第四章 地下水化學成分的分類和分帶

第四章地下水化學成分的分類和分帶第一頁，共十九頁，2022年，8月28日4.1地下水中元素（組分）的遷移4.2地下水化學成分分類4.3地下水化學成分的分帶性目錄第二頁，共十九頁，2022年，8月28日4.1地下水中元素（組分）的遷移一、元素的遷移定義：元素由一種存在形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N存在形式，并伴隨著一定的空間位移的運動過程。

類型：機械遷移：水，空氣（流動）化學與物理化學遷移：硅酸鹽熔體，水及水溶液，氣體生物或生物地球化學遷移：植物吸收（濕地法），根系CO2第三頁，共十九頁，2022年，8月28日地下水是元素在地殼中遷移的重要介質(zhì)；地下水中元素的遷移：

元素從礦物、巖漿、氣體、生命體等物質(zhì)轉(zhuǎn)移到地下水；元素進入地下水后由于各種因素引起的遷移。元素的遷移作用是水文地球化學分帶和地下水化學成分變化的制約因素；研究元素在地下水中的遷移是水文地球化學研究的重要內(nèi)容之一。第四頁，共十九頁，2022年，8月28日二、元素在地下水中的遷移形式

（一）元素在地下水中存在形式

（復習）水按所含成分的顆粒大小分類（復習）地下水中溶解組分的存在形式

問題：在地下水中，哪些元素在什么環(huán)境條件下以哪種形式存在呢？其主要控制因素有哪些？第五頁，共十九頁，2022年，8月28日顆粒大小分類第六頁，共十九頁，2022年，8月28日溶解組分的存在形式單一離子形式：Ca2+，

Mg2+,Na+,K+,Cl-,F-絡(luò)陰離子形式：HCO3-,SO42-,

CO32

-,NO3

2

-復雜絡(luò)合物（離子對）：有機，無機

無機組分i的總濃度Ci=∑C（游離離子）+∑C（無機絡(luò)合物）∑C（有機絡(luò)合物）｝游離離子第七頁，共十九頁，2022年，8月28日主要取決于:(1)元素的離子性質(zhì)（化學性質(zhì)）

元素/離子離子在水中同H+爭奪O2-的能力存在形式電價低的較大陽離子（堿金屬、堿土金屬）弱自由離子（單一離子）電價高的小陽離子(Cr,Al)強絡(luò)陰離子（從OH-奪出O2-，并與之結(jié)合形成酸根）界于上兩類的其它元素（兩性元素）的離子(Fe,Mn,)稍弱或接近不固定（隨溶液酸堿度變化）堿性溶液：絡(luò)陰離子酸性溶液：自由離子或氫氧化物(2)還取決于地下水的酸堿度第八頁，共十九頁，2022年，8月28日離子電位：以原子價單位表示的離子電荷Z（陽離子）與以埃表示的離子半徑r之比。離子電位=Z（原子價）/r（離子半徑）離子電位低的元素（離子）（Z/r<3)，自由離子（單一離子）離子電位高的元素（離子）（Z/r>12),絡(luò)陰離子離子電位中等的元素（離子）（Z/r=3~12)，不固定；形成絡(luò)合物第九頁，共十九頁，2022年，8月28日

兩性元素Fe3+Mn4+

U,Th,Sn,W形成絡(luò)合物

不固定氫氧化物沉淀還取決于地下水的氧化還原電位第十頁，共十九頁，2022年，8月28日（二）元素在地下水中的遷移形式（1）元素的真溶液遷移形式

在真溶液中，元素可以以自由離子、絡(luò)陰離子和絡(luò)合物的形式遷移；

許多成礦元素在溶液中是以絡(luò)合物形式遷移的

第十一頁，共十九頁，2022年，8月28日成礦元素的簡單化合物都是很難溶解的

（例如：成礦元素的硫化物溶解度很低；氧化物和含氧鹽很難溶解），因此，如果金屬和硫都是呈自由離子形式，則立即會超過化合物的溶度積而沉淀。那么金屬硫礦床形成過程中元素是以什么形式遷移的？

許多元素的絡(luò)合物比簡單化合物在溶液中的溶解度明顯增大。在熱液和表生成礦溶液遷移過程中，這些元素呈絡(luò)合物形式遷移。

例1：鈾從UO2(OH)2

→[UO2(CO3)2]2-、[UO2(CO3)2(H2O)2]2-溶解度增大，沉淀條件也發(fā)生變化

例2：Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是錫、鎢、鉬在熱液中可能的遷移形式。第十二頁，共十九頁，2022年，8月28日（2）膠體溶液遷移形式

膠體的性質(zhì)：

比表面積大；（因此具有很大的表面能、表面電力和吸附能力）

膠體的質(zhì)點帶有一定電荷同一種膠體的質(zhì)點在溶液中由于相同電荷排斥不易凝聚和沉淀,有利于元素遷移;膠體質(zhì)點電荷被中和時,膠體就會發(fā)生凝聚和沉淀;膠體質(zhì)點具有從介質(zhì)中吸附各種元素的離子的能力,從而造成元素的集中或富集.第十三頁，共十九頁，2022年，8月28日三、標型元素及元素的水遷移環(huán)境（一）標型元素

對某種地球化學環(huán)境或地球化學過程的性質(zhì)具有標識性的化學元素、離子和化合物，稱為標型元素、標型離子和標型化合物。

標型元素分組（兩個基本組）：

空氣遷移的標型元素

水遷移的標型元素第十四頁，共十九頁，2022年，8月28日（二）空氣遷移的標型元素

以氣態(tài)形式遷移，氧、二氧化碳、硫化氫、甲烷等?？諝膺w移的標型元素（氣體）主要影響（或反映）了表生過程的氧化還原條件。根據(jù)空氣遷移元素的組成，可區(qū)分出表生帶三種主要的氧化—還原環(huán)境：

氧化環(huán)境；無硫化氫的還原（潛育）環(huán)境；硫化氫還原環(huán)境

由硫化氫含量所決定，而不取決于氧化還原電位值。第十五頁，共十九頁，2022年，8月28日氧化還原環(huán)境特點標型元素氧化環(huán)境水中存在自由氧或其它強氧化劑；變價元素處于高度氧化狀態(tài)（Fe3+,Mn4+,Cu2+,V5+,S6+）;巖體染成紅、棕、黃色；Eh值一般﹥0.15V氧無硫化氫還原環(huán)境水中不含自由氧或其它強氧化劑或只含少量氧（﹤3mg/L),不含H2S（﹤1mg/L），含CO2；Fe,Mn處于低價態(tài)（Fe2+,Mn2+），易移動；巖體呈淡綠色、灰色和蘭色；Eh值一般﹤0.15V二氧化碳；有的地方還有甲烷硫化氫還原環(huán)境水中不含自由氧或其它強氧化劑，但含大量H2S；Fe和其它許多金屬不移動；Eh值一般﹤0V硫化氫；甲烷和其它碳氫化合物根據(jù)空氣遷移元素組成劃分的三種氧化還原環(huán)境第十六頁，共十九頁，2022年，8月28日（三）水遷移的標型元素

以真溶液或膠體遷移，Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Ca2+、Mg2+等

水遷移的標型元素在很大程度上決定著天然水的酸-堿條件。根據(jù)水遷移元素的組成，水遷移環(huán)境可劃分為6個類型第十七頁，共十九頁，2022年，8月28日水遷移環(huán)境標型離子強酸型(pH﹤4)

標型離子是H+，局部為SO42-，F(xiàn)e3+等，主要為硫化礦床氧化帶的水酸型（4﹤

pH﹤6.5）標型離子是H+，有機酸陰離子中性和弱堿性重碳酸鈣型（pH=6.5~8.5）標型離子是Ca2+和HCO3-中性和弱堿性氯化物—硫酸鹽型標型離子是Cl-、SO42-和Na+中性和弱堿性石膏型標型離子是Ca2+和SO42-堿性蘇打型（pH﹥8.5）

標型離子是HCO3-，Na+根據(jù)水遷移元素組成劃分的水遷移環(huán)境類型第十八頁，共十九頁，2022年，8月28日四、地球化學壘

定義：表生帶內(nèi)在短距離內(nèi)元素遷移的條件明顯改變，并導致化學元素濃集的地段。

類