第4章 地下水的化學成分及其形成作用

1、第4章 地下水的化學成分及其形成作用 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 第四章 地下水的物理性 質(zhì)和化學成分 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 本章內(nèi)容 第一節(jié) 其次節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 第六節(jié) 第七節(jié) 地下水的物理性質(zhì) 地下水的化學成分 地下水主要化學性質(zhì) 地下水化學成分的形成 地下水化學成分的基本成因類型 地下水化學成分討論方法 煤礦區(qū)地下水化學特征 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 第一節(jié) 地下水的物理性質(zhì) company logo 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水的溫度1、地溫影響地溫的熱源：太陽輻射和地熱 地溫可分三個帶：變溫帶 常溫帶增溫帶 地熱增溫率oc/100m 地熱增溫級m/oc 年常溫帶

2、深度 z ln a0 ln a x kt 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水的溫度 地熱增溫率：oc/100m 地熱增溫級：m/不同地區(qū)由干巖石的導熱性、地殼運動和水文地質(zhì)條件的不同， 地熱增溫級有所變化。 我國部分地區(qū)地熱增溫級 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水的溫度2、地下水的溫度 計算地下深處的水溫(溫泉水的循環(huán)深度) h h th tb g thh深度處地下水的溫度，oc tb年常溫帶溫度，oc h地下水循環(huán)深度，m 地下水按溫度分類 h年常溫帶深度，m g地熱增溫級，m/oc 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 二、地下水的顏色 地下水一般無色 地下水的顏色的測定比色管 三、地下水的透亮

3、度 透亮度分級： 測定方法：量筒(高100cm,直徑3cm)+黑十字線(粗3mm) 透亮的無懸浮物，60cm水深見圖像 半透亮的少量懸浮物，3060cm水深見圖像微透亮的有較多懸浮物，30cm水深見圖像 不透亮的大量懸浮物，似乳狀，水深很小也看不清圖像 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 四、地下水的氣味 取決于水中所含的氣體成分和有機質(zhì)的含量 氣味強度等級：0 i ii iii iv 無 極微弱 弱 顯著 強 沒有任何氣味 有閱歷分析者能察覺 留意辨別時，一般人能察覺 易察覺，不處理不能飲用 氣味引人留意，不能飲用 v 極強 氣味劇烈撲鼻，不能飲用 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 其次節(jié) 地下水的化學成分

4、地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 地下水化學成分的特點：地下水不是純的h2o,而是成分簡單自然溶液。 水是良好的溶劑，在空隙中運移時，可溶解巖石中的成分。 在自然界水循環(huán)過程中，地下水與大氣圈、水圈與生物圈同時發(fā)生著水量和化學成分的交換。 化學成分：氣體成分、離子成分、膠體物質(zhì)、有機質(zhì)等。 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 地下水化學成分討論的意義理論上：揭示地下水的形成和起源地下水的化學成分是地下水與環(huán)境(自然地理、地質(zhì)背景以及 人類活動)長期相互作用的產(chǎn)物。一個地區(qū)地下水的化學面貌， 反映了該地區(qū)地下水的歷史演化。 討論地下水的化學成分，可以回溯一個地區(qū)的水文地質(zhì)歷史， 闡明地下水的起源與形成。 實際應用

5、：水質(zhì)評價不同的用水目的在利用地下水時，對水 的質(zhì)量有肯定要求(如： 飲用水、鍋爐用水、地下水對混凝土的侵蝕性等) 討論方法：討論地下水的化學成分與作用必需與地下水的流淌條件結合 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水主要的氣體成分氧(o2)、氮(n2)、二氧化碳(co2) 硫化氫(h2s)、甲烷(ch4), 常見氣體成分與地下水所處環(huán)境和地下水來源有關 二、地下水中主要離子成分 地下水中含量多的有七種離子陰離子： hco3- , so42- , cl陽離子： ca2+, mg2+, k+, na+ 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水主要的氣體成分地下水中常見的氣體成分1、氧(oxygen,

6、o2)、氮(nitrogen, n2) 起源：大氣圈，隨降水入滲進入含水層中，如富含o2與n2 說明地下水是大氣起源的，氮還有生物起源與變質(zhì)起源 環(huán)境：在封閉環(huán)境下，氧被耗盡只剩下n2,指示水是大氣起源且 處于封閉環(huán)境 2、硫化氫(h2s)、甲烷(ch4) 這兩種氣體都是在較封閉環(huán)境中，在有機質(zhì)與微生物參加的生物 化學過程中形成。還原環(huán)境下： so42- h2s,成煤過程，煤田水 成油過程，油氣藏，油田水 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水主要的氣體成分3、二氧化碳(co2)大氣降水中的co2含量較低，地下水中co2主要源于土壤層(入滲過程溶于水中):有機質(zhì)殘骸發(fā)酵產(chǎn)生、 植物呼吸作用產(chǎn)生

7、碳酸鹽巖地層：在深部高溫下，也可變質(zhì)生成co2 人類活動：在化石燃料(煤、石油、自然氣),導致大氣中的co2增加，(增長20%) 地下水中co2增加，水對碳酸鹽巖的溶解、結晶巖風 化溶解力量愈強！ 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 一、地下水主要的氣體成分4、硫化氫(h2s) 地下水中消失h2s和ch4,意義恰好和消失o2相反，說明處于還原的地球化學環(huán)境。 來源(1)生物化學作用so42-+2c+2h2o2hco3-+h2s (2)地殼深部的變質(zhì)作用及火山作用 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 二、地下水中主要離子成分水中離子成分主要取決于：元素的豐度(克拉克值):某元素在地殼化學成分中的 重量百分比； 元素

8、組成的化合物在水中的溶解度 地殼中主要元素有哪些？地殼中豐度較高的元素：si、al、fe (地下水中低) 地殼中豐度較低的元素：cl、s、c (地下水中高) 地下水中主要離子有：陰離子：hco3-、so42-、cl- 陽離子：ca2+、mg2+、k+、na+ 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 二、地下水中主要離子成分主要離子構成的鹽類溶解度有關：碳酸鹽類 硫酸鹽類 氯化物 常見離子在水中的相對含量與地下水中的總固體溶解物 (tds)或礦化度有關： 礦化度(g/l) :低(1) 陰 離 子: 陽 離 子: hco3ca2+ 中(1-10) so42ca2+,mg2+ 高(10-30) clna+,k+ 水中陰離子在地下水水流過程的(分布)變化 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 二、地下水中主要離子成分地下水水流過程的陰離子變化 cl+ + + + so42+ + + hco3+ + + 地質(zhì)工程水文地質(zhì)學幻燈片 二、地下水中主要離子成 分地下水中主要離子成分來源 低礦化度水中的常見離子： hco3-,ca2+,mg2+,常來源 于沉積鹽巖、巖漿巖、變質(zhì)巖的風化溶解高礦化度水中的常見離子：cl-,na+,k+,沉積鹽巖(鈉 鹽、鉀鹽)的溶解、變質(zhì)巖風化溶解，海水影響，人為污染 中等礦化度的常見離子： so42-:沉積鹽類溶解、金屬硫化物的氧化、火山噴發(fā) h2s氣體氧化、人類活動燃燒煤