地下水化学成分精.ppt
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1、地下水化学成分第1页,本讲稿共28页第七章第七章 地下水化学成分地下水化学成分1 1 1 1、地下水的化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类、地下水的化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类、地下水的化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类、地下水的化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌,反映了该活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌,反映了该活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌,反映了该活动长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌,反映了该地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分,
2、可以帮助我们回溯地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分,可以帮助我们回溯地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分,可以帮助我们回溯地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分,可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史,阐明地下水的起源与形成。一个地区的水文地质历史,阐明地下水的起源与形成。一个地区的水文地质历史,阐明地下水的起源与形成。一个地区的水文地质历史,阐明地下水的起源与形成。2 2 2 2、水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分,搬运这些组分,并在、水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分,搬运这些组分,并在、水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分,搬运这些组分,并在、水是最为常
3、见的良好溶剂。它溶解岩土的组分,搬运这些组分,并在某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程(岩溶、沉积、成岩、变质、成矿)都涉及地下水的载体。许多地质过程(岩溶、沉积、成岩、变质、成矿)都涉及地下水的载体。许多地质过程(岩溶、沉积、成岩、变质、成矿)都涉及地下水的载体。许多地质过程(岩溶、沉积、成岩、变质、成矿)都涉及地下水的化学作用。的化学作用。的化学作用。的
4、化学作用。第一节、概述第一节、概述第一节、概述第一节、概述第2页,本讲稿共28页3 3 3 3、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律,是、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律,是、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律,是、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律,是水文地质学的分支水文地球化学的研究内容。地下水文地质学的分支水文地球化学的研究内容。地下水文地质学的分支水文地球化学的研究内容。地下水文地质学的分支水文地球化学的研究内容。地下水中元素迁移不能脱离水的流动,因此水文地球化学水中元素迁移不能脱离水的流动,因此水文地球化学水中元素迁移不能脱离水的流动,因此水文地球化学水中元素迁移不能
5、脱离水的流动,因此水文地球化学的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。地下水水质的演变具有时间上继承的特点,自然地理地下水水质的演变具有时间上继承的特点,自然地理地下水水质的演变具有时间上继承的特点,自然地理地下水水质的演变具有时间上继承的特点,自然地理与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响;因与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响;因与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响;因与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响;因此,不能从纯化学角度,孤立、静止地研究地下
6、水的化此,不能从纯化学角度,孤立、静止地研究地下水的化此,不能从纯化学角度,孤立、静止地研究地下水的化此,不能从纯化学角度,孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形成,而必须从水与环境长期相互作用的角学成分及其形成,而必须从水与环境长期相互作用的角学成分及其形成,而必须从水与环境长期相互作用的角学成分及其形成,而必须从水与环境长期相互作用的角度出发,去揭示地下水化学演变的内在依据与规律。度出发,去揭示地下水化学演变的内在依据与规律。度出发,去揭示地下水化学演变的内在依据与规律。度出发,去揭示地下水化学演变的内在依据与规律。第3页,本讲稿共28页第二节、地下水的化学特征第二节、地下水的化学特征 地
7、下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。1 1、地下水中主要气体成分、地下水中主要气体成分地下水中常见的气体成分有地下水中常见的气体成分有O O2、N N2 2、COCO2 2、CHCH4 4、及、及H H2 2S S等,尤以前等,尤以前三种为主。三种为主。通常情况下,地下水中气体含量不高,每公升水中只有通常情况下,地下水中气体含量不高,每公升水中只有 几毫克到几十毫克。几毫克到几十毫克。地下水中的气体成分很有意义。一方面,气体成分能地下水中的气体成分很有意义。一方面,气体成分能 够说明地下水所处的地球化学环境;另一方面
8、,地下水够说明地下水所处的地球化学环境;另一方面,地下水 中的有些气体会增加水溶解盐类的能力,促进某些化学中的有些气体会增加水溶解盐类的能力,促进某些化学 反应。反应。第4页,本讲稿共28页(1 1)氧)氧(O(O2 2)、氮、氮(N(N2 2)地地下下水水中中氧氧气气和和氮氮气气主主要要来来源源于于大大气气。它它们们随随同同大大气气降降水水及及地地表表水水补补给给地地下下水水,因因此此,以以入入渗渗补补给给为为主主、与与大大气气圈圈关关系系密切的地下水中含密切的地下水中含O O2 2及及N N2 2较多。较多。溶解氧含量愈多,说明地下水所处的地球化学环境愈有溶解氧含量愈多,说明地下水所处的地
9、球化学环境愈有利于氧化作用进行。利于氧化作用进行。O O2 2的化学性质远较的化学性质远较N N2 2为活泼,在较封闭的环境中,为活泼,在较封闭的环境中,O O2 2将将耗尽而只留下耗尽而只留下N N2 2。因此,。因此,N N2 2的单独存在,通常可说明地下水起源于的单独存在,通常可说明地下水起源于大气并处于还原环境。大气并处于还原环境。大气中的惰性气体大气中的惰性气体(Ar(Ar、KrKr、Xe)Xe)与与N N2 2的比例恒定,即:的比例恒定,即:(Ar+Kr+Xe)/N(Ar+Kr+Xe)/N2 2=0.0118=0.0118。比值等于此数,说明。比值等于此数,说明N N2 2是大气起
10、源的;是大气起源的;小于此数,则表明水中含有生物起源或变质起源的小于此数,则表明水中含有生物起源或变质起源的N N2 2。第5页,本讲稿共28页(2 2)硫化氢)硫化氢(H(H2 2S)S)、甲烷、甲烷(CH(CH4 4)地下水中出现地下水中出现H2 2S与与CH4 4,其意义恰好与,其意义恰好与出现出现OO2 2相反,说明处于相反,说明处于相反,说明处于相反,说明处于还原还原的地球化学环境。的地球化学环境。这两种气体的生成,均在与大气比较隔这两种气体的生成,均在与大气比较隔绝的环境中,有有机物存在,微生物参与绝的环境中,有有机物存在,微生物参与的生物化学过程有关。其中,的生物化学过程有关。其
11、中,H2S是是SOSO42-的的的的还原产物。还原产物。还原产物。还原产物。第6页,本讲稿共28页(3)(3)(3)(3)二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳(CO(CO(CO(CO2 2 2 2)地地地地下下下下水水水水中中中中的的的的COCOCOCO2 2 2 2主主主主要要要要来来来来源源源源于于于于土土土土壤壤壤壤。有有有有机机机机质质质质残残残残骸骸骸骸的的的的发发发发酵酵酵酵作作作作用用用用与与与与植植植植物物物物的的的的呼呼呼呼吸吸吸吸作用使土壤中源源不断产生作用使土壤中源源不断产生作用使土壤中源源不断产生作用使土壤中源源不断产生COCOCOCO2 2 2 2并溶入流经土壤的地下水中
12、。并溶入流经土壤的地下水中。并溶入流经土壤的地下水中。并溶入流经土壤的地下水中。含碳酸盐类的岩石,在深部高温下,也可以变质生成含碳酸盐类的岩石,在深部高温下,也可以变质生成含碳酸盐类的岩石,在深部高温下,也可以变质生成含碳酸盐类的岩石,在深部高温下,也可以变质生成COCOCOCO2 2 2 2在少数情况下,地下水中可能富含在少数情况下,地下水中可能富含在少数情况下,地下水中可能富含在少数情况下,地下水中可能富含COCOCOCO2 2 2 2,甚至高达,甚至高达,甚至高达,甚至高达1g/L1g/L1g/L1g/L以上。以上。以上。以上。工工工工业业业业与与与与生生生生活活活活应应应应用用用用化化
13、化化石石石石燃燃燃燃料料料料(煤煤煤煤、石石石石油油油油、天天天天然然然然气气气气),使使使使大大大大气气气气中中中中人人人人为产生的为产生的为产生的为产生的COCOCOCO2 2 2 2明显增加。由此引起了温室效应,使气温上升。明显增加。由此引起了温室效应,使气温上升。明显增加。由此引起了温室效应,使气温上升。明显增加。由此引起了温室效应,使气温上升。地下水中含地下水中含地下水中含地下水中含COCOCOCO2 2 2 2愈多,其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化作用的愈多,其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化作用的愈多,其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化作用的愈多,其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化作用的能力便
14、愈强。能力便愈强。能力便愈强。能力便愈强。第7页,本讲稿共28页地下水中分布最广、含量较多的离子共七种,即:氯离子地下水中分布最广、含量较多的离子共七种,即:氯离子(Cl(Cl-)、硫酸根离子、硫酸根离子(SO(SO4 42-2-)、重碳酸根离子、重碳酸根离子(HCO(HCO3 3-)、钠离、钠离子子(Na(Na+)、钾离子、钾离子(K(K+)、钙离子、钙离子(Ca(Ca2+2+)及镁离子及镁离子(Mg(Mg2+2+)。构成这些离子的元素,或是地壳中含量较高,且较构成这些离子的元素,或是地壳中含量较高,且较易溶于水的易溶于水的(如如O O2 2、CaCa、MgMg、NaNa、K)K),或是地壳
15、中含量虽,或是地壳中含量虽不很大,但极易溶于水的(不很大,但极易溶于水的(ClCl、以、以SOSO4 42-2-形式出现的形式出现的S S)。)。SiSi、AlAl、FeFe等元素,虽然地壳中含量很大,但由于其难溶于等元素,虽然地壳中含量很大,但由于其难溶于水,地下水中含量通常不大。水,地下水中含量通常不大。2 2、地下水中主要离子成分、地下水中主要离子成分 第8页,本讲稿共28页一一般般情情况况下下,随随着着总总矿矿化化度度(总总溶溶解解固固体体)的的变变化化,地地下下水水中中占占主主要要地地位位的的离离子子成成分分也也随随之之发发生生变变化化。低低矿矿化化水水中中常常以以HCOHCO3 3
16、-及及CaCa2+2+、MgMg2+2+为为主主;高高矿矿化化水水则则以以ClCl-及及NaNa+为为主主;中中等等矿矿化化的的地地下下水水中中,阴阴离离子子常常以以SOSO4 42-2-为为主主,主主要要阳阳离离子子则则可以是可以是NaNa+,也可以是,也可以是CaCa2+2+。地下水的矿化度与离子成分间之所以往往具有这种对应地下水的矿化度与离子成分间之所以往往具有这种对应关系,一个主要原因是水中盐类的溶解度不同。关系,一个主要原因是水中盐类的溶解度不同。第9页,本讲稿共28页第10页,本讲稿共28页(1 1)氯离子)氯离子(Cl(Cl-)氯离子在地下水中广泛分布,但在低矿化水氯离子在地下水
17、中广泛分布,但在低矿化水中一般含量仅数毫克中一般含量仅数毫克/升到数十毫克升到数十毫克/升,高矿化升,高矿化水中可达数克水中可达数克/升乃至升乃至100100克克/升以上。升以上。离子与矿化度相关系数较高,离子与矿化度相关系数较高,Na为为0.91,Cl0.84胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯(胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯(胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯(胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯(J J)第11页,本讲稿共28页 地下水中地下水中ClCl-的主要来源的主要来源来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解;来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解;来自岩浆岩中含氯矿物来自岩浆岩中含氯矿物 氯磷灰石氯磷灰石CaCa
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