3章地下水的物理性质及化学成分_冶金矿山地质_工程.ppt

2u气象干旱综合指数气象干旱综合指数CI以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立的一种综合指数。的一种综合指数。u气象干旱等级气象干旱等级国家标准中将干旱划分为五个等级，并评定了不同等级国家标准中将干旱划分为五个等级，并评定了不同等级的干旱对农业和生态环境的影响程度：的干旱对农业和生态环境的影响程度：u1.无旱无旱：正常或湿涝，特点为降水正常或较常年偏多，地表湿润；正常或湿涝，特点为降水正常或较常年偏多，地表湿润；u2.轻旱轻旱：特点为降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足，：特点为降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分轻度不足，对农作物有轻微影响；对农作物有轻微影响；u3.中旱中旱：特点为降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分不足，：特点为降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象，对农作物和生态环境造成一定影响；地表植物叶片白天有萎蔫现象，对农作物和生态环境造成一定影响；u4.重旱重旱：特点为土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，植物：特点为土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，植物萎蔫、叶片干枯，果实脱落，对农作物和生态环境造成较严重影响，对工业萎蔫、叶片干枯，果实脱落，对农作物和生态环境造成较严重影响，对工业生产、人畜饮水产生一定影响；生产、人畜饮水产生一定影响；u5.特旱特旱：特点为土壤出现水分长时间严重不足，地表植物干枯、死亡，对农：特点为土壤出现水分长时间严重不足，地表植物干枯、死亡，对农作物和生态环境造成严重影响，工业生产、人畜饮水产生较大影响。作物和生态环境造成严重影响，工业生产、人畜饮水产生较大影响。u气象干旱等级气象干旱等级国家标准规范全国通用，具有空间和时间可比性，能较国家标准规范全国通用，具有空间和时间可比性，能较为客观地描述干旱的发生、发展、持续、解除等过程，以及干旱发生程度和为客观地描述干旱的发生、发展、持续、解除等过程，以及干旱发生程度和范围的等级标准的干旱监测指标。范围的等级标准的干旱监测指标。3美丽的彩云之南美丽的彩云之南4 截至截至3月月26日日18时，时，全国耕地受旱面积全国耕地受旱面积1.141.14亿亩亿亩(多年同期均多年同期均值值1.04亿亩亿亩)，其中作，其中作物物受旱受旱88298829万亩万亩(重旱重旱2849万亩、干枯万亩、干枯1515万亩万亩)，待播耕地，待播耕地缺水缺水缺墒缺墒25262526万亩万亩；有；有23722372万人、万人、15551555万头万头大牲畜大牲畜因旱饮水困难因旱饮水困难(多年同期均值多年同期均值1144万万人、人、893万头万头)。5 中国兴农网报道：初中国兴农网报道：初春的元阳一派繁忙。当地春的元阳一派繁忙。当地的哈尼族人开始翻田育秧，的哈尼族人开始翻田育秧，备耕生产。虽然遭受着旱备耕生产。虽然遭受着旱情的困扰，但元阳的大片情的困扰，但元阳的大片梯田因独特的地质条件以梯田因独特的地质条件以及长期坚持退耕还林，形及长期坚持退耕还林，形成了成了“人栽树，树涵养水人栽树，树涵养水分，水浇田分，水浇田”这一良性循这一良性循环的生态系统，从而使得环的生态系统，从而使得这里的春耕用水得到了很这里的春耕用水得到了很好的保证。好的保证。6第三章第三章 地下水的物理性质及化学成分地下水的物理性质及化学成分7本章内容本章内容l3.1 地下水的物理性质地下水的物理性质l3.2 地下水的化学成分地下水的化学成分l3.3 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成l3.4 总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类8温度温度透明度透明度颜色颜色嗅味嗅味口味口味放射性等放射性等3.13.1 地下水的物理性质地下水的物理性质9（1 1）温度）温度 地温梯度（地温梯度（/100m/100m ）:一般把在常温层以下，每向一般把在常温层以下，每向下加深下加深100100所升高的温度称为地热增温级或地温梯度。所升高的温度称为地热增温级或地温梯度。过冷水过冷水 冷水冷水 温水温水 热水热水 过热水过热水（2 2）透明度）透明度 取决于水中固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。取决于水中固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。透明的透明的 微浊的微浊的 混浊的混浊的 极浊的极浊的（3 3）颜色）颜色（4 4）气味）气味（5 5）口味）口味（6 6）放射性）放射性103.2 3.2 地下水的化学成分地下水的化学成分v地下水不是纯的地下水不是纯的H2O，而是，而是天然溶液天然溶液，含有各种组分。，含有各种组分。v水水是是良良好好的的溶溶剂剂，在在空空隙隙中中运运移移时时，可可溶溶解解岩岩石石中中的的成成分分。在在自自然然界界水水循循环环过过程程中中，地地下下水水与与大大气气圈圈、水水圈圈与与生生物物圈圈同同时时发发生着水量和生着水量和化学成分的交换化学成分的交换。化学性质化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。v水水是是岩岩石石中中元元素素迁迁移移、分分散散与与富富集集的的载载体体。研研究究许许多多地地质质作作用用时都不能不涉及地下水的化学作用。时都不能不涉及地下水的化学作用。v不同的用水目的在利用地下水时，对水的质量有一定要求不同的用水目的在利用地下水时，对水的质量有一定要求（如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等）（如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等）v研究地下水的研究地下水的化学成分与作用化学成分与作用必须与地下水的必须与地下水的流动条件流动条件结合结合11地下水中常见的气体成分地下水中常见的气体成分 v 氧（氧（O2）、氮（）、氮（N2）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2）硫化氢（硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4）常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 地下水中主要离子成分地下水中主要离子成分 v 地下水中的八大离子地下水中的八大离子 n阴离子：阴离子：Cl-、HCO-3、SO2-4、CO2-3n阳离子：阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+123.2.1 3.2.1 气体成分气体成分气体成分气体成分地下水中常见的气体成分地下水中常见的气体成分（1）氧（）氧（oxygen,O2）、氮（）、氮（nitrogen,N2）v起源起源：大气圈中的氧气和氮气随降水入渗进入含水层中：大气圈中的氧气和氮气随降水入渗进入含水层中溶解氧含量愈多溶解氧含量愈多，说明地下水所处的地球化学环境愈有，说明地下水所处的地球化学环境愈有利于利于氧化氧化作用的进行。作用的进行。说明地下水是大气起源的，说明地下水是大气起源的，氮氮还有生物起源与变质起源还有生物起源与变质起源 v环境环境：若地下水中：若地下水中氮气单独存在氮气单独存在，通常可说明地下水，通常可说明地下水起起源于大气源于大气并处于并处于还原环境还原环境。在封闭环境下，氧被耗尽只。在封闭环境下，氧被耗尽只剩下剩下N2，指示水是大气起源且处于封闭环境，指示水是大气起源且处于封闭环境 13（2）硫化氢（）硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（methane,CH4）这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参与的参与的生物化学过程生物化学过程中形成。中形成。还原环境下：还原环境下：SO2-4 H2S，成煤过程，煤田水，成煤过程，煤田水 成油过程，油气藏，油田水成油过程，油气藏，油田水14（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）大气降水中的大气降水中的CO2含量较低，地下水中含量较低，地下水中CO2主要主要源于源于 v土土壤壤层层（入入渗渗过过程程溶溶于于水水中中）：有有机机质质残残骸骸发发酵酵产产生生、植物呼吸作用产生植物呼吸作用产生 v碳酸盐岩地层碳酸盐岩地层：在深部高温下，也可变质生成：在深部高温下，也可变质生成CO2 CaCO3CaO+CO2地下水中含地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩与结晶岩进行风化愈多，其溶解碳酸盐岩与结晶岩进行风化作用作用v人人类类活活动动：在在化化石石燃燃料料（煤煤、石石油油、天天然然气气），导导致致大气中的大气中的CO2增加，（增加，（增长增长20%）地地下下水水中中CO2增增加加，水水对对碳碳酸酸盐盐岩岩的的溶溶解解、结结晶晶岩岩风风化化溶溶解能力愈强！解能力愈强！15地下水中气体成分的地下水中气体成分的意义意义：v 气体成分气体成分指示地下水所处的地球化学环境指示地下水所处的地球化学环境 氧化环境氧化环境oxidation 还原环境还原环境deoxidation v 气体成分气体成分可以增加水对盐类的溶解能力可以增加水对盐类的溶解能力 促进水促进水岩的化学反应，相互作用岩的化学反应，相互作用16（1）地下水中的主要离子成分）地下水中的主要离子成分 v水中离子成分主要取决于：水中离子成分主要取决于：元元素素的的丰丰度度（克克拉拉克克值值)：某某元元素素在在地地壳壳化化学学成成分分中中的重量百分比；的重量百分比；元素组成的化合物在水中的溶解度元素组成的化合物在水中的溶解度 v地壳中主要元素有哪些？地壳中主要元素有哪些？地壳中丰度较高的元素：地壳中丰度较高的元素：Si、Al、Fe （地下水中低）（地下水中低）地壳中丰度较低的元素：地壳中丰度较低的元素：Cl、S、C （地下水中高）（地下水中高）v地下水中地下水中主要离子主要离子有：有：Anion 阴离子：阴离子：HCO-3、SO2-4、Cl-Cation 阳离子：阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+3.2.2 3.2.2 主要离子成分主要离子成分主要离子成分主要离子成分17（2）地下水中主要离子成分来源）地下水中主要离子成分来源一般情况下：一般情况下：v低矿化度低矿化度水中常以水中常以HCO3-及及Ca2+、Mg2+为主；为主；v高矿化度高矿化度水则以水则以Cl-及及Na+为主；为主；v中中等等矿矿化化度度的的地地下下水水中中，阴阴离离子子常常以以SO42-为为主主。主主要要阴阴离子可以是离子可以是Na+，也可以是，也可以是Ca2+。18这与主要离子构成的盐类溶解度有关：这与主要离子构成的盐类溶解度有关：碳酸盐类碳酸盐类 硫酸盐类硫酸盐类 氯化物氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物（TDS）或或矿化度矿化度有关：有关：矿化度：指水中矿化度：指水中溶解组分溶解组分的总量，的总量，包括包括溶解于地下水中各种离溶解于地下水中各种离子、分子、化合物的总量子、分子、化合物的总量，但，但不包括不包括悬浮物和溶解气体。悬浮物和溶解气体。矿化度以矿化度以“克克/升升”表示。表示。v矿化度矿化度(g/L):低低(1)中中(1-10)(1-10)高高(10-30)(10-30)v阴阴 离离 子子:HCO:HCO-3 3SOSO2-2-4 4 ClCl-v阳阳 离离 子子:Ca:Ca2+2+CaCa2+2+,Mg,Mg2+2+NaNa+,K,K+19氯离子（氯离子（Cl-）氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有：氯离子在地下水中广泛分布，主要来源有：（1）沉积岩沉积岩中所含岩盐或其他氯化物的溶解；中所含岩盐或其他氯化物的溶解；（2）岩浆岩岩浆岩中含氯矿物的风化溶解；中含氯矿物的风化溶解；（3）海水海水。硫酸根离子（硫酸根离子（SO42-）主要来源有：主要来源有：（1）含）含石膏石膏（CaSO42H2O）或其他硫酸盐的沉积岩的）或其他硫酸盐的沉积岩的溶解；溶解；（2）煤系地层的）煤系地层的黄铁矿黄铁矿；（3）酸雨酸雨20重碳酸根离子（重碳酸根离子（HCO3-）重碳酸根离子的主要来源有：重碳酸根离子的主要来源有：（1）含碳酸盐的）含碳酸盐的沉积岩沉积岩与与变质岩（大理岩）；变质岩（大理岩）；（2）岩浆岩与变质岩地区，）岩浆岩与变质岩地区，HCO3-主要来自主要来自铝硅酸盐矿铝硅酸盐矿物物的风化溶解。的风化溶解。钠离子（钠离子（Na+）、钾离子（）、钾离子（K+）钠离子与钾离子在低矿化度水中的含量一般很低。钠离子与钾离子在低矿化度水中的含量一般很低。主要来源有：主要来源有：（1）沉积岩沉积岩中岩盐及其他钠盐、钾盐的溶解；中岩盐及其他钠盐、钾盐的溶解；（2）岩浆岩与变质岩地区，）岩浆岩与变质岩地区，来自来自含钠、钾矿物含钠、钾矿物的风化溶的风化溶解解；（3）海水海水21钙离子（钙离子（Ca2+）、镁离子（）、镁离子（Mg2+）钙是低矿化度地下水中的主要阳离子，镁离子在地下钙是低矿化度地下水中的主要阳离子，镁离子在地下水中的分布与钙相似。主要来源有：水中的分布与钙相似。主要来源有：（1）含）含碳酸盐的沉积物碳酸盐的沉积物及及含石膏沉积物含石膏沉积物的溶解；的溶解；（2）岩浆岩与变质岩地区，）岩浆岩与变质岩地区，Ca2+、Mg2+主要来自主要来自含钙、含钙、镁矿物矿物镁矿物矿物的风化溶解。的风化溶解。+Cl-+SO42-+HCO3-水水水水中中中中阴阴阴阴离离离离子子子子在在在在地地地地下下下下水水水水水水水水流流流流过过过过程程程程的的的的（分分分分布布布布）变变变变化化化化 23 3.2.3 3.2.3 地下水中的其他成分地下水中的其他成分地下水中的其他成分地下水中的其他成分l地下水次要离子地下水次要离子:如如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、NO2、NO3、CO32、SiO32及及PO42等。等。l地下水中的地下水中的微量组分微量组分微量组分微量组分:有有Br、I、F、B、Sr等。等。l地下水中以未离解的化合物构成的地下水中以未离解的化合物构成的胶体胶体胶体胶体：主要有：主要有Fe(OH)3、Al(OH)3及及H2SiO3等，有时可占到相当比例。有机质也经常以胶体方式存在等，有时可占到相当比例。有机质也经常以胶体方式存在于地下水中。有机质的存在，常使地下水酸度增加，并有利于还原于地下水中。有机质的存在，常使地下水酸度增加，并有利于还原作用。作用。l地下水中还存在各种地下水中还存在各种微生物微生物微生物微生物。例如，在氧化环境中存在硫细菌、铁细。例如，在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有菌等；在还原环境中存在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种致病细菌。各种致病细菌。243.3 3.3 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成矿化作用：矿化作用：v溶滤作用溶滤作用水岩相互作用时发生水岩相互作用时发生 v浓缩作用浓缩作用蒸发排泄时发生蒸发排泄时发生 v脱碳酸作用脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生在温度与压力发生变化时发生 v脱硫酸作用脱硫酸作用在还原环境下发生：在还原环境下发生：SOSO4 42-2-H H2 2S S v阴阴离离子子交交替替吸吸附附作作用用岩岩土土表表面面吸吸附附的的阳阳离离子子与与水水中中阳离子发生交换阳离子发生交换 v混合作用混合作用 2 2种不同类型地下水混合时发生种不同类型地下水混合时发生 v人类活动的作用人类活动的作用影响越来越大影响越来越大253.3.1 3.3.1 溶滤作用溶滤作用溶滤作用溶滤作用（1 1）定义）定义 水水与与岩岩土土相相互互作作用用下下，岩岩土土中中某某些些组组分分向向地地下下水水中中转转移移的的过过程程。其其结结果果是是：岩岩土土失失去去部部分分可可溶溶物物质质，地下水中地下水中获得相应获得相应的化学成分使水中的化学成分使水中TDS。CaCO3+H2O+CO2 2HCO-3+Ca2+(固固)()(水水)()(气气)26（2 2）溶滤作用的影响因素）溶滤作用的影响因素v岩土岩土-化学组分化学组分 （如：石灰岩（如：石灰岩 HCOHCO3 3-Ca-Ca水、花岗岩水、花岗岩HCOHCO3 3-Na-Na水水)组分的可溶性组分的可溶性 （溶解度、溶解速度）（溶解度、溶解速度）盐分溶解度的差异导致易溶成分先进入水中，难溶成分后进入水中盐分溶解度的差异导致易溶成分先进入水中，难溶成分后进入水中 v 水水-水的溶解能力（水的溶解能力（TDSTDS，O O2 2、COCO2 2气体组分）气体组分）水的流动性水的流动性 a.a.水中已溶组分的多少水中已溶组分的多少水中盐分含量增高，溶解能力降低水中盐分含量增高，溶解能力降低 b.b.水中某些气体组分水中某些气体组分-O-O2 2增加硫化物的增加硫化物的，COCO2 2增加碳酸盐类增加碳酸盐类.通常刚渗入到地下的水，矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运通常刚渗入到地下的水，矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，不断有新的盐分溶解到水中，水中移，不断有新的盐分溶解到水中，水中TDSTDS，水的溶解能力下降，水的溶解能力下降，最终水的溶解能力最终水的溶解能力0 0，溶滤作用将会停止？是否会？溶滤作用将会停止？是否会？27地地下下水水是是如如何何保保持持它它的的溶溶解解能能力力的的？地下水的流动（交替）性：地下水的流动（交替）性：地下水的径流速度和交替强度（地下水的径流速度和交替强度（V 与与 Q）v停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降为零，溶滤停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降为零，溶滤作用停止。作用停止。v水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，CO2，O2不断被不断被补充，低补充，低TDSTDS水不断更新水不断更新溶解能力已降低的水溶解能力已降低的水 如果如果某地区地下水流动很快，水交替（循环）迅速，溶滤作某地区地下水流动很快，水交替（循环）迅速，溶滤作用很强烈，长期作用下去，地下水水化学特征如何？用很强烈，长期作用下去，地下水水化学特征如何？v 该地区地下水中的水质该地区地下水中的水质-矿化度矿化度是高（是高（TDS）？还是低？）？还是低？水中以哪种水中以哪种阴、阳离子阴、阳离子为主？为主？28v长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，HCOHCO3 3CaCa水水 或或 HCOHCO3 3Ca MgCa Mg 这是由这是由溶滤作用的阶段性决定！溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中：在由多种盐类组成的岩石中：早期早期，ClCl盐最易溶于水中盐最易溶于水中随水带走，岩土贫随水带走，岩土贫ClCl盐盐继续作用继续作用，较易溶，较易溶SOSO4 42-2-盐类被溶入中盐类被溶入中随水带走，贫随水带走，贫SOSO4 42-2-盐类盐类持续持续（岩土中）只剩较难溶（岩土中）只剩较难溶的碳酸盐类。的碳酸盐类。v因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：要从地质历史发展的眼光（角度）来理解要从地质历史发展的眼光（角度）来理解它是地质历史长期作用它是地质历史长期作用的结果的结果 地下水是不断运动的地下水是不断运动的溶解的组分会被带去（岩土组分变化）溶解的组分会被带去（岩土组分变化）前期溶滤作用前期溶滤作用溶滤什么组分，水中获得相应组分溶滤什么组分，水中获得相应组分 后期溶滤作用后期溶滤作用长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水 293 3.3 3.2 2 浓浓浓浓缩缩缩缩作作作作用用用用v定定义义：地地下下水水在在蒸蒸发发排排泄泄条条件件下下，水水分分不不断断失失去去，盐盐分分相相对对浓浓集集，而而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。引起的一系列地下水化学成分的变化过程。v 浓缩作用（过程）浓缩作用（过程）理想的蒸发浓缩模式理想的蒸发浓缩模式 n水分失去过程水分失去过程盐分相对浓集，化学成分的变化盐分相对浓集，化学成分的变化 （实际上与上述理想模式是不同的）（实际上与上述理想模式是不同的）n地地下下水水在在蒸蒸发发过过程程中中，水水分分失失去去还还有有补补充充；盐盐分分积积累累也也有有补补充充。因因此此，实实际际的的蒸蒸发发作作用用可可以以产产生生含含盐盐量量很很高高的的地地下下水水(卤卤水水)或或盐盐渍渍化化的土地的土地 v 浓浓缩缩作作用用的的结结果果：往往往往形形成成高高矿矿化化度度、以以易易溶溶离离子子为为主主的的地地下下水水（Cl-Na+为主）为主）v 影响因素影响因素与蒸发排泄的影响因素相同与蒸发排泄的影响因素相同(气候气候-地下水位地下水位-土层岩性土层岩性)30浓浓浓浓缩缩缩缩作作作作用用用用（过过过过程程程程）理理理理想想想想模模模模式式式式0.5L水水1.0 L水水0.25L 水水31丘陵丘陵 倾斜平原区倾斜平原区 低平原低平原 浓缩作用浓缩作用 水流迟缓水流迟缓 矿化度高、矿化度高、Cl-Na 过渡区过渡区 矿化度中、矿化度中、SO4-MgCa 地地地地下下下下水水水水化化化化学学学学特特特特征征征征具具具具有有有有分分分分带带带带性性性性 溶滤作用溶滤作用 水交替迅速水交替迅速 矿化度低、矿化度低、HCO3-Ca 受区域自然地理与地质条件的影响，地下水的化学特征往往具有受区域自然地理与地质条件的影响，地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。一定的分带性（空间上的）。山山山山西西西西忻忻忻忻州州州州盆盆盆盆地地地地地地地地下下下下水水水水水水水水化化化化学学学学图图图图33三、脱碳酸作用三、脱碳酸作用三、脱碳酸作用三、脱碳酸作用（钟乳石、石笋、泉华）（钟乳石、石笋、泉华）Ca2+(Mg2+)+2HCO3-CO2+H2O+CaCO3 结果：结果：Ca2+Mg2+HCO3-矿化度矿化度pH（略有变化）（略有变化）四、脱硫酸作用四、脱硫酸作用四、脱硫酸作用四、脱硫酸作用(还原环境中脱硫酸细菌使还原环境中脱硫酸细菌使SO42-还原为还原为H2S）SO42-+2C+2H2O H2S+2HCO-3 结果：结果：SO42-；HCO3-，pH；寻找油田的辅助标志。；寻找油田的辅助标志。五、阳离子吸附交替作用五、阳离子吸附交替作用五、阳离子吸附交替作用五、阳离子吸附交替作用 某种阳离子某种阳离子，某另一种阳离子增高，某另一种阳离子增高 六、混合作用六、混合作用六、混合作用六、混合作用七、人为活动的作用（影响）七、人为活动的作用（影响）七、人为活动的作用（影响）七、人为活动的作用（影响）34七、人为活动的作用（影响）35云南的草海 滇池人为活动的“矿化作用”36地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型l不同领域的学者，目前已得出趋于一致的看法：地球上的水不同领域的学者，目前已得出趋于一致的看法：地球上的水圈是原始地壳生成圈是原始地壳生成(约约40亿年前亿年前)以后，氢和氧随同其它易挥以后，氢和氧随同其它易挥发组分从地球内部层圈逸出而形成的。由此可见，初始的地发组分从地球内部层圈逸出而形成的。由此可见，初始的地下水起源于地球深部层圈。下水起源于地球深部层圈。l从形成地下水化学成分的基本作用出发，可将地下水分为三从形成地下水化学成分的基本作用出发，可将地下水分为三种基本成因类型，即：种基本成因类型，即：溶滤水、沉积水及内生水溶滤水、沉积水及内生水。l溶滤水主要分布于地壳浅表，沉积水分布于地壳较深的部位，溶滤水主要分布于地壳浅表，沉积水分布于地壳较深的部位，内生水则来源于地幔。内生水则来源于地幔。37溶滤水溶滤水溶滤水溶滤水l溶滤水的化学组分主要来自溶滤水的化学组分主要来自水对岩土体的溶滤水对岩土体的溶滤水对岩土体的溶滤水对岩土体的溶滤作用作用作用作用。l大气降水、地表水在渗入地壳上部发生溶滤作用之前，便已具有一定的化大气降水、地表水在渗入地壳上部发生溶滤作用之前，便已具有一定的化学成分。大部分地区的大气降水为矿化度数十学成分。大部分地区的大气降水为矿化度数十mgL的重碳酸型水，饱含的重碳酸型水，饱含CO2、O2、N2及其它惰性气体。河水通常为矿化度及其它惰性气体。河水通常为矿化度100200 mg/L的重碳酸的重碳酸型水，含有大气起源的气体。型水，含有大气起源的气体。l富含富含CO2、O2的大气水渗入地下，溶滤它所流径的岩土而改变其化学成分。的大气水渗入地下，溶滤它所流径的岩土而改变其化学成分。l地下水所流经的岩土对溶滤水化学成分有一定影响。在含盐地层沉积区，地下水所流经的岩土对溶滤水化学成分有一定影响。在含盐地层沉积区，地下水中往往以地下水中往往以Cl-、Na+为主。有石膏沉积的地下水中为主。有石膏沉积的地下水中SO42-与与Ca2+较多。较多。石灰岩、白云岩等碳酸盐沉积区的地下水，石灰岩、白云岩等碳酸盐沉积区的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+为其主为其主要成分。酸性岩浆岩地区的地下水，大多为要成分。酸性岩浆岩地区的地下水，大多为HCO3-Na型水。基性岩浆岩地型水。基性岩浆岩地区的地下水常富含区的地下水常富含Mg2+。煤系地层分布区及金属矿床附近常常形成硫酸。煤系地层分布区及金属矿床附近常常形成硫酸盐水。盐水。l如果简单地断定，地下水流经什么样的岩土，就必定具有何种化学成分，如果简单地断定，地下水流经什么样的岩土，就必定具有何种化学成分，那就把问题简单化了。岩土体的化学组分按其地球化学特性，迁移能力各那就把问题简单化了。岩土体的化学组分按其地球化学特性，迁移能力各不相同，同时受到气候、地形、地下水埋藏条件等因素影响。不相同，同时受到气候、地形、地下水埋藏条件等因素影响。38沉积水l沉积水是指与沉积物同时生成的古老地下水，其化学成分在一定程沉积水是指与沉积物同时生成的古老地下水，其化学成分在一定程度上反映古沉积盆地水的化学特征。度上反映古沉积盆地水的化学特征。l海水的平均化学成分是矿化度海水的平均化学成分是矿化度35g/L的氯化钠水的氯化钠水()。与与海海水水相相比比，海海相相淤淤泥泥所所形形成成的的沉沉积积水水一一般般有有以以下下几几个个特特点点：(1)矿矿化化度度很很高高，最最高高可可达达300g/L；(2)硫硫酸酸根根离离子子减减少少以以至至消消失失；(3)钙钙的的相相对对含含量量明明显显增增大大，钠钠减减少少，(rNarcl)0.85；(4)富富集集溴溴、碘碘，尤尤其其是是碘碘的的合合显显显显著著增增加加，Cl/Br变变小小；(5)出出现现硫硫化化氢氢、甲甲烷烷、铵铵、氮氮；(6)pH值增高。值增高。39内生水l早在本世纪初，曾把温热地下水看作岩浆分异的产物。后来发现在早在本世纪初，曾把温热地下水看作岩浆分异的产物。后来发现在大多数情况下，温泉是大气降水渗入到深部加热后重新回到地表形大多数情况下，温泉是大气降水渗入到深部加热后重新回到地表形成的。成的。l近些年来，某些学者通过对地热系统的热均衡分析得出，仅靠水渗近些年来，某些学者通过对地热系统的热均衡分析得出，仅靠水渗入深部获得的热量无法解释这些高温水的出现，认为应有入深部获得的热量无法解释这些高温水的出现，认为应有1030的的来自地球深部层圈的高热流体的加入。来自地球深部层圈的高热流体的加入。l于是源自地球深部层圈的内生水说又逐渐为人们所重视。有人认为，于是源自地球深部层圈的内生水说又逐渐为人们所重视。有人认为，深部高矿化卤水的化学成分也显示了内生水的影响。深部高矿化卤水的化学成分也显示了内生水的影响。l内生水的典型化学特征至今并不完全清楚。苏联某些花岗岩中包裹内生水的典型化学特征至今并不完全清楚。苏联某些花岗岩中包裹体溶液为矿化度体溶液为矿化度100200g/L的氯化钠型水。冰岛玄武岩区的热蒸汽的氯化钠型水。冰岛玄武岩区的热蒸汽凝成的水，是矿化度凝成的水，是矿化度12g/L的的HS-HCO3-Na+水，含有大量水，含有大量SiO2与与CO2。l内生水的研究迄今还很不成熟，但由于它涉及水文地质学乃至地质内生水的研究迄今还很不成熟，但由于它涉及水文地质学乃至地质学的一系列重大理论问题，因此，今后水文地质学的研究领域将向学的一系列重大理论问题，因此，今后水文地质学的研究领域将向地球深部层圈扩展，更加重视内生水的研究。地球深部层圈扩展，更加重视内生水的研究。403.4.1 3.4.1 地下水化学成分的分析内容地下水化学成分的分析内容地下水化学成分的分析内容地下水化学成分的分析内容是水质评价基础是水质评价基础是水质评价基础是水质评价基础 v分为分为简分析简分析和和全分析全分析，某些专门性工作进行，某些专门性工作进行专项分析专项分析。简分析简分析：除物理性质（色、味、嗅、透明度、悬浮物等）：除物理性质（色、味、嗅、透明度、悬浮物等）v主要定量分析：主要定量分析：HCO-3、SO2-4、Cl-、Ca2+、总硬度总硬度、pHpH、Mg2+、K+Na+及及 矿化度矿化度 v有时含专项分析：有时含专项分析：NO-3，NO-2，NH4，Fe2+，Fe3+，H2S，耗氧量等耗氧量等 4142全分析全分析项目较多，要求精度高，通常在简分析的基础上项目较多，要求精度高，通常在简分析的基础上选择代表性水样进行全分析选择代表性水样进行全分析 v一般定量分析一般定量分析：HCO-3,SO2-4,Cl-，Ca2+,Mg2+,K+,Na+，NO-3，NO-2，NH4，Fe2+，Fe3+，H2S，CO2,耗氧耗氧量，量，总硬度，总硬度，pH,及干涸残余物；某些微量元素、有及干涸残余物；某些微量元素、有毒组分；研究水的侵蚀性时需分水的侵蚀性毒组分；研究水的侵蚀性时需分水的侵蚀性CO2。43全全全全国国国国地地地地下下下下水水水水污污污污染染染染防防防防治治治治规规规规划划划划调调调调查查查查指指指指标标标标（1 1）感官指标感官指标：肉眼可见物、颜色、嗅、味、透明度、浑浊度、：肉眼可见物、颜色、嗅、味、透明度、浑浊度、色度、水温等。色度、水温等。常规组分常规组分：pH值、游离二氧化碳、值、游离二氧化碳、Cl-、SO4-、HCO3-、CO32-、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、NO2-、NO3-、F-、Br-、I-、PO43-、COD、可溶性二氧化硅、总硬、可溶性二氧化硅、总硬度、矿化度等。度、矿化度等。重金属组分重金属组分：Hg、Cu、Pb、As、Cd、Mn、Zn、Ni、Co、Cr6+、总、总Cr、V、W、Sr、Ba、U、Ra、Se、Al3+等。等。44全全全全国国国国地地地地下下下下水水水水污污污污染染染染防防防防治治治治规规规规划划划划调调调调查查查查指指指指标标标标（2 2）有机污染组分有机污染组分：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、二氯乙烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、1，1-二氯乙烯、二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、异丙苯、氯苯、苯、异丙苯、氯苯、1，2-二氯苯、二氯苯、1，4-二氯苯、三氯苯、四二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯、硝基氯苯、三硝基甲苯、硝基氯苯、2，4-二硝基氯苯、二硝基氯苯、2，4-二氯苯二氯苯酚、酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯酚、苯胺、联苯胺。三氯苯酚、五氯酚、苯胺、联苯胺。DDT、六六六（总量）、林丹（六六六（总量）、林丹（-六六六）、六六六）、2，4-滴、七氯、呋喃滴、七氯、呋喃丹、敌敌畏（含敌百虫）。丹、敌敌畏（含敌百虫）。生物学指标生物学指标：总大肠菌群、菌落总数。：总大肠菌群、菌落总数。453 3.4 4.2 2 矿矿矿矿化化化化度度度度或或或或总总总总固固固固体体体体溶溶溶溶解解解解物物物物 (T TD DS S）矿化度或总固体溶解物矿化度或总固体溶解物(TDS）v求算方法：求算方法：105110温温度度下下，水水样样烘烘干干后后的的干干涸涸残残余余物物质质，单单位：位：g/L,mg/L(ppm)计计算算中中，用用全全分分析析实实验验结结果果，阴阴阳阳离离子子总总和和减减 1/2 HCO-3含量含量求算求算 v 据矿化度的水样据矿化度的水样分类分类：50g/L50g/L,50g/L 淡水淡水 微咸水微咸水 咸水咸水 盐水盐水 卤水卤水46总固体溶解物总固体溶解物(TDS）溶解性总固体溶解性总固体T.为为Total Dissolved Solids 的缩的缩写，也就是溶解于水中的固体的总量。如矿物质在水写，也就是溶解于水中的固体的总量。如矿物质在水中的重量比数。中的重量比数。水中的溶解固体主要是一些钙和镁，且不是可测得水中的溶解固体主要是一些钙和镁，且不是可测得的污染物质。测量单位为的污染物质。测量单位为ppm(parts per millions)或或mg/L(milligram/Liter)，它表明它表明1升水中溶有多少毫克升水中溶有多少毫克溶解性总固体溶解性总固体。水中溶解物越多，水中的水中溶解物越多，水中的TDS值就越大，水的导值就越大，水的导电性也越好，纯净水往往其电导率电性也越好，纯净水往往其电导率10s/cm，相当于，相当于水中总含盐量小于水中总含盐量小于3mg/L。47地下水的硬度地下水的硬度指水中所含钙、镁离子的数量。指水中所含钙、镁离子的数量。总硬度总硬度水中所含钙、镁离子总量。水中所含钙、镁离子总量。暂时硬度暂时硬度可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。永永久久硬硬度度煮煮沸沸后后能能保保留留下下来来的的钙钙、镁镁离离子子的的含含量。量。按硬度分类按硬度分类总硬度总硬度 =暂时硬度暂时硬度 永久硬度永久硬度48德国方法：德国方法：硬度硬度1 1相当于每升溶液中含有相当于每升溶液中含有CaO 10mg；原原苏苏联联方方法法：用用每每升升水水溶溶液液中中所所含含钙钙、镁镁离离子子的毫克当量的毫克当量(meg)(meg)数表示硬度。数表示硬度。硬度的表示方法硬度的表示方法49地下水按硬度的分类地下水按硬度的分类水的类别硬度Meg/lHo(德国度)极软水1.59.025.250地下水类型地下水类型 强酸性水强酸性水 弱酸性水弱酸性水中性水中性水弱碱性水弱碱性水强碱性水强碱性水pH值55777 99按按pH值分类值分类PH值是衡量溶液酸碱程度的指标。值是衡量溶液酸碱程度的指标。PH值是溶液中氢离子活度的负对数。当溶液很稀时，值是溶液中氢离子活度的负对数。当溶液很稀时，氢离子活度近似于氢离子浓度。所以氢离子活度近似于氢离子浓度。所以PH=-lgH+根据地下水中根据地下水中PH值的大小，水分为五类：值的大小，水分为五类：51 3 3.4 4.3 3 水水水水化化化化学学学学成成成成分分分分的的的的表表表表示示示示方方方方法法法法库库库库尔尔尔尔洛洛洛洛夫夫夫夫式式式式库尔洛夫式库尔洛夫式:v分式前：分式前：特殊成分、气体成分、矿化度特殊成分、气体成分、矿化度 M ，单位，单位(g/L)v分式上下分式上下：阴、阳离子（毫克当量百分数阴、阳离子（毫克当量百分数10%或称或称 视毫摩尔百分数）视毫摩尔百分数）v分式后分式后：水温（水温（oC)v特点特点是直观、表示简单也较全面，可以反映水的成因类是直观、表示简单也较全面，可以反映水的成因类型（常用方法）型（常用方法）52 3 3.4 4.4 4 舒舒舒舒夫夫夫夫卡卡卡卡列列列列分分分分类类类类 前苏联学者前苏联学者C.A.提出来的提出来的:v方方式式：将将地地下下水水中中主主要要七七种种离离子子合合并并为为6种种，取取含含量量（毫毫克克当当量量百百分数，或视毫摩尔百分含量）分数，或视毫摩尔百分含量）25%的离子的离子，组合定名。，组合定名。v阴、阳离子阴、阳离子25%的出现情况各有的出现情况各有7种种 两者（阴、阳）共组合为两者（阴、阳）共组合为 77=49 种水型（下表）种水型（下表）v加上矿化度分加上矿化度分分为分为4组：组：A：TDS 40g/L40g/L,D:40g/L 如：如：B46 查表查表 中等矿化度中等矿化度 ClNa