解作用。因此，從某種意義上說(shuō)，溶濾作用與溶解作用是一個(gè)相對(duì)的概念。2．溶濾作用的方式

（1）滲透過(guò)程中的直接溶濾（2）靜止水中的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移

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一．溶濾作用3．影響溶濾作用的因素

（1）

水溶液的性質(zhì)及其中氣體的含量例如CO2在水中的大量存在會(huì)提高方解石、白云石的溶解度，從而增強(qiáng)水對(duì)陸源碎屑巖石的溶濾作用。（2）巖性不同的巖石所含的礦物（氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽等）不同，因而它們?cè)獾饺転V作用的程度也會(huì)產(chǎn)生差異。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

一．溶濾作用3．影響溶濾作用的因素

（3）水動(dòng)力條件

地下水的水動(dòng)力條件取決于地形與構(gòu)造。在山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，地下水徑流條件良好，巖石沖刷徹底(易容鹽大量淋失)，易形成低礦化度的淡水，主要為重碳型水。在平原區(qū)，地形平坦，地下水徑流條件差，流動(dòng)緩慢加上蒸發(fā)作用的影響，易造成高礦化度地下水的形成（溶濾不充分，易溶鹽積累）。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

一．溶濾作用4溶濾作用舉例

火山巖地區(qū)，溶濾富含正長(zhǎng)石（含Na）的火山巖時(shí)，形成低礦化堿性HCO3—Na型水或弱酸性硅酸和硅酸－重碳酸、鈉型水。

Na2Al2Si6O16+H2O+CO2→Na2CO3+H2AL2Si2O8·H2O+4SiO2Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

二、陽(yáng)離子交替吸附作用1．概念

在一定條件下，巖石顆粒吸附地下水中的某些陽(yáng)離子，而將其原來(lái)吸附的某些陽(yáng)離子轉(zhuǎn)入水中，從而改變了地下水的化學(xué)成分，這一作用稱為陽(yáng)離子交替吸附作用。

如MgCl2+CaCaCl2+Mg2＋(水溶液)（吸附體）（水溶液）（吸附體）

為什么自然界中陽(yáng)離子交替吸附占優(yōu)勢(shì)，而陰離子交替吸附不占優(yōu)勢(shì)。由于自然界巖石中的吸附體主要是膠體，而膠體主要是帶負(fù)電荷的。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

二、陽(yáng)離子交替吸附作用2．影響因素

（1）巖石的粒度粒度愈細(xì)，交換性能越強(qiáng)，如在粘土類巖石中，陽(yáng)離子交替對(duì)水化學(xué)成分的影響更明顯。（2）交替陽(yáng)離子的性質(zhì)陽(yáng)離子的電價(jià)越高，越易被吸附。電價(jià)相同的陽(yáng)離子，原子量越大，越易被吸附。

H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+

（3）離子濃度

濃度大的離子比濃度小的離子更易被吸附。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

二、陽(yáng)離子交替吸附作用2．影響因素

（4）pH值

pH值上升有利于交替吸附，PH值低時(shí)，阻礙吸附，由于H+的吸附能力很強(qiáng)，它會(huì)阻礙陽(yáng)離子進(jìn)入吸附體。

3、舉例Ca(HCO3)2+2Na＋2Na

HCO3＋Ca2+

吸附體吸附體CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

三、氧化作用

會(huì)被氧化的巖石在某種程度上是指富含金屬硫化物或硫的巖石（黃鐵礦FeS2、黃銅礦CuFeS2等）含氧的地下水對(duì)富含金屬硫化物或硫的巖石產(chǎn)生作用，形成硫酸和硫酸鹽，而硫酸的產(chǎn)生又可大大增強(qiáng)水對(duì)硅酸鹽類、碳酸鹽類的溶濾。2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO42S+2H2O+3O2=2H2SO4RSiO3+H2SO4=RSO4+SiO2+H2OCaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3·3H2OCompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

四、生物還原作用

指在有機(jī)物與細(xì)菌參與下，影響地下水化學(xué)成分的一種還原作用。

1．脫硫酸作用

一般發(fā)生在深埋、循環(huán)微弱交替、缺氧的地下水中：SO42-+C+2H2O→H2S↑+2HCO3－通式RSO42-+C+2H2O→RS+CO2+2H2ORS+CO2+H2O→RCO3+H2S↑

式中，R代表Ca、Mg、Na等，C代表脫硫細(xì)菌這種作用可在各種礦化度（<180g/l），各種溫度（40～50℃最佳）下進(jìn)行。作用結(jié)果是SO42-減少,H2S增加。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

四、生物還原作用2．去硝化作用（脫硝酸作用）

在缺氧條件下，異養(yǎng)型去氮菌把NO3-、NO2-（還原）分解為氣態(tài)氮（N2O和N2）的過(guò)程。

4NO3－+5C→2CO32-+2N2↑+3CO2↑作用結(jié)果水中富含N2和CO2↑CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

五．脫碳酸作用

碳酸鹽類在水中的溶解度決定于水中CO2的數(shù)量，當(dāng)溫度升高或減小時(shí)，水中CO2的含量就減少，這時(shí)水中HCO3-便會(huì)與Ca2+、Mg2+、Fe2+結(jié)合形成沉淀。

這種由于CO2逸出，使水中含量減少的作用稱為脫碳酸作用。這種作用通常發(fā)生在溫壓條件下突變的地方，如深部碳酸泉在地表出露的地方，常見(jiàn)有鈣體（石灰）就是脫碳酸作用的結(jié)果。

Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2OCompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

六．濃縮作用

當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，水中鹽分含量不減，其濃度（礦化度）相對(duì)增大，這種作用稱為濃縮作用。在干旱或半干旱地區(qū)，蒸發(fā)量大大超過(guò)降雨量，地下和地表徑流差，水的主要排泄方式是蒸發(fā)。在水的蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，首先從水中沉淀出難溶于水的CaCO3、MgCO3，以后沉淀CaSO4。因此，地下水在高度濃縮地區(qū)，多形成氯化物水。CompanyLogo6.1地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中的主要作用

七．水的混合作用

自然界中單一成因的地下水難以找到，它們往往在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生一系列的混合，從面導(dǎo)致其成分的變化。兩種不同化學(xué)成分或礦化度的地下水相混合所形成的地下水，其化學(xué)成分與混合前的地下水有所不同，這種作用稱為混合作用?；旌献饔玫慕Y(jié)果是產(chǎn)生新的水化學(xué)類型，改變水溫、礦化度、硬度等。如：Ca(HCO3)2+Na2SO4→CaSO4↓+2NaHCO3CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

一．自然地理因素

1．地形影響水交替條件，而水交替條件又影響水的化學(xué)成分和礦化度。地形切割強(qiáng)烈，水的交替條件就好，有利于淡水的形成。反之，則形成高礦化度的咸水或鹽水。如山區(qū)形成碳酸型水，而平原易形成硫酸水或氯化物型水2．水文網(wǎng)（水文因素）密集的水文網(wǎng)有利含水層的水交替條件。鹽分的帶出及淡潛水的形成。在水文網(wǎng)稀疏的條件下，地下水徑流受阻，從而使?jié)撍V化度增高。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

一．自然地理因素

3．大氣降水

能使地下水的儲(chǔ)存量、礦化度和化學(xué)成分發(fā)生明顯變化。4．蒸發(fā)

蒸發(fā)是影響地表水及潛水化學(xué)成分和礦化度的重要原因之一。潛水蒸發(fā)有二種基本形式：毛細(xì)蒸發(fā)和土石內(nèi)部蒸發(fā)。

（1）毛細(xì)蒸發(fā)：在潛水的埋藏深度小于毛細(xì)上升高度時(shí)，水沿毛細(xì)管上升，水分蒸發(fā)后，鹽分積累在土壤毛細(xì)管中，使土壤富含鹽而形成鹽漬土。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

一．自然地理因素4．蒸發(fā)

在毛細(xì)蒸發(fā)作用下，潛水位下降，但它的礦化度并不增加。但大氣降水下滲時(shí)，把土壤毛細(xì)管中的鹽分帶入地下水，潛水礦化度增高。

（2）、土石內(nèi)部蒸發(fā)：指水分子脫離潛水面直接擴(kuò)散到空氣中，在沙漠地帶潛水的土石內(nèi)部蒸發(fā)作用十分強(qiáng)烈。蒸發(fā)影響潛水埋藏深部般小于2～2.5m。

CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

一．自然地理因素5．化學(xué)風(fēng)化

化學(xué)風(fēng)化的主要營(yíng)力是大氣降水，類型有碳酸風(fēng)化和硫酸風(fēng)化。碳酸風(fēng)化主要營(yíng)力是碳酸，這種風(fēng)化形式是強(qiáng)度取決于水中侵蝕CO2的濃度：CaCO3+CO2+H2O=Ca2++2HCO3-

Na2Al2Si6O16+2H2O+CO2=NaCO3+H2Al2Si2O8·H2O+4SiO2CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

一．自然地理因素6．土壤

土壤使水富含離子、氣體和有機(jī)質(zhì)，它對(duì)地下水化學(xué)成分的影響有兩個(gè)方面：一方面土壤可以增加通過(guò)它的大氣降水的礦化度；另一方面使已經(jīng)具有一定化學(xué)成分的潛水在與土壤相互作用時(shí)產(chǎn)生變質(zhì)，例如溶濾作用、離子吸附作用等。水與土壤作用時(shí)，溶解減少，CO2氣體數(shù)量相應(yīng)增加。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

二．地質(zhì)和水文地質(zhì)因素

1．?dāng)嗔褬?gòu)造活動(dòng)

使巖石發(fā)生破壞并形成裂隙，由于斷裂構(gòu)造發(fā)育很深，這樣沿著這些深大斷裂從深部涌出熱的，有時(shí)帶氣體的礦水，甚至鹵水，從而使淺部地下水化學(xué)成分發(fā)生急劇變化。2．地靜壓力

在地靜壓力的作用下，上覆巖層的重量壓縮粘土隔水層，使其中的結(jié)合水被擠入含水層，從而改變水化學(xué)成分。由于結(jié)合水的礦化度高，所以受結(jié)合水影響的地下水礦化度升高。

CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

二．地質(zhì)和水文地質(zhì)因素

3．巖石的離子―鹽類綜合體

指巖石的可溶部分，它為地下水成分的形成提供物質(zhì)來(lái)源，它包括以下各組分：

（1）

溶液（存在于巖石內(nèi)部）；（2）易溶于水的組分，包括易溶鹽類（NaCl、Na2SO4、NaCO3和鉀鹽等）和易于交換的吸附狀陽(yáng)離子（Na+或Ca2+）；（3）難溶的組分包括難溶鹽類（CaSO4·2H2O、CaSO4、CaCO3、MgCO3等）和難溶的硫化物（FeS2、H2S、ZnS等）；（4）參與生物化學(xué)作用的組分包括微生物、有機(jī)物質(zhì)、和某些無(wú)機(jī)物質(zhì)（硫酸鹽、硝酸鹽、硫化物等）。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

三．物理化學(xué)因素（自學(xué)）

1、酸－堿條件

2、氧化－還原條件

3、鹽的溶解性能

4、擴(kuò)散作用

5、滲透作用

6、重力分異作用四．物理因素（自學(xué)）包括溫度，壓力，時(shí)間和空間CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

五．生物因素1、植物對(duì)水化學(xué)成分的影響

①植物的蒸發(fā)：干旱條件下，植物蒸發(fā)量大，引起潛水礦化度提高。②植物選擇吸收離子，改變水的PH值和化學(xué)類型。例如鹽生植物吸收Cl-③植物的有機(jī)殘骸影響土壤的酸堿度，從而影響潛水的PH值和水化學(xué)類型。例如針葉林產(chǎn)生酸性水，PH值可達(dá)到4，闊葉林產(chǎn)生堿性。④植物根放出的CO2降低土壤的pH值，并促使很多礦物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液。在土壤溶液和潛水中，HCO3-含量取決于土壤中的CO2CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

五．生物因素2．地殼剖面上的微生物分帶

上部土壤帶：0.5-1.5m，富含細(xì)菌，主要為喜氧氣細(xì)菌

風(fēng)化帶：幾十到幾百米，細(xì)菌相當(dāng)多，喜氧與厭氧茵并存

深部基巖帶：細(xì)菌相對(duì)貧少，主要是厭氧菌。

六．人為因素部分CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分

1．人工開(kāi)采地下水對(duì)潛水化學(xué)成分的影響及原因

①．開(kāi)采區(qū)含水層的礦化度提高原因：潛水位下降，包氣帶加厚，充氧作用加強(qiáng)，氧化作用加強(qiáng)，使不溶解的硫化物轉(zhuǎn)化為可溶硫酸鹽，并被水所溶濾，礦化度提高。②．在?；螓}湖附近開(kāi)采淡水，有可能使鹽水由?；螓}湖進(jìn)入含水層，使淡水被鹽化。③．開(kāi)采時(shí)，由于同一含水層或含水層的鹽水侵入，使地下淡水礦化度提高。

CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分

2．人工開(kāi)采地下水時(shí)對(duì)承壓水化成分的影響

①開(kāi)采承壓地下水時(shí)，形成降落漏斗，在漏斗范圍內(nèi)壓力降低，使水流從高壓流向低壓時(shí)，由于減壓，從水中逸出CO2，析出鐵和堿金屬的碳酸鹽沉淀，導(dǎo)致水化學(xué)成分變化(減壓脫氣).②開(kāi)采承壓地下水時(shí)，由于承壓水位下降低時(shí)，使隔水層和上覆巖層的靜水壓力降低，造成粘土層有效壓力增加而產(chǎn)生壓實(shí)作用，使粘土中的水進(jìn)入含水層，引起水化學(xué)成分變化。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分

2．人工開(kāi)采地下水時(shí)對(duì)承壓水化成分的影響

③開(kāi)采承壓地下水時(shí)，區(qū)域性大降落漏斗的形成，(直徑可達(dá)幾十公里)，可以把它看作一個(gè)特殊的排泄窗口，使下部含水層的水的導(dǎo)入，而引起地下水礦化度的增高(越流滲透)。

3、實(shí)例介紹

實(shí)例1:一供水井，井深91.5米，含水層為含黃鐵礦的絹云母片巖。連續(xù)抽水13個(gè)月，水位下降36.5米，在這個(gè)期間內(nèi)，水中SO42-濃度在13mg/l左右。停抽4個(gè)月后，再次抽水時(shí)，第一天的水樣中，SO42-=1330mg/l,Fe2+不斷降低，pH值升高。請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分3、實(shí)例介紹實(shí)例1:據(jù)題意：（1）由于水位下降很大，所以形成了一個(gè)漏斗區(qū)；在漏斗區(qū)內(nèi)，原來(lái)的含水層變?yōu)榘鼩鈳?，因絹云母片巖中的黃鐵礦被氧化，其反應(yīng)如下：

（2）停抽期間，水位逐漸恢復(fù)，使第一次抽水所形成降落漏斗區(qū)又主充滿了水，黃鐵礦氧化所產(chǎn)生的SO42-和H+進(jìn)入水中，溶解FeSO4.結(jié)果，在漏斗區(qū)內(nèi)形成一個(gè)SO42-，F(xiàn)e2+，H+濃度的局部污染暈。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分3、實(shí)例介紹實(shí)例1:據(jù)題意：（3）再次抽水時(shí)，這部分水首先被抽出，從而出現(xiàn)第一天水樣中SO42-，F(xiàn)e2+濃度高，pH值降低的現(xiàn)象。（4）隨著抽水繼續(xù)，原漏斗區(qū)外的水流入與漏斗區(qū)的水混合。因此，產(chǎn)生SO42-，F(xiàn)e2+，H+逐漸降低的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是典型的氧化還原過(guò)程。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分3、實(shí)例介紹

實(shí)例2．某深層砂礦含水層的地下水化學(xué)成分為(mg/l):

由于過(guò)量開(kāi)采，水位降幅很大。為保持穩(wěn)定供水量，以井灌方式補(bǔ)給，補(bǔ)給水源來(lái)自湖水，呈草綠色，含有機(jī)質(zhì)多。結(jié)果，觀測(cè)井中檢查到H2S(人工補(bǔ)給前沒(méi)有檢出)，試說(shuō)明出現(xiàn)H2S的原因，發(fā)生何種反應(yīng)？HCO3-及pH值將升高或降低。CompanyLogo6.2影響地下水化學(xué)成分的基本因素

六．人為因素部分3、實(shí)例介紹

實(shí)例2．據(jù)題意：發(fā)生了脫硫酸作用與甲烷發(fā)酵作用：

HCO3-，pH升高CompanyLogo6.3潛水化學(xué)成分的形成一、潮濕氣侯區(qū)2、.黑色土壤區(qū)

黑色土壤缺少易溶鹽類，但富含吸附性鈣鎂離子，經(jīng)大氣降水的淋濾作用，往往形成HCO3-Ca，HCO3-Mg型水，這種水的礦化度較低，多為0.5-1g/l。3．花崗巖地區(qū)

大氣降水長(zhǎng)期淋濾作用，使鋁硅酸鹽水解風(fēng)化，形成低礦化度的硅酸—重碳酸型水，礦化度多為0.05-0.1g/l。CompanyLogo6.3潛水化學(xué)成分的形成一、潮濕氣侯區(qū)

1、紅壤土區(qū)土壤被礦化度很低的大氣降水強(qiáng)烈淋濾，并發(fā)生陽(yáng)離子交替吸附作用：式中－土壤及粘土中的鋁鐵硅酸鹽；M代表金屬Al，F(xiàn)e離子M+與OH-作用產(chǎn)生沉淀。從而使土壤成為酸性土。酸性土與水長(zhǎng)期作用形成低化度的酸性水。礦化度多為50-100mg/LCompanyLogo6.3潛水化學(xué)成分的形成一、潮濕氣侯區(qū)3．花崗巖地區(qū)

如果花崗巖地區(qū)植被發(fā)育，則會(huì)產(chǎn)生大量土壤CO2，從而促進(jìn)鋁硅酸鹽風(fēng)化：4、碳酸鹽地區(qū)

碳酸溶濾作用導(dǎo)致型水的形成。CompanyLogo6.3潛水化學(xué)成分的形成二．干旱氣侯

由于蒸發(fā)作用強(qiáng)列，土壤中含有各種鹽類：難溶鹽類(MgCO3，CaCO3)；易溶鹽類(CaSO4，MgSO4，Na2SO4，NaCl)等。通過(guò)蒸發(fā)作用，水中鹽按下列順序沉淀：大氣降水淋濾的結(jié)果，導(dǎo)致高礦化潛水形成。干旱地區(qū)潛水化學(xué)成分差異很大，M由小于1g/l到300g/l不等，水型有HCO3型水，SO4型水和Cl物型水。淡水或低礦化度潛水在干旱地區(qū)分布不廣。由淡水到高礦化度水導(dǎo)致組分的變化規(guī)律是由河谷和山前到盆地中心，水型由HCO3到SO4到Cl物型水。

CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

一、承壓水成因類型承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成比潛水復(fù)雜，前面介紹的各種形成作用均可有參與，而且與承壓水類型有關(guān)。承壓水成因類型有：陸相沉積型，瀉湖沉積型和海相沉積型。

1．

陸相沉積型承壓水由河湖沉積物而形成的承壓含水層中的承壓水，如山前傾斜平原中的砂—粘土沉積層形成的承壓水。這種承壓水多為低礦化度的HCO3—Ca型水，主要由溶濾作用而形成的。但也可以形成高礦化度的Cl—Na型水(如鹽湖沉積)。

CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

一、承壓水成因類型2、瀉湖沉積型承壓水①瀉湖：淺水海灣因?yàn)成媳荒嗌秤俜e成的砂咀或沙壩所封閉或接近封閉面成的湖。瀉湖的含鹽度與所在地區(qū)所侯及與海洋的隔離程度不同而不屆。A．氣侯潮濕有淡水補(bǔ)給，含鹽度低。B．氣侯干旱，蒸發(fā)量大，含鹽度高。②水化特點(diǎn)在瀉湖相沉積層中含有大量的鹽和石膏，因此形成高礦化度的SO4-Ca,SO4-Ca-Mg,SO4-Ca-Na,SO4-Na-Ca-Mg和SO4-Na型水。只有在沖刷程度很高的巖石露頭處才形成淡水CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

一、承壓水成因類型3．海相沉積型承壓水海相沉積型承壓水的形成過(guò)程是陸相成因類型水和海相成因類型水相互作用的過(guò)程，即滲透水（陸相成因水）排擠沉積封存海水，并同時(shí)進(jìn)行滲入水與沉積封存海水之間的混合作用。海相沉積巖層中起始形成封存海水，然后慢慢被滲入水取代。因此，首先必須研究海成封存水的形成過(guò)程及特點(diǎn)。CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

二、海成封存水化學(xué)成分的形成

1、海水的特點(diǎn)①pH=8.1—8.3（淺部），深部pH＝7.8②水型：Cl－Na③礦化度：35g\L④主要離子：Na++K+>Mg2+>Ca2+Cl->SO42->HCO3-+CO32-

成分：NaCl→MgCl2→CaSO4→Ca(HCO3)2⑤平均化學(xué)成分(mg/kg)：CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

二、海成封存水化學(xué)成分的形成

1、海水的特點(diǎn)

海水隨著海相沉積物一起被埋藏下來(lái)，或滲入其它海相沉積巖中，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中，由于水－巖作用，變質(zhì)而成海成封存水。2、

海成封存水①有兩種基本類型A、同生水：與巖石的沉積作用同時(shí)生成。B、外生水（后生水）：海水流到早已沉積好的海底層或海岸一帶的巖層中。CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

二、海成封存水化學(xué)成分的形成2、

海成封存水②水化學(xué)成分高礦化度（Mmax=300g/L）的Cl-Na-Ca型水

γNa\γCL<0.85,Cl\Br<300③海水封存水形成過(guò)程A、蒸發(fā)作用:海水蒸發(fā)，M增大，含鹽成分發(fā)生一系列的變化：首先，CaCO3、MgCO3發(fā)生沉淀，而后，CaSO4沉淀。這樣水中氯化物含量相對(duì)增加，當(dāng)水干涸到原來(lái)體積的1\10時(shí)，NaCl和MgSO4開(kāi)始沉淀，而MgCl2和KCl含量相對(duì)增加。在進(jìn)一步的濃縮作用下，MgCl2和KCl沉淀。這樣使海水成分更加復(fù)雜化。

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二、海成封存水化學(xué)成分的形成2、

海成封存水③海水封存水形成過(guò)程

B、水和大陸水中鹽類之間的化學(xué)反應(yīng)2Ca(HCO3)2+MgCl2→CaMg(CO3)2↓+CaCl2+CO2↑+2H2O這個(gè)反應(yīng)的結(jié)果是生成白云石，并在水中出現(xiàn)一般海水所缺少的CaCl2.C、陽(yáng)離子交替吸附作用a、海水與陸相粘土物質(zhì)之間的吸附交替作用海進(jìn)：2NaCl+Ca2+(吸附)→CaCl2+Na+(吸附)海退：CaSO4+2Na+(吸附)→Na2SO4+Ca2+(吸附)由此可以看出水的化學(xué)成分由于離子交替吸附作用而變。CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

二、海成封存水化學(xué)成分的形成2、

海成封存水③海水封存水形成過(guò)程C、陽(yáng)離子交替吸附作用b、海水與海底淤泥之間的吸附交替作用：2NaCl+Ca2+(吸附)→CaCl2+2Na+(吸附)從而使水成為Cl-Na-Ca型水?？偟膩?lái)講，上述各種作用導(dǎo)致Na+減少，Ca2+增加，使γNa/γCl<0.85.CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

二、海成封存水化學(xué)成分的形成2、

海成封存水③海水封存水形成過(guò)程C、陽(yáng)離子交替吸附作用c、海相沉積物中生物殘骸的分解海相沉積物中富含生物殘骸，而生物殘骸中富含Br，I等有機(jī)物，Br、I由于生物殘骸分解而進(jìn)入封存水，從而使封存不中富集Br，I，使Cl\Br<300。正常海水：Br=65mg/L，I=7mg/L封存水：Br=300—5700mg/L，I=50-120mg/L。上述三種作用的長(zhǎng)期進(jìn)行，使正常海水逐漸演變?yōu)楹３煞獯嫠ompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

1、基本思路一般地說(shuō)，海相封存水與它周圍的的巖石處于化學(xué)平衡狀態(tài)，其礦化度不會(huì)改變。只在當(dāng)含有這些水的巖層出圳地表剝蝕或被構(gòu)造斷裂所切進(jìn)時(shí)，封存水才進(jìn)入成分改變的新的歷史時(shí)期。此時(shí)，發(fā)生了滲透水對(duì)封存水的排擠，承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程就是滲透水排擠封存水的進(jìn)程。CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

2、承壓水盆地基本水化學(xué)類型的形成（三個(gè)階段）

第一階段：滲入水（大氣降水等）在含水層露頭處（補(bǔ)給區(qū)）與封存水（Cl-Na-Ca）發(fā)生混合，并淋濾海相沉積巖層，形成Cl-Na型水，封存水被擠入較低部分（這個(gè)階段主要淋濾NaCl）。

第二階段：隨著溶濾作用的繼續(xù)，易溶的氯化物被沖刷，較難溶的硫酸類開(kāi)始被溶濾，從而形成硫酸鹽型水（SO4-Cl-Na型水）。Cl-Na,Cl-Na-Ca型水被依次擠到較低部位。

第三階段：大氣降水繼續(xù)淋濾，硫酸鹽大量減少，開(kāi)始淋濾碳酸鹽，從而形成礦化度很低的HCO3-Ca型水依次擠到較低部位。

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三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

2、承壓水盆地基本水化學(xué)類型的形成（三個(gè)階段）

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三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

2、承壓水盆地基本水化學(xué)類型的形成（三個(gè)階段）

經(jīng)過(guò)上述三個(gè)階段，便形成了承壓水地地下水化學(xué)成分的基本類型。在這些基本成因類型之間，還有許多過(guò)渡類型，由此而組成一系列變化的水化學(xué)類型分帶。CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：

A、HCO3型水在補(bǔ)給區(qū)首先形成低礦化度的HCO3-Ca型水（有時(shí)由于陽(yáng)離子交替吸附作用：Ca(HCO3)2+2Na(吸附)?2NaHCO3+Ca2+(吸附)使HCO3-Ca型水變?yōu)镠CO3-Na型水）HCO3-Ca型水運(yùn)動(dòng)富集硫酸鹽，變成HCO3-SO4-Ca型水。由于陽(yáng)離子吸附交替作用：Na++Ca2+?Ca2++Na+(吸附)使水中富集Na+，使HCO3-SO4-Ca型水變成HCO3-SO4-Ca-Na型水，再變成HCO3-SO4-Na-Ca型水（M:0.5-.07g\L）

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三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：

B、SO4型水

HCO3-SO4-Na-Ca型水繼續(xù)富集硫酸鹽及產(chǎn)生Ca2+和Na+陽(yáng)離子吸附交替作用，將逐步形成SO4－HCO3-Na-Ca型水→SO4－HCO3–Na型水→SO4－Na型水。（M：0.5－1g\L）

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三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：

C、HCO3-型水由于SO4－Na型水向下進(jìn)入缺氧含有機(jī)質(zhì)的還原環(huán)境，SO42-開(kāi)始產(chǎn)生脫硫酸作用，隨著脫硫酸作用的繼續(xù)，使SO4－Na型水依次變?yōu)镾O4－HCO3–Na型水→HCO3-SO4–Na型水→HCO3–Na型水。在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生H2S氣體，同時(shí)SO42-完全消失（M：1－2g\L）CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：

D、Cl型水堿性HCO3–Na型水向下進(jìn)入被沖刷弱而含NaCl的巖層，HCO3-Na型水變?yōu)镠CO3-Cl-Na型水—Cl-HCO3-Na型水—Cl-Na型水（M=3-5g/L）。E封存水CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：E封存水在Cl-Na型水之后，是高礦化度的封存水（Cl-Na-Ca型水）。整個(gè)地下水化學(xué)成分形成過(guò)程中，主要有三個(gè)作用：淋濾沖刷作用，陽(yáng)離子交替吸附作用和脫硫酸作用CompanyLogo6.4承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程

三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成①正常海相沉積巖有還原硫酸鹽能力的有機(jī)質(zhì)存在的含水層中，水化學(xué)類型的形成公式：

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三、承壓水盆地地下水化學(xué)成分的形成過(guò)程3、封閉型承壓水盆地中各種化學(xué)類型水的形成②、在巖層中含有石膏，或缺少具有還原硫酸鹽能力的有機(jī)物質(zhì)的含水層中，水化學(xué)類型的形成方式：A、HCO3型水

在補(bǔ)給區(qū)首先形成低礦化度的HCO3-Ca型水，向下運(yùn)動(dòng)富集硫酸鹽，變?yōu)镠CO3-SO4-Ca型水，（M=1g/l