地下水的物理性質(zhì)及化學成分.ppt

,第一節(jié) 地下水的物理性質(zhì),第二章 地下水的物理性質(zhì)及化學成分,第二節(jié) 地下水的化學成分,第三節(jié) 地下水化學成分的形成和變化,第四節(jié) 地下水化學成分的研究方法,第一節(jié) 地下水的物理性質(zhì),一、地下水的溫度,二、地下水的顏色,三、地下水的透明度,四、地下水的嗅（氣味）,五、地下水的味（味道）,六、地下水的比重,地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、嗅、味、比重、導電性及放射性等。它在一定程度上反映了地下水的化學成分及其存在的環(huán)境條件。,發(fā)揮人的感覺器官，相對應(yīng)：眼睛看一看（二，三），鼻子聞一聞（四），嘴巴嘗一嘗（五），觸覺體會一下溫度（一，六）等。,一、地下水的溫度,水溫變化范圍可達100以上。在寒帶和多年積雪地帶，淺層的地下水溫可低達-5以下；在溫帶和亞熱帶的平原、丘陵區(qū)淺層地下水的年平均溫度一般接近于當?shù)啬昶骄鶜鉁?；在火山活動地區(qū)及地殼深處，地下水的溫度很高，可超過100。如我國廣東豐良地區(qū)在地下800m深處，打出了103.5的熱水。 地下水溫度的差異主要取決于地下水埋藏的地溫條件。 按地溫的分布狀態(tài)分三帶：變溫帶、常溫帶、增溫帶 1）變溫帶 位于地殼的最表層，其溫度變化受太陽輻射熱的控制。 本帶厚度各地不一，從十幾米到幾十米變化，一般為1520m。 特點具周期性變化：如晝夜變化、年變化及多年變化等。其溫度的變化幅度隨深度的增加而遞減。此帶地下水的溫度具有周期性日變化和季節(jié)變化的特點。,2）常溫帶 指地溫的年變化幅度0.1的地帶。 一般年常溫帶的溫度略高于當?shù)啬昶骄鶜鉁兀谙喈斢诤Ｆ矫娴牡貐^(qū)約高0.8，在海拔200500m的地區(qū)約高12。年常溫帶實質(zhì)上是太陽輻射熱與地球內(nèi)熱共同影響的熱平均帶。此帶地下水的溫度表現(xiàn)為周期性年變化的特點，地下水溫度與當?shù)啬昶骄鶜鉁叵嘟?，水溫變化幅度一般不超過1。 深度與地表溫度的年變化幅度、巖石及土壤的物理性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等因素有關(guān)。,3）增溫帶 溫度受地球內(nèi)熱的影響。般地，水溫隨深度增加而增高。 計算：水溫根據(jù)地溫梯度、年常溫帶深度及當?shù)啬昶骄鶜鉁?，概算?（2-1） 式中 TH H深度處地下水的溫度，； t當?shù)啬昶骄鶜鉁?，?G地溫梯度，/100m。一般值為1.54/100m； H地下水循環(huán)深度，m； h年常溫帶的深度，m。 可反求出地下水循環(huán)的深度。,地溫梯度隨地區(qū)地質(zhì)條件的不同而不同，如淮南煤田潘集井田、邯邢煤田的梧東井田以及平頂山煤田等，經(jīng)大量鉆孔證實，背斜軸部地溫往往高于兩翼。如平頂山煤田在背斜軸部的平均地溫梯度為56/100m，向兩翼逐漸降低；梧東井田斷層上盤溫度低于斷層下盤，其地溫值受到斷層面的控制。不同地區(qū)的地溫梯度變化于0.610/100m之間。 地下水的溫度對地下水的化學成分有很大影響。水溫增高，化學反應(yīng)速度和溶解度也增高。如水溫增高10時，水分子的擴散速度約增加20，化學反應(yīng)速度增加23倍。一般鹽類在水中的溶解度隨溫度的增高而增大。,按地下水的溫度分,二、地下水的顏色,地下水一般是無色的,三、地下水的透明度,常見的地下水一般是透明的 透明度取決于:固體與膠體懸浮物的含量。 按透明度地下水分,四、地下水的嗅（氣味） 一般地下水是無嗅的,“氣味”的強弱與溫度有關(guān)， 鑒別氣味時，一般將水加熱至40，這時氣味最為顯著。低溫時氣味不易嗅別,五、地下水的味（味道）,水中含鹽分（各種物質(zhì)，礦化度） 過低時水淡而無味， 過多時水不適口。,六、地下水的比重,地下水的比重近于1：取決于水中所含鹽分的多少。當水中溶解了較多的鹽分時，比重可達1.21.3。 地下水的導電性及放射性： 導電性取決于含電解質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)（即各種離子的含量與離子價），離子含量越多，離子價越高，則水的導電性就越強。 放射性取決于其中放射性物質(zhì)的含量，地下水不同程度上或多或少地都具有放射性，但其含量一般極微，循環(huán)于放射性礦床的地下水其放射性相應(yīng)增強。,第二節(jié) 地下水的化學成分,一、地下水的化學成分 60多種,二、地下水的化學性質(zhì),（一）地下水中的主要離子成分 7,（二）地下水中的主要氣體成分,（三）地下水中的膠體成分,（四）地下水中的有機質(zhì)及細菌成分,1.地下水的酸堿性 ph,2.地下水的總礦化度 M,3.地下水的硬度,4.地下水的侵蝕性,1氯離子（Cl-）,2硫酸根離子（SO42- ）,3重碳酸根離子（HCO3-）,4鈉離子（Na+）,5鉀離子（K+）,6鈣離子（Ca2+）,7鎂離子（Mg2+）,.,常見的離子成分,（一）地下水中的主要離子成分,Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+這七種，占絕對優(yōu)勢 其決定地下水化學成分的基本類型和特點。 1.氯離子（Cl-） 分布很廣，含量變化大，數(shù)mg/L至數(shù)百mg/L。 源于巖鹽礦床和其它含氯化物的沉積巖的溶解， 其次來源于巖漿巖的一些含氯礦物如氯磷灰石（Ca5(PO4)3Cl）、方鈉石（NaAISiO4NaCl）等礦物的風化溶濾。 此外廢水、污水的滲入， 動物排泄物和動物尸體腐爛 一般在居民點、工業(yè)區(qū)及其附近，地下水中Cl-含量往往相應(yīng)增高。,2.硫酸根離子（SO42- ） SO42-分布較廣，含量較多，幾mg/L至數(shù)十mg/L 來源： SO42-源于石膏及其它含硫酸鹽的沉積物的溶解， 其次源于天然硫及含硫礦物（如黃鐵礦等）的氧化： 2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+4H+2SO42- 2S+3O2+2H2O4H+2SO42- 此外，有機物的分解。 在居民點附近地下水中的SO42- 含量較高，常常與地下水的污染有關(guān)。,3.重碳酸根離子（HCO3-）,HCO3-分布廣，含量不高，一般1g/L。HCO3-是低鹽量地下水的主要成分。 來源:碳酸鹽類如石灰?guī)r、白云巖或泥灰?guī)r的溶解： CaCO 3 + H2O + CO 2 Ca2+ +2HCO3- CaMg（CO3）2 +2H2O +2CO 2 Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3- 陰離子中，由于氯化物的溶解度大，CI-含量隨地下水中含鹽量的增加而增大；而碳酸鹽的溶解度很低，只有當水中存在CO2時才較易溶于水，所以HCO3-的含量一般不高?；谶@個原因，常常將Cl-、HCO3-作為地下水含鹽量多寡的標志。以Cl- 為主要成分的地下水，其含鹽量較高，為咸水；以HCO3-為主要成分的地下水，其含鹽量較低，為淡水。,4.鈉離子(Na+),分布很廣，含量變化大，數(shù)mg/L至數(shù)十g/L，具有隨地下水含鹽量增高而增加的特點。 Na+主要來源于巖鹽及含鈉鹽的海相沉積巖的溶解，其次來自巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈉礦物的溶解和氧化，如鈉長石（NaAlSi3O8）的風化： 2NaAlSi3O82H2OCO2 H2Al2Si2O8H2ONa2CO34SiO2 Na2CO3H2O 2Na+HCO3-OH- Na+在水中主要與Cl-伴存，有時也與SO42-及CO32-伴存。,5.鉀離子（K+）,K+ 的來源與Na+相同。鉀鹽的溶解度很大，但含量卻不高，常為Na+含量的410， 這是因為K+易被植物吸收，易被粘土膠體吸附，同時還易生成不溶于水的次生礦物（如水云母）的緣故。 6.鈣離子（Ca2+） Ca2+分布很廣，絕對含量不高，是含鹽量低的地下水中的主要成分。 主要來源于碳酸鹽類巖石（如石灰?guī)r、白云巖）及含石膏巖石的溶解，Ca2+在水中常與HCO3-及SO42-伴存。,7.鎂離子（Mg2+）,Mg2+分布廣，但絕對含量不高。 Mg2+主要來源于白云巖的溶解以及巖漿巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物的風化： MgSiO3（頑火輝石）+ H2O + CO2 MgCO3 + H2SiO3 MgCO3 + H2O + CO2 Mg2+ +HCO3- 鎂鹽的溶解度大于鈣鹽，Mg2+常少于Ca2+ 因為鎂在地殼中的含量較鈣少，同時鎂又易為植物吸收，并參與許多硅酸生成的緣故,（二）地下水中的主要氣體成分,地下水中的主要氣體成分有O2、N2、CO2、H2S及CH4等。 O2、N2主要來源大氣及含葉綠素細菌的生物活動.因此在近地表的地下水中，O2、N2含量較大，越往深處，其含量越小。 H2S、CH4通常是在缺氧的條件下（如封閉的地質(zhì)構(gòu)造中），當有機物存在時的生物化學還原作用的產(chǎn)物。H2S、CH4常見于深層地下水中，在油田水中其含量往往較高。 CO2來源復雜，1）大氣，2）土壤的生物化學作用生成。3）在火山或巖漿活動地帶，碳酸鹽遇熱分解，生成： CaCO3 CaO + CO2 水中氣體成分的不同能反映地下水成因。如水中氣體以O(shè)2及N2為主，說明是以大氣降水滲入補給形成；水中含CH4、H2S較多，說明儲存于封閉的地質(zhì)構(gòu)造中。 在水文地球化學環(huán)境的研究過程中，地下水中溶解氧的研究有很大意義，含溶解氧多的地下水說明其處于氧化環(huán)境，含H2S多的水說明其處于缺氧的還原環(huán)境。,（三）地下水中的膠體成分,地下水中膠體成分雖然很多，但由于許多膠體不穩(wěn)定，易生成次生礦物而沉淀（如A(OH)3膠體易生成水礬土、葉臘石沉淀），有的膠體溶解度很?。ㄈ鏢iO2），故一般膠體在地下水中含量很低。地下水中的膠體成分主要來源于有關(guān)礦床的風化分解。 （四）地下水中的有機質(zhì)及細菌成分 有機質(zhì)及細菌成分很廣，淺層、深層地下水（尤其在油田水）中。 主要來源于生物遺體的分解，它多富集于土壤及沼澤水中，呈黃色、褐色或灰黑色，并有特殊嗅味。 細菌可分為病源菌和非病源菌。病源菌一般來自污染，其中最常見的是傷寒、霍亂、痢疾等，它們不易分離鑒定，因此，常以檢查與這些病源菌共生的大腸桿菌，來間接鑒定病源菌的存在及其數(shù)量。 非病原細菌，如脫硫細菌，硫磺細菌等，它們生存于一定的地球化學環(huán)境中，通過生物化學作用，影響地下水化學成分的變化。,二、地下水的化學性質(zhì) 包括水的酸堿性、礦化度、硬度、侵蝕性等。 1.地下水的酸堿性:取決于水中H+ 濃度。 pH值,圖2-1 水中CO2、HCO3、CO32與pH值的關(guān)系,從圖中可以看出 pH值不同，水中碳酸量也不同。隨pH值增高，水中HCO3- 含量增大，CO2含量減小。但當pH8 時，隨pH值增高水中 HCO3- 含量減小，而CO2 含量卻增高。,2.地下水的總礦化度 地下水中離子、分子和各種化合物的總量稱為總礦化度。以g/L表示,它表示水中含鹽量的大小 。 測量 :通常以在105110溫度下將水蒸干后所得的干涸殘余物含量來表示水的總礦化度。 計算：也可以用離子、化合物總含量計算，但在計算時，HCO3-只能采用半數(shù)，這是因為水蒸干后一部分HCO3-分解，逸出之量相當于HCO3-之量的一半： 2 HCO3- CO32-+CO2 + H2O 地下水的礦化度與化學成分有密切關(guān)系，低礦化水常以HCO3- 為主要成分，高礦化水常以 Cl- 為主要成分。此外，礦化度常隨含水層埋藏深度的增加而增大。,3.地下水的硬度 地下水的硬度是由水中所含Ca2+、Mg2+量所構(gòu)成。 總硬度：相當于水中所含Ca2+、Mg2+總量。 暫時硬度：將水加熱至沸騰，水中的部分Ca2+、Mg2+將與HCO3-作用生成CaCO3、MgCO3沉淀，使水中Ca2+、Mg2+含量減少： Ca2+2 HCO3- CaCO3+CO2+H2O Mg2+2HCO3- MgCO3+CO2+H2O 減少的這部分Ca2+、Mg2+的含量，稱為暫時硬度。 永久硬度：水中與SO42- 、Cl-等離子相對應(yīng)的Ca2+、Mg2+的含量，這部分含量在水加熱至沸騰時也不發(fā)生沉淀。 關(guān)系: 永久硬度總硬度暫時硬度 碳酸鹽硬度：水中與HCO3-相對應(yīng)的Ca2+、Mg2+的含量。水的碳酸鹽硬度往往大于暫時硬度，因為即使在水沸騰時，水中HCO3-不可能全部同Ca2+、Mg2+發(fā)生作用而形成沉淀。,德國度表示法， Ca2+、Mg2+毫克數(shù)表示法 Ca2+、Mg2+毫克當量百分數(shù)表示法。 概念：一個德國度相當于10mg/L的CaO含量，或7.1mg/L的Ca2+含量，或4.3mg/L的Mg2+含量。 關(guān)系： 1毫克當量的硬度2.8德國度,地下水硬度的表示方法和分類,4.地下水的侵蝕性 指水對碳酸鹽類物質(zhì)（如石灰?guī)r、混凝土）的侵蝕能力。 分為碳酸性侵蝕（分解性侵蝕）、硫酸性侵蝕（結(jié)晶性侵蝕）及鎂化性侵蝕。 1）碳酸性侵蝕 主要取決于水中侵蝕性CO2的存在及其含量的多少。 水中含有游離CO2，當與碳酸鹽類物質(zhì)接觸時，發(fā)生化學反應(yīng)： CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3- 這是一個可逆反應(yīng)。當水中有一定數(shù)量的HCO3-存在時，就必須有一定數(shù)量的溶解于水的CO2與之平衡。凡是溶解于水中的CO2 ，稱為游離CO2 。如果游離 CO2的含量能使上述反應(yīng)式既不向左也不向右進行，即反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，這時的CO2 稱為平衡CO2 ；如果水中的游離CO2 含量超過平衡CO2 時，上述反應(yīng)就要向右進行，即當遇到CaCO3物質(zhì)時，就要發(fā)生溶解，而使水中HCO3-增加，以趨達到新的反應(yīng)平衡。因此，水中超過平衡量的那一部分CO2，其中要有一部分用于新增加的HCO3-的平衡，而另一部分CO2 則消耗于對碳酸鹽的溶解,這被消耗的CO2 稱為侵蝕性CO2。地下水中有一定量的侵蝕CO2 存在，水便具有侵蝕性。 水中侵蝕性CO2 含量一般用實測方法確定也可從圖2-2中查出近似值。,水中侵蝕性CO2與游離CO2含量關(guān)系,2）硫酸性侵蝕 當SO42-含量大的水滲入碳酸鹽類物質(zhì)中時，便產(chǎn)生硫酸性侵蝕。它是由于SO42- 與碳酸鹽物質(zhì)中的一些組份發(fā)生化學作用形成結(jié)晶的硫酸鹽，在這種新的化合物形成過程中，體積膨脹，從而對碳酸鹽類物質(zhì)產(chǎn)生破壞： 4CaOAl 2O3 12H 2O+3CaSO4nH2O 3CaOAl2O3 3CaSO 4 30H2O+Ca(OH)2 (杰瓦鹽) 石膏是形成“杰瓦鹽”的中間產(chǎn)物。在“杰瓦鹽”的形成過程中，其體積成倍增大，對碳酸鹽巖或混凝土起著破壞作用。 3）鎂化性侵蝕 水中含有大量Mg2+時，將產(chǎn)生鎂化性侵蝕。含有大量鎂鹽（如MgCl2）的水，對水泥的破壞表現(xiàn)為MgCl2與混凝土中結(jié)晶的Ca(OH)2起交替反應(yīng)，結(jié)果形成Mg(OH)2和易溶于水的CaCl2而破壞混凝土。 此外，當水中含有大量的O2、H2S，且pH值較低時，對金屬鐵管有較強的腐蝕作用。,第三節(jié),地下水化學成分的形成和變化,地下水的化學成分是極為復雜的。不同成因的地下水，其原始成分不同。同一成因的地下水，由于后期循環(huán)過程中地質(zhì)條件的不同，可使其成分發(fā)生各種不同的變化。,可分三部分,一、不同成因地下水的原始化學成分,二、地下水化學成分的形成與變化作用,三、影響地下水化學成分形成的因素,地下水的成因有滲入、凝結(jié)、埋藏等。地下水源于： 大氣降水滲入或水汽凝結(jié)的：原始成分繼承滲入或凝結(jié)水源的基本特點，一般M都較低，且富含O2、N2、CO2等氣體； 地表水滲入的地下水與地表水成分特點相近似，它可以近似河、湖淡水而富含HCO3-成為低礦化水，可以近似海水而富含Cl-成為高礦化水； 古沉積盆地中的埋藏水，其化學成分與海、湖水相近，由Cl-、Na+ 組成其主要離子，并含有Br、B、I等微量元素。后來地質(zhì)變質(zhì)，比現(xiàn)代海水M更高（達數(shù)百g/L,現(xiàn)代海水常35g/L），微量元素也較高，長期封閉的還原環(huán)境，SO42-極少，而H2S含量增高。Ca2+含量較多； 巖漿分異及巖石變質(zhì)分解的水，研究不多，僅根據(jù)間歇泉觀察，知溫度高，礦化度低，富含Si，B，F(xiàn)等微量元素，及CO2、H2、CH4、H2S、NH3等氣體。,地下水化學成分的形成與變化作用,1.水與巖石的相互作用,2.地下水在自然環(huán)境中的物理、化學作用,3.地下水中微生物與有機質(zhì)的生物化學作用,1）溶濾作用,2）陽離子的交替吸附作用,1）溶濾作用 是巖石中的一部分物質(zhì)進入水中的作用。最基本作用。它破壞礦物結(jié)晶格架而使一部分元素進入水中；對巖石，它將可溶部分帶走 溶濾與溶解的區(qū)別：溶解是全部物質(zhì)進入水中，溶濾是部分物質(zhì)進入水中。廣義來說，溶濾作用包括溶解作用。 在風化殼中最廣。地下水交替循環(huán)強烈，溶濾作用的地下水成分，與地下水的周圍介質(zhì)巖石的性質(zhì)關(guān)系密切。 如石灰?guī)r區(qū)地下水多為低礦化的HCO3-Ca型水；花崗巖往往是HCO3-Na型水；富含石膏的沉積巖中的地下水SO42-及Ca2+含量常常較高；火山地區(qū)的地下水中F、B、Li等微量元素含量明顯增高；在有金屬硫化礦床的地帶，地下水中SO42-含量較高，且常含有某些金屬元素，如Cu、Pb、Zn、Si、Ni等。這些金屬元素在水中往往成為“水暈”，常可以據(jù)此找到這些原生礦床。,根據(jù)各種鹽類在蒸餾水中的溶解度，可將化合物劃分為以下幾類：,（1）極易溶解的（極易帶出的）化合物 屬于這類的有K和Na的鹵化物、硫酸鹽、碳酸鹽、氟酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽等。 （2）溶解的（可帶出的）化合物 屬于此類的有Ca、Mg、Ni、Zn、Fe、Mn、Cu的鹵化物和重碳酸鹽類。 （3）難溶解的（帶出微弱的）化合物 屬于此類的有Sr的硫酸鹽，Ba、 Sr、Zn、Ag的碳酸鹽和SiO2。 （4）最難溶的（活動性小的）化合物 屬于此類的有Pb、Cu、Ba的碳酸鹽，Zn、Cu、Mg的硅酸鹽及AgCl等。 （5）不溶解的（穩(wěn)定的）化合物 屬于此類的有Fe、Mn、Ti、Co的氫氧,地下水所處的環(huán)境（溫度、壓力）各處是不同的。 元素從風化殼巖石中被水帶出的能力，可用水遷移系數(shù)（Kx）來衡量。水遷移系數(shù)是指元素在水中的干涸殘渣的含量與這種元素在該區(qū)域巖石中含量之比。Kx值越大，說明元素在風化殼中被帶出的能力越強。從表2-1可清楚地看出，Cl、S最易從風化殼中被水帶出，Ca、Mg、Na、F次之，Si、Ni、Cu、Co、Mo、Mn較弱，最弱是Fe、Al、Ti、Sc、Zr等，它們以溶解的狀態(tài)遷移的能力很弱，甚至不遷移。,上述元素在風化殼中以水溶液的形式進行遷移的性質(zhì)，還決定于地質(zhì)條件及氣候條件。如一些極難溶的金屬硫化物，在地質(zhì)歷史進程中由于長期的物理化學作用的結(jié)果，使其發(fā)生氧化形成硫酸鹽類，而變得易于遷移；又如在沼澤地區(qū)，F(xiàn)e、Mn就很容易從風化殼中浸出，使水中Fe、Mn含量增高，因此上述系列在不同條件下是可以改變的。,2） 陽離子的交替吸附作用 土壤和巖石表面常帶負電荷，吸附陽離子，水中的離子與巖、土表面吸附的離子之間，常發(fā)生互相置換，從而改變地下水成分和性質(zhì)，這種作用稱為陽離子交替吸附作用（又稱膠體吸附作用）。 交替吸附作用的強弱，取決于巖、土對離子吸附能力的強弱以及水中離子成分、濃度和離子價的大小。,巖、土吸附能力的強弱與其比表面積大小相對應(yīng)。顆粒越細小，則比表面積越大，其吸附能力越強；水中離子濃度越大，越易被吸附；離子價越高，越易被吸附。離子被吸附的能力強弱順序如下：,Fe3+A13+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+,Ca2+的吸附能力大于Na+，常見地下水中的Ca2+交替吸附在巖石顆粒表面的Na+：,Ca2+（水中）2Na+（吸附的）2Na+（水中）Ca2+（吸附的）,2.地下水在自然環(huán)境中的物理、化學作用,在溫度、壓力及地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響下，發(fā)生蒸發(fā)濃縮、脫碳酸、混合作用,1）蒸發(fā)濃縮作用 在干旱、半干旱地區(qū)潛水，如我國西北、華北、東北地區(qū)發(fā)育的鹽堿土，,淺層地下水的水分，在太陽輻射熱能下升溫蒸發(fā)，水溶液逐漸濃縮。 鈣的碳酸鹽溶解度低，達到飽和沉淀析出，M逐漸增高。低M的HCO3-Ca型演化成中M的SO4-Ca型，最后為高M的ClSO4-Na型水。,蒸發(fā)濃縮引起地下水化學成分演變，在時間和空間上是連續(xù)的。礦化度逐漸增高，易溶鹽類逐漸在水中富集，某些鹽類從水中沉淀析出系列見圖2-3。同時，水中的一些重金屬元素如Fe、Zn、Cu及一些微量元素如F、Br、I、Li等含量也明顯增高。,圖2-3 蒸發(fā)時從水溶液中沉淀連續(xù)析出系列,蒸發(fā)濃縮作用深度不超過年常溫帶的深度。但地下水的活動及化學元素的擴散作用，影響深部地下水。如常溫帶以下，地溫增高，地下水受熱汽化，提高地下水的化學成分濃度，汽化的水沿裂隙上升，形成低礦化水,2）混合作用 兩種以上成分不同的地下水相遇后，其化學成分和礦化度都發(fā)生了變化，這種作用稱為混合作用。 如在海岸、河岸、深部鹵水、熱水及礦泉出露的地方以及各含水層之間發(fā)生互補時， 在人為因素灌溉水的滲入、在海岸附近開采淡水引起海水侵入等。,各種水混合時：簡單的物理混合，或是化合的化學反應(yīng)。 當參與混合的兩種水中鹽類的陰、陽離子的引力大致相等時，離子之間在碰撞過程中，就不會形成新的內(nèi)聚力比原有鹽類大的化合物，這時只有簡單的混合； 當參與混合的水中離子的引力不平衡，則可產(chǎn)生新的化合物。不同礦化度的水混合時，簡單混合與反應(yīng)混合常同時并存，還可能伴有其它作用，如交替吸附作用等，使混合物的成分變得復雜。,3.地下水中微生物與有機質(zhì)的生物化學作用,指有細菌參與的一些氧化還原作用。在強烈的還原條件下，脫硫細菌可使硫酸還原成H2S氣體，使水中SO42- 減少，HCO3- 增加，即發(fā)生脫硫酸作用：,SO42-2C2H2OH2S2HCO3-,在缺氧并有有機質(zhì)存的封閉地質(zhì)構(gòu)造（如儲油構(gòu)造）中。在氧化環(huán)境中，喜氧的細菌（如硫磺細菌）能使H2S及S氧化成硫酸：,2H2SO22H2O2S,2S3O22H2O4H+2SO42-,3） 脫碳酸作用 碳酸鹽類，當溫度升高或壓力減小時，水中CO2從水中逸出，水中的HCO3- 與Ca2+、Mg2+結(jié)合形成沉淀，這種使水中HCO3- 含量（同時也是Ca2+、Mg2+含量）減少的作用稱為脫碳酸作用。如某些泉附近的鈣華沉積，石灰?guī)r溶洞中的石鐘乳、石筍等的形成均與這種作用有關(guān)。溶解度取決于水中所含CO2的數(shù)量,三、影響地下水化學成分形成的因素,形成和改變地下水化學成分的作用能否進行及強度取決于地下水存在的環(huán)境條件。即地質(zhì)條件、自然地理條件及人類和微生物活動。,1.地質(zhì)條件,指巖性及地質(zhì)構(gòu)造。巖性對溶濾作用的影響明顯，地下水，一定含有與圍巖巖性相似的成分。 在開放的隆起構(gòu)造區(qū)，形成氧化環(huán)境，溶濾作用； 在封閉的向斜構(gòu)造盆地中，地下水交替遲緩，鹽分易于聚集，礦化度增加，利于脫硫酸作用； 在構(gòu)造變動劇烈的地帶，往往發(fā)育深大斷裂和構(gòu)造破碎帶，它們不僅影響著水的交替，同時也能將淺部地下水與深部地下水溝通，促使混合作用的形成和發(fā)展。,2.自然地理條件,1）氣候因素 蒸發(fā)和降水對溶濾作用、蒸發(fā)濃縮及生物化學作用均影響。 2）水文因素 地表水與地下水補給關(guān)系,3)地形因素 地形的起伏影響地下水的交替強度，影響地下水的化學成分。在切割強烈的山區(qū)，地下水徑流條件好、大，利于溶濾作用，溶濾出來的化學成分又能很快被水帶走，低M的HCO3型水。在地勢平坦或較低洼的地帶，鹽分堆積，M較高。 4)生物作用 動物排泄物中的Cl-、植物分泌有機酸等,3.人類的活動,人類利用和改造自然的過程中，影響很大 灌溉不當時，過多的地下水滲入地下，抬高了地下水位，使蒸發(fā)作用加強，促使地下水發(fā)生濃縮作用； 由于工業(yè)三廢（廢水、廢氣、廢渣） 農(nóng)業(yè)大量施用化肥，使其中的有害元素和成分（如酚、氰、砷、汞、鋅、鉛、鉻、錳、銅、亞硝酸等）進入土壤和水體，會使地下水化學成分發(fā)生改變； 生活廢水及人類的排泄物滲入地下進入地下水中，也造成地下水化學成分的變化。 在實際工作中，對于地下水化學成分形成、變化的認識，應(yīng)分析水化學成分的特點與地下水的補給、徑流、排泄之間的聯(lián)系。同時地下水化學成分是自然歷史過程中的產(chǎn)物，因此必須研究自然地質(zhì)歷史環(huán)境（地質(zhì)、地貌的發(fā)展歷史），綜合分析才能正確認識地下水化學成分形成的主導作用，并預測地下水化學成分的變化趨勢。,第四節(jié) 地下水化學成分的研究方法,一、水質(zhì)分析 取水樣,1.簡分析,2.全分析,3.專門分析,二、水質(zhì)分析成果的表示方法,1.離子毫克數(shù)表示法,2.離子毫克當量表示法,3.離子毫克當量百分數(shù)表示法,4.庫爾洛夫式表示法,5.圖示法,三、化學元素之間的比例系數(shù)在地下水化學成分研究中的意義,四、思考題,1.簡分析,了解區(qū)域地下水化學成分的一般特征及其變化規(guī)律。 特點是分析項目少，精度要求低，設(shè)備簡單，分析速度快，可在野外就地進行。簡易水質(zhì)分析箱。 簡分析項目：除物理性質(zhì)以外，一般只測定地下水的主要成分如Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-及pH值、總礦化度、總硬度等。 通過計算求得水中K+Na含量，并定性分析水中NO3-、NO2-、NH4+、Fe3+、Fe2+、H2S及CO 2等。 為了檢查和校核簡分析結(jié)果，可取一定數(shù)量的水樣作全分析。,2.全分析,全分析是在室內(nèi)實驗室進行的分析。 不是對所有成分都分析，項目較全、精度高。 除簡分析項目外還包括：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、HCO3-、SO42-、Cl-、CO32-、NO2-、NO3-、pH值、H2S、CO2、總硬度、耗氧量、干涸殘余物、灼熱殘渣、懸浮物、可溶性硅酸H3SiO4等。,3.專門分析,專門分析是根據(jù)研究工作任務(wù)的目的要求而進行的特定項目的分析。 如為尋找飲用水時，須進行細菌分析及有毒成分如As、Pb、F、Hg等項目的分析； 在工程建設(shè)中，須對地下水進行侵蝕性測定分析； 尋找多金屬礦床時，要求進行pH值、SO42-、Cl-及重金屬或稀有微量元素分析等。,二、水質(zhì)分析成果的表示方法,有離子毫克數(shù)表示法、離子毫克當量表示法、離子毫克當量百分數(shù)表示法、庫爾洛夫式表示法及圖示法等。,1.離子毫克數(shù)表示法 離子在水中的絕對含量（mg/L） 2.離子毫克當量表示法 離子在水中的毫克當量數(shù)來表示 可以反映各種離子間的數(shù)量關(guān)系和化學性質(zhì)。計算：,3.離子毫克當量百分數(shù)表示法,將1L水中陰、陽離子的總數(shù)各以100來計數(shù)。,便于將不同地下水成分進行比較。,因陰、陽離子是按等當量化合的，陰離子的毫克當量總數(shù)（r）應(yīng)與陽離子毫克當量的總數(shù)（r）相等。實際分析中相對誤差（e）一般e25即可，超標需重新分析。,4.庫爾洛夫式表示法,按照水中各種主要離子成分的相對含量大小，以一種分子式的形式表示水的化學成分，該分子式稱庫爾洛夫式：,陰、陽離子均依含量遞減次序排列，含量小于10的離子在式中不表示出來；各種成分含量一律標在該成分符號的右下角；各元素的原子數(shù)均移至上角。當涌水量已知時可將涌水量Q（