地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分課件

1、第3章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分第1頁(yè)，共83頁(yè)。第2頁(yè)，共83頁(yè)。 地殼表層有兩個(gè)熱能來(lái)源：一個(gè)是太陽(yáng)的輻射，另一是來(lái)自地球內(nèi)部的熱流。 地殼表層可分為變溫帶、常溫帶及增溫帶。3.1 地下水的地下水的物理性質(zhì)（1）溫度 地下水的物理性質(zhì)通常是指溫度、顏色、味、嗅、透明度、比重、導(dǎo)電性、放射性等。第3頁(yè)，共83頁(yè)。變溫帶 受太陽(yáng)輻射影響的地表極薄的帶。由于太陽(yáng)輻射能的周期變化，呈現(xiàn)地溫的晝夜變化和季節(jié)變化。 地溫的晝夜變化只影響地表以下12m深。 變溫帶的下限深度一般為1530m。此深度地溫年變化小于0.1。第4頁(yè)，共83頁(yè)。常溫帶 地溫一般比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁馗叱?-2。在粗略計(jì)算時(shí)，可將當(dāng)?shù)?/p>

2、的多年平均氣溫作為常溫帶地溫。第5頁(yè)，共83頁(yè)。常溫帶第6頁(yè)，共83頁(yè)。常溫帶第7頁(yè)，共83頁(yè)。增溫帶 常溫帶以下，地溫受地球內(nèi)熱影響，通常隨深度加大而有規(guī)律地升高。 增溫帶中的地溫變化可用【地溫梯度】表示。地溫梯度是每增加單位深度時(shí)地溫的增值，一般以/100m為單位。 溫度每升高1所需增加的深度（m）稱為【地?zé)嵩鰷丶?jí)】（m/）一般地區(qū)為：33m/近代火山活動(dòng)地區(qū)為：1m/；如西藏羊八井達(dá)到0.3m/前寒武紀(jì)地區(qū)為：100m/第8頁(yè)，共83頁(yè)。（2）顏色由于含有某種離子較多，或者富集懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)（3）味取決于水中溶解的鹽類和有機(jī)質(zhì)二氧化碳清涼可口重碳酸鈣味美可口氯化鈉咸味硫酸鈉澀味氯化鎂

3、或硫酸鎂苦味氯化亞鐵墨水味有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)甜味，但不宜飲用氯化鐵鐵銹味第9頁(yè)，共83頁(yè)。（4）嗅（氣味）取決于所含的氣體成分與有機(jī)物質(zhì)硫化氫臭雞蛋腐殖質(zhì)霉味亞鐵離子鐵腥味（5）透明度含有泥沙、腐殖質(zhì)等的原因（6）比重因溫度、礦化度不同，比重不同第10頁(yè)，共83頁(yè)。（7）導(dǎo)電性因?yàn)楹懈鞣N離子成分離子濃度越高，溫度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng) 根據(jù)地下水的導(dǎo)電性，可以區(qū)分含水層和隔水層、礦水和淡水，也可以根據(jù)導(dǎo)電性圈定富水地帶，尋找斷裂破碎帶（8）放射性取決于其中放射性物質(zhì)的含量 地下水按放射性元素的含量（g/L）分為強(qiáng)放射性水，中等放射性水和弱放射性水以鐳為例10-9g/L10-10g/L強(qiáng)中等弱第11頁(yè)，

4、共83頁(yè)。 福島第一核電站運(yùn)營(yíng)商?hào)|京電力公司發(fā)言人松茂直之3月31日說(shuō)，東電3月30日11時(shí)10分從1號(hào)反應(yīng)堆地下15米處采集地下水樣本。 檢測(cè)結(jié)果顯示，每千克樣本碘131放射性活度為430貝克勒爾，超過(guò)政府規(guī)定安全水平1萬(wàn)倍。第12頁(yè)，共83頁(yè)。3.2.1 地下水中主要?dú)怏w成分 各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)以及微生物等 主要的氣體組分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳?xì)浠衔锛吧倭康亩栊詺怏w。 來(lái)源：空氣（O2、N2、CO2）、生物化學(xué)（H2S、CH4、N2、CO2），化學(xué)及核反應(yīng)（He、Rn） 氣體成分存在的意義：氣體成分能夠說(shuō)明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境；地下水中的有些氣體

5、會(huì)增加水溶解鹽類的能力，促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)。3.2 地下水的化學(xué)成分第13頁(yè)，共83頁(yè)。1）氧（O2） 溶解于水中的氧稱為“溶解氧”，其溶解量隨水的礦化度升高、埋藏深度增加、溫度升高、大氣壓力 降低 而 降低。氧的溶解度含量分布特征 A）地下水中溶解的含量，一般在015mg/L B）地下水中的O2隨深度增加而減少（由于氧化作用耗氧所致） C）缺氧環(huán)境各地深度不一，主要取決于地下水與大氣的隔離度第14頁(yè)，共83頁(yè)。1）氧（O2）氧的來(lái)源A）主要來(lái)源于大氣，O2占大氣21%，所以地下水中O2濃度主要取決于地下水與大氣的隔離程度；B）水生植物光合作用釋放氧，光合作用把CO2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2C）放射性作用使水

6、或水中有機(jī)物質(zhì)分解而釋出氧。第15頁(yè)，共83頁(yè)。氧的水文地球化學(xué)作用 A）O2決定地下水的氧化還原狀態(tài)，從而影響水中元素的遷移。 如在含氧多的地下水中，F(xiàn)e形成高價(jià)化合物而從中沉淀； 反之，地下水中含O2少，形成低價(jià)態(tài)化合物而易于在水中遷移 B）對(duì)金屬材料具有侵蝕作用。 如自來(lái)水管的銹蝕。第16頁(yè)，共83頁(yè)。2)氮（N2）來(lái)源 A）主要來(lái)自大氣，N2占大氣的78%。 B）在封閉缺氧的地質(zhì)構(gòu)造，由于去硝化作用將NO3-和NO2-轉(zhuǎn)為N2。第17頁(yè)，共83頁(yè)。2)氮（N2） A）由于N2的化學(xué)性質(zhì)不及氧活潑，它的分布隨深度的減少，不及O2明顯 B）大氣中的惰性氣體（Ar/氬、Kr/氪、Xe/氙xi

7、n）與N2的比例恒定，即：（Ar+Kr+Xe）/N2=0.0118。 比值等于此數(shù)，說(shuō)明N2是大氣起源的；小于此數(shù)，則表明水中含有生物起源或變質(zhì)起源的N。分布特征第18頁(yè)，共83頁(yè)。3)硫化氫（H2S）pH值H2S在水溶液中含量（%）游離H2SHS-S2-599.140.86691.978.73753.3946.61810.0489.9691.1198.830.04100.1199.530.36110.1196.493.50 天然水中，H2S能以溶解氣體及硫氫酸的離解形式存在：地下水中H2S的存在形式A）在酸性介質(zhì)中（pH6.5），呈H2S溶解氣體的形式存在B）在堿性介質(zhì)中（pH7.5），呈H

8、S-形式存在；C）中性介質(zhì)（pH6.57.5），H2S、HS-各占一部分。水中H2S衍生物的比例與pH值的關(guān)系 由于H2S的二級(jí)電離常數(shù)極小，所以S2-在水中極少見(jiàn)第19頁(yè)，共83頁(yè)。分布特征 A）一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。 B）在油田地下水及現(xiàn)代火山活動(dòng)區(qū)地下水中，H2S含量較高，可達(dá)幾十g/L幾百mg/L。H2S的存在說(shuō)明地下水處于還原環(huán)境。來(lái)源 A）有機(jī)物來(lái)源：含硫蛋白質(zhì)的分解，經(jīng)常出現(xiàn)在生物殘骸腐爛的地方。 B）無(wú)機(jī)來(lái)源：缺氧條件下，脫硫酸作用使硫酸鹽還原分解而產(chǎn)生H2S；火山噴發(fā)氣體的析出。第20頁(yè)，共83頁(yè)。4）二氧化碳（CO2）基本概念A(yù)）游離CO2 溶解于水中的

9、CO2統(tǒng)稱為游離CO2B）平衡CO2與HCO3-相平衡的CO2，稱為平衡CO2C）侵蝕性CO2當(dāng)水中“游離CO2”，大于“平衡CO2”時(shí)，多余部分的CO2對(duì)碳酸和金屬構(gòu)件等具有侵蝕性，這部分CO2，即為“侵蝕性CO2”第21頁(yè)，共83頁(yè)。來(lái)源A）空氣中的CO2空氣中的CO2按體積只占0.3%，可造成水中0.5mg/L的CO2B）土壤中生物化學(xué)作用的CO2（植物呼吸有有機(jī)物分解） 土壤上中各種各樣的有機(jī)物，在微生物的作用下分解產(chǎn)生CO2 如在地下6米深的空氣中含7%的CO2，比地面空氣中的含量增加很多倍，從而土壤上CO2成為淺部地下水中CO2的主要來(lái)源C）深部地殼中發(fā)生的各種變質(zhì)作用產(chǎn)生的CO2

10、第22頁(yè)，共83頁(yè)。D）幔源碳逸出E）巖漿分異作用產(chǎn)生的CO2 地幔中含豐富的CO2和CH4等氣體，它們可沿切穿地幔的大型斷裂構(gòu)造進(jìn)入地殼淺部的地下水，其中CH4等碳?xì)浠衔镌谏仙^(guò)程中被氧化成CO2巖漿分異的氣體中，CO2僅次于水蒸汽占第2位分布特征 A）一般地下水中游離CO2為1540mg/L，很少超過(guò)150mg/L B）礦泉水中CO2含量很高，幾百mg/L至幾十 g/L。 如：江西崇仁馬鞍坪溫泉CO2=750mg/L，江西尋烏溫泉CO2=1193mg/L。前蘇聯(lián)高加索礦水區(qū)，地下1300m深處碳酸水，CO24000mg/L C）現(xiàn)代火山活動(dòng)區(qū)，地下水中CO250010000mg/L。第2

11、3頁(yè)，共83頁(yè)。碳酸水的利用A）天然飲料礦泉水：水中CO2大于250mg/LB）碳酸泉：水中CO2大于750mg/LC）碳酸飲料具有良好的醫(yī)療作用，增進(jìn)食欲，改善消化功能等D）醫(yī)療：治療高血壓、冠心病及外傷潰瘍。5）甲烷（CH4） CH4是最簡(jiǎn)單的有機(jī)物，它可由有機(jī)質(zhì)的各種生物化學(xué)作用產(chǎn)生。一般地下水中含量不高，只有在封閉的還原環(huán)境的地下水中達(dá)到較高含量。 石油及鹵水中CH4含量很高：四川某鹵水開(kāi)采區(qū)，井下4500m以下的地下鹵水中，10%為CH4氣體。當(dāng)?shù)叵滤杏辛蛩猁}時(shí)，甲烷能促使還原而產(chǎn)生H2S氣體，甲烷是強(qiáng)還原環(huán)境標(biāo)志之一。第24頁(yè)，共83頁(yè)。3.2.2 地下水中的主要離子成分Cl、S

12、O42、 HCO3（ CO32）Na、 K、 Ca2、 Mg2第25頁(yè)，共83頁(yè)。 一般情況下，隨著總礦化度（溶解性總固體/TDS）的變化，地下水中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化。 低礦化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+為主； 高礦化水則以C1-及Na+為主； 中等礦化的地下水中，陰離子常以SO42-為主，主要陽(yáng)離子則可以是Na+，也可以是Ca2+。這是因?yàn)椋旱叵滤谐Ｒ?jiàn)鹽類的溶解度（0，單位g/L）鹽類溶解度鹽類溶解度鹽類溶解度NaClKClMgCl2CaCl2350290558.1（18）731.9（18）Na2SO4MgSO4CaSO4502701.9Na2CO3MgCO319

13、3.9（18）0.1第26頁(yè)，共83頁(yè)。 總的來(lái)說(shuō)，氯鹽的溶解度最大，硫酸鹽次之，碳酸鹽較小。鈣的硫酸鹽，特變是鈣、鎂的碳酸鹽，溶解度最小；隨著礦化度增大，鈣、鎂的碳酸鹽首先達(dá)到飽和并沉淀析出，繼續(xù)增大時(shí)，鈣的硫酸鹽也飽和析出，因此，高礦化水中便以易容的氯和鈉占優(yōu)勢(shì)了（由于氯化鈣的溶解度更大，因此在礦化度異常高的地下水中以氯和鈣為主）1）氯離子（Cl）遷移性能A）不形成難溶化合物；B）不被膠體所吸附；C）不被生物所吸附第27頁(yè)，共83頁(yè)。 A）來(lái)自沉積巖中所含巖鹽或其它氯化物的溶解； B）來(lái)自巖漿巖中含氯礦物。 氯磷灰石Ca5（PO4）3Cl、方鈉石NaAlSiO4NaCl的風(fēng)化溶解； C）來(lái)

14、自海水。海水補(bǔ)給地下水，或者來(lái)自海面的風(fēng)將細(xì)沫狀的海水帶到陸地，使地下水中Cl-增多； D）來(lái)自火山噴發(fā)物的溶濾； E）人為污染：工業(yè)、生活污水及糞便中含有大量C1-。來(lái)源分布規(guī)律 地下水中的Cl含量從幾mg/L至100mg/L以上均有。地下水中的Cl含量隨地下水礦化度的增高而增高。在高礦化度水中，占陰離子首位，形成氯化物水。第28頁(yè)，共83頁(yè)。2）硫酸根（SO42）遷移性能 遷移性能較強(qiáng)，僅次于Cl。SO42的遷移性能受下列四個(gè)因素控制： A）水中SO42易與Ca2、Ba2、Sr2等離子形成難溶鹽。 B）熱帶潮濕地區(qū)土壤中的Fe(OH)2、Al(OH)22膠體可以吸附SO42。 C）易被生物

15、吸收，硫是蛋白質(zhì)的組成部分。 D）脫硫酸作用：在缺氧、有脫硫酸菌存在的情況下，SO42被還原成H2S等的過(guò)程。第29頁(yè)，共83頁(yè)。分布規(guī)律 A）隨地下水礦化度增高，SO42含量增加，但增加速度明顯落后于Cl。在中等礦化度水中，常成為含量最多的陰離子 B）在某些特殊情況下，地下水中含量可達(dá)到很高，例如硫化礦氧化帶中的礦坑水，石膏層地下水。來(lái)源A）石膏、硬石膏及含硫酸鹽的沉積物。 B）硫化物及天然硫的氧化，則使本來(lái)難溶于水的S以SO42-形式大量進(jìn)入水中。例如：（黃鐵礦）第30頁(yè)，共83頁(yè)。C）火山噴發(fā)物中的硫和硫化物的氧化D）酸雨，大氣降水中的SO42E）有機(jī)物的分解F）生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水 由

16、于CaSO4的溶解度較小，限制了SO42-在水中的含量，所以地下水中的SO42-遠(yuǎn)不如C1-來(lái)得穩(wěn)定，最高含量也遠(yuǎn)低于C1-。來(lái)源2）硫酸根（SO42）第31頁(yè)，共83頁(yè)。3）HCO3 和 CO32分布規(guī)律 HCO3在低礦化度水中主導(dǎo)地位，在陰離子中占首位。在某些含CO2的水中，HCO3含量可達(dá)1000mg/L以上。 例如橫逕（贛南）溫泉水中HCO3含量高達(dá)2253mg/L，強(qiáng)堿、強(qiáng)酸水中，HCO3極少見(jiàn)。天然水中CO32含量一般很低，但在蘇打水中可達(dá)到很高。第32頁(yè)，共83頁(yè)。來(lái)源A）大氣中CO2的溶解B）各種碳酸鹽類（石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）及膠結(jié)物的溶解和溶濾C）巖漿巖與變質(zhì)巖地區(qū)，HC

17、O3主要來(lái)自鋁硅酸鹽礦物的風(fēng)化溶解3）HCO3 和 CO32第33頁(yè)，共83頁(yè)。4）鈉離子（Na+） 鈉離子在低礦化水中的含量一般很低，僅數(shù)毫克/升到數(shù)十毫克/升，但在高礦化度水中則是主要的陽(yáng)離子，其含量最高可達(dá)數(shù)十克/升。B）巖鹽礦床及火成巖和變質(zhì)巖中含鈉的礦物的風(fēng)化、溶解A）來(lái)自于海水分布規(guī)律來(lái)源如鈉長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、霞石 （鈉的鋁硅酸鹽）第34頁(yè)，共83頁(yè)。5）鉀離子（K+） 鉀離子的來(lái)源以及在地下水中的分布特點(diǎn)，與鈉相近。它來(lái)來(lái)自含鉀鹽類沉積巖的溶解，以及巖漿巖、變質(zhì)巖中含鉀礦物的風(fēng)化溶解。在低礦化水中含量甚微，而在高礦化水中較多。 雖然在地殼中，鉀的含量與鈉相近，鉀鹽的溶解度也相當(dāng)大。但

18、是，在地下水中，K+的含量要比Na+少得多，這是因?yàn)椋篕+大量地參與形成不溶于水的次生礦物（水云母、蒙脫石、絹云母）易為植物攝取分布規(guī)律及來(lái)源K+與Na+少的比較第35頁(yè)，共83頁(yè)。6）鈣離子（Ca2+） 鈣是低礦化地下水這的主要陽(yáng)離子，其含量一般不超過(guò)數(shù)百毫克/升，在高礦水中，由于陰離子主要是Cl-，而CaCl2的溶解度相當(dāng)大，故Ca2+的絕對(duì)含量顯著增大，但通常仍遠(yuǎn)低于Na+。礦化度格外高的水，鈣也可稱為主要離子。分布規(guī)律 碳酸鹽類沉積物及含石膏沉積物的以及巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈣礦物的風(fēng)化溶解。來(lái)源第36頁(yè)，共83頁(yè)。7）鎂離子（Mg2+） Mg2+在地礦化水中含量通常較Ca2+少，通常不成

19、為地下水中的主要離子，部分原因是由于地殼組成中Mg比Ca少。 含鎂的碳酸鹽類沉積（白云巖、泥灰?guī)r），此外還來(lái)自巖漿巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物的風(fēng)化溶解。分布規(guī)律來(lái)源第37頁(yè)，共83頁(yè)。3.2.3 地下水中的其它成分1）膠體成分硅酸 弱酸，離解程度很小。 在水中的含量一般每升十分之幾毫克，少數(shù)達(dá)幾毫克；但在堿性熱水中，可達(dá)到100mg/L。 南方多雨潮濕的結(jié)晶巖地區(qū)，在一些低礦化度水中富集了硅酸鹽型水。粘土礦物即是硅鋁酸化合物膠體，最簡(jiǎn)單的形式如Al2O32SiO22H2O，硅鋁酸陰離子使粘土膠體離子帶有負(fù)電荷，是吸附陽(yáng)離子的主要原因。結(jié)合水陽(yáng)離子交替吸附第38頁(yè)，共83頁(yè)。 膠體氫氧化鐵在地殼中分布

20、很廣，也是鐵在天然水中存在的主要形式之一。 在還原環(huán)境中，地下水中的鐵通常以低價(jià)Fe2+出現(xiàn)，亞鐵離子在水中是不穩(wěn)定的，極易氧化成氫氧化鐵析出：氫氧化鐵氫氧化鋁 氫氧化鋁膠體主要由鋁硅酸鹽風(fēng)化分解而來(lái)，但很不穩(wěn)定，容易形成水礬土、葉臘石等此生礦物，氫氧化鋁在地下水中含量不高。第39頁(yè)，共83頁(yè)。2）有機(jī)質(zhì) 地下水中的有機(jī)質(zhì)大部分由腐殖質(zhì)組成，它是有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物分解后再合成的一種褐色或黑褐色的膠體物質(zhì)。沼澤地區(qū)的地下水，有機(jī)質(zhì)含量高，呈酸性，油田水中的有機(jī)質(zhì)含量最高達(dá)n10-3。大氣降水和海洋水中有機(jī)質(zhì)含量最少，其他地下水中含量只有n10-5。 構(gòu)成有機(jī)質(zhì)的主要元素碳、氫、氧占98.5%，此外還

21、有少量的氮、磷、硫、鉀、鈣等元素。 地下水中有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源是土壤或巖石石油天然氣的溶解，細(xì)菌或生物的作用，沿海鹽水的入侵等。此外工業(yè)廢水、石油、天然氣、煤等礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)，農(nóng)業(yè)灌溉以及城市污染等也能形成有機(jī)質(zhì)。第40頁(yè)，共83頁(yè)。3）細(xì)菌成分（微生物） 地下水中的細(xì)菌成分來(lái)自生活污水、生物制品、造紙等各種工業(yè)廢水，這些污水中往往含有個(gè)中病原菌，流入水體后會(huì)傳染各種疾病。此外，人類及動(dòng)物的排泄物也能產(chǎn)生致病菌，污染地下水。水的名稱菌度/mL衛(wèi)生的水300比較衛(wèi)生的水100不可靠的水10不衛(wèi)生的水1極不衛(wèi)生的水0.1地下水衛(wèi)生狀況按菌度劃分表第41頁(yè)，共83頁(yè)。3.2.4 地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容與分類

22、圖示1 地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容 2 地下水的總礦化度及化學(xué)成分表示式一、離子表示方法1）離子毫克數(shù)簡(jiǎn)分析與全分析地下水補(bǔ)給來(lái)源的分析第42頁(yè)，共83頁(yè)。2）離子毫克當(dāng)量數(shù) 元素互相化合時(shí)，皆以當(dāng)量為準(zhǔn)。以離子在水中的當(dāng)量數(shù)來(lái)表示化學(xué)成分，可以反映各種離子之間數(shù)量關(guān)系和水化學(xué)性質(zhì)。離子的當(dāng)量 = 離子量（原子量） / 離子價(jià)1L水中某離子的毫克當(dāng)量數(shù)=該離子的毫克數(shù) / 該離子的當(dāng)量 水中陰、陽(yáng)離子的當(dāng)量總數(shù)應(yīng)該相等。否則就有錯(cuò)誤，或者還有某些離子沒(méi)有測(cè)出。據(jù)此原理，可以檢查分析成果的正確性。第43頁(yè)，共83頁(yè)。3）離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù) 為了將礦化度不同的水進(jìn)行比較和確定水的化學(xué)類型，通常將陰陽(yáng)

23、離子當(dāng)量總數(shù)各作為100%來(lái)計(jì)算。 離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)可按下公式計(jì)算：第44頁(yè)，共83頁(yè)。二、庫(kù)爾洛夫式表示法 庫(kù)爾洛夫式是用分?jǐn)?shù)的形式來(lái)表示水化學(xué)成分的，分子表示陰離子，分母表示陽(yáng)離子，單位為毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，排列次序從左到右為含量減少方向。 含量小于10%毫克當(dāng)量的離子不列入示內(nèi)。 氣體成分及特殊組分，礦化度（M），列在分式的左邊，單位為g/L，右邊列上水溫（t），pH值等。 表示式中各種含量一律標(biāo)于該成分符合的右下角，將右下角的原子數(shù)移至右上角，例如：第45頁(yè)，共83頁(yè)。例題現(xiàn)有河北某區(qū)水化學(xué)分析結(jié)果如下（單位：mg/L）離子成分：K+：27.40，Na+：12.46，Ca2+：66.56

24、，Mg2+：16.14，NH4+：0.28，Cl：35.20，SO42：68.67，HCO3：160.49，NO3：61.66微量組分：F：0.11，Sr：0.37，H2SO3：17.78，CO2：1.33其他要素：M=386.51，pH=7.8，t=20，Q=15.78L/s第46頁(yè)，共83頁(yè)。第47頁(yè)，共83頁(yè)。第48頁(yè)，共83頁(yè)。3）各離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù) 庫(kù)爾洛夫式是用分?jǐn)?shù)的形式來(lái)表示水化學(xué)成分的，分子表示陰離子，分母表示陽(yáng)離子，單位為毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，排列次序從左到右為含量減少方向。 含量小于10%毫克當(dāng)量的離子不列入示內(nèi)。 表示式中各種含量一律標(biāo)于該成分符合的右下角，將右下角的原子數(shù)

25、移至右上角，例如：第49頁(yè)，共83頁(yè)。第50頁(yè)，共83頁(yè)。例題現(xiàn)有河北某區(qū)水化學(xué)分析結(jié)果如下（單位：mg/L）離子成分：K+：27.40，Na+：12.46，Ca2+：66.56，Mg2+：16.14，NH4+：0.28，Cl：35.20，SO42：68.67，HCO3：160.49，NO3：61.66微量組分：F：0.11，Sr：0.37，H2SO3：17.78，CO2：1.33其他要素：M=386.51，pH=7.8，t=20，Q=15.78L/s第51頁(yè)，共83頁(yè)。1 溶濾作用1）定義：水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中2）結(jié)果：巖土失去一部分可溶物質(zhì)，地下水則補(bǔ)充了新的組

26、分3）溶解的過(guò)程4）溶解與結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行溶解度5）不同鹽類具有不同的溶解度（原因）水是偶極分子結(jié)晶格架中的鹽類離子不同鹽類，結(jié)晶格架中離子間的吸引力不同3.3 地下水的化學(xué)成分的形成與演變第52頁(yè)，共83頁(yè)。6）溫度對(duì)溶解度的影響 隨著溫度上升，結(jié)晶格架內(nèi)離子的振蕩運(yùn)動(dòng)加劇，離子間引力削弱，水的極化分子易于將離子從結(jié)晶格架上拉出。因此，鹽類溶解度通常隨溫度上升而增大。 但是，某些鹽類例外，如 Na2SO4 在溫度上升時(shí)，由于礦物結(jié)晶中的水分子逸出，離子間引力增大，溶解度反而降低； CaCO3 及 MgCO3的溶解度也隨溫度上升而降低，這與下面所說(shuō)的脫碳酸作用有關(guān)。第53頁(yè)，共83頁(yè)。7）溶濾作用

27、的強(qiáng)度（巖土中的組分轉(zhuǎn)入水中的速率）與下列因素有關(guān)：組成巖土的礦物鹽類的溶解度 NaCl與SiO2比較巖土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基巖，水難以與礦物鹽類接觸，溶濾作用便也無(wú)從發(fā)生。水的溶解能力決定著溶濾作用的強(qiáng)度 總的說(shuō)來(lái)，低礦化水溶解能力強(qiáng)而高礦化水弱。水中CO2、O2等氣體成分的含量決定著某些鹽類的溶解能力 如水中CO2含量愈高，溶解碳酸鹽及硅酸鹽的能力愈強(qiáng)。O2的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈強(qiáng)。水的流動(dòng)狀況第54頁(yè)，共83頁(yè)。水的流動(dòng)狀況 流動(dòng)停滯的地下水，最終將失去溶解能力，溶濾作用便告終止。地下水流動(dòng)迅速，礦化度低的、含有大量CO2、O2的大氣降水和地表水，不斷更新含水層中原有的

28、溶解能力已經(jīng)趨于飽和的水，溶濾作用便持續(xù)地強(qiáng)烈發(fā)育。 地下水的徑流與交替強(qiáng)度是決定溶濾作用強(qiáng)度的最活躍最關(guān)鍵的因素8）溶濾作用與純化學(xué)的溶解作用的區(qū)別溶濾作用時(shí)間上的階段性 溶濾作用是一種與一定的自然地理與地質(zhì)環(huán)境相聯(lián)系的歷史過(guò)程。第55頁(yè)，共83頁(yè)。 經(jīng)受構(gòu)造變動(dòng)與剝蝕作用的巖層，接受來(lái)自大氣圈及地表水圈的入滲水補(bǔ)給而開(kāi)始其溶濾過(guò)程。 設(shè)想巖層中原來(lái)含有包括氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及硅酸鹽等各種礦物鹽類。 開(kāi)始階段，氯化物最易于由巖層轉(zhuǎn)入水中，而成為地下水中主要化學(xué)組分。 隨著溶濾作用延續(xù)，巖層含有的氯化物由于不斷轉(zhuǎn)入水中并被水流帶走而貧化，相對(duì)易溶的硫酸鹽成為遷入水中的主要組分。 溶濾作用長(zhǎng)

29、期持續(xù)，巖層中保留下來(lái)的幾乎只是難溶的碳酸鹽及硅酸鹽，地下水的化學(xué)成分當(dāng)然也就以碳酸鹽及硅酸鹽為主了。 因此，一個(gè)地區(qū)經(jīng)受溶濾愈強(qiáng)烈，時(shí)間愈長(zhǎng)久，地下水的礦化度愈低，愈是以難溶離子為其主要成分。第56頁(yè)，共83頁(yè)。溶濾作用空間上的差異性難溶離子的相對(duì)含量也就愈高 氣候愈是潮濕多雨地質(zhì)構(gòu)造的開(kāi)啟性愈好巖層的導(dǎo)水能力愈強(qiáng)地形切割愈強(qiáng)烈地下徑流與水交替愈迅速巖層經(jīng)受的溶濾便愈充分保留的易溶鹽類便愈貧乏地下水的礦化度愈低8）溶濾作用與純化學(xué)的溶解作用的區(qū)別第57頁(yè)，共83頁(yè)。2 濃縮作用 溶濾作用將巖土中的某些成分溶入水中，地下水的流動(dòng)又把這些溶解物質(zhì)帶到排泄區(qū)。 在干旱半干旱地區(qū)的平原與盆地的低洼處

30、，地下水位埋藏不深，蒸發(fā)成為地下水的主要排泄去路。 由于蒸發(fā)作用只排走水分，鹽分仍保留在余下的地下水中，隨著時(shí)間延續(xù)，地下水溶液逐漸濃縮，礦化度不斷增大。1）濃縮作用的過(guò)程（定義）第58頁(yè)，共83頁(yè)。2 濃縮作用2）濃縮作用對(duì)地下水礦化度的影響 隨著地下水礦化度上升，溶解度較小的鹽類在水中相繼達(dá)到飽和而沉淀析出，易溶鹽類（如 NaCl）的離子逐漸成為水中主要成分。 未經(jīng)蒸發(fā)濃縮前隨著蒸發(fā)濃縮繼續(xù)濃縮水“走”鹽“留”第59頁(yè)，共83頁(yè)。3）產(chǎn)生濃縮作用必須同時(shí)具備的條件干旱或半干旱的氣候；較淺的地下水位埋深；有利于毛細(xì)作用的顆粒細(xì)小的松散巖土；空間上位于地下水流動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)匯排泄處。 干旱氣候下，

31、濃縮作用的規(guī)模從根本上說(shuō)取決于地下水流動(dòng)系統(tǒng)的空間尺度以及其持續(xù)的時(shí)間尺度。第60頁(yè)，共83頁(yè)。思考：純粹的蒸發(fā)濃縮作用有什么不同之處？第61頁(yè)，共83頁(yè)。 水中的CO2溶解度受環(huán)境的溫度和壓力控制。CO2的溶解度隨溫度升高或壓力降低而減少，一部分CO2將成為游離CO2從水中逸出，這便是脫碳酸作用。 脫碳酸的結(jié)果：地下水中HCO3-及Ca2+，Mg2+減少，礦化度降低：思考： 1）深部地下水上升成泉，泉口往往形成鈣華（石灰華） 2）溫度較高的深層地下水3 脫碳酸作用第62頁(yè)，共83頁(yè)。3 脫碳酸作用壯觀的黃龍鈣華第63頁(yè)，共83頁(yè)。3 脫碳酸作用 含碳酸氫鈣的地?zé)崴咏统雎队诘乇頃r(shí)，因二氧化

32、碳大量逸出而形成碳酸鈣的化學(xué)沉淀物。 鈣華礦物成分主要為方解石和文石；質(zhì)硬，致密，細(xì)晶質(zhì)，塊狀，空心或?qū)嵭那驙睿癜寤虮?，具纖維或同心圓狀結(jié)構(gòu)。鈣華體形態(tài)異離多變，常見(jiàn)鈣華錐、丘、扇、鐘乳石等。藏北高原龍馬爾熱泉區(qū)的“鈣華石林”舉世無(wú)匹，細(xì)高的鈣華柱高達(dá)7米。鈣華一般為低溫地?zé)犸@示。鈣華礦物以方解石最普遍，當(dāng)結(jié)晶速度較快時(shí)，才能產(chǎn)出文石型鈣華。泉水中鍶離子濃度增加將有利于文石鈣華的形成，而堿金屬氯化物則不利于文石的形成。高溫?zé)崛话愠恋砦氖?，但如二氧化碳不大量逸出，則僅形成方解石。天然鈣華中未發(fā)現(xiàn)球霰石。鈣藻的活動(dòng)對(duì)鈣華的形成也有一定的影響。 非熱泉的碳酸鈣化學(xué)沉積最好叫石灰華。第64頁(yè)，共

33、83頁(yè)。4 脫硫酸作用 在還原環(huán)境中，當(dāng)有有機(jī)質(zhì)存在時(shí)，脫硫酸細(xì)菌能使SO42-還原為H2S： 結(jié)果使地下水中SO42-減少以至消失，HCO3增加，pH值增大。應(yīng)用舉例： 封閉的地質(zhì)構(gòu)造，如儲(chǔ)油構(gòu)造，是產(chǎn)生脫硫酸作用的有利環(huán)境。因此，某些油由水中出現(xiàn)H2S，而SO42含量很低。這一特征可以作為尋找油田的輔助標(biāo)志。第65頁(yè)，共83頁(yè)。5 陽(yáng)離子交替吸附作用定義：巖土顆粒表面帶有負(fù)電荷，能夠吸附陽(yáng)離子。一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽(yáng)離子，而將其原來(lái)吸附的部分陽(yáng)離子轉(zhuǎn)為地下水中的組分，這便是陽(yáng)離子交替吸附作用。 （1）不同的陽(yáng)離子，其吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小順序?yàn)椋篐+

34、Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ 離子價(jià)愈高，離子半徑愈大，水化離子半徑愈小，則吸附能力愈大。H+則是例外。第66頁(yè)，共83頁(yè)。 如：當(dāng)含Ca2+為主的地下水，進(jìn)入主要吸附有Na+的巖土?xí)r，水中的Ca2+便置換巖土所吸附的一部分Na+，使地下水中Na+增多而Ca2+減小。 比表面積：固體有一定的幾何外形，借通常的儀器和計(jì)算可求得其表面積。但粉末或多孔性物質(zhì)表面積的測(cè)定較困難，它們不僅具有不規(guī)則的外表面，還有復(fù)雜的內(nèi)表面。通常稱1g固體所占有的總表面積為該物質(zhì)的比表面積S（specificsurfacearea,/g） 多孔物比表面積的測(cè)量，無(wú)論在科研還是工業(yè)生產(chǎn)中都具有十分

35、重要的意義。一般比表面積大、活性大的多孔物，吸附能力強(qiáng)。第67頁(yè)，共83頁(yè)。（2）陽(yáng)離子交替吸附作用的規(guī)模取決于巖土的吸附能力。 巖土的吸附能力決定于巖土的比表面積。 顆粒愈細(xì)，比表面積愈大，交替吸附作用的規(guī)模也就愈大。 因此，粘土及粘土巖類最容易發(fā)生交替吸附作用，而在致密的結(jié)晶巖中，實(shí)際上不發(fā)生這種作用。（3）地下水中某種離子的相對(duì)濃度增大，則該種離子的交替吸附能力（置換沿途所吸附的離子的能力）也隨之越大。當(dāng)?shù)叵孪滤蠳a+為主（海水），而沿途中原來(lái)吸附有較多的Ca+？第68頁(yè)，共83頁(yè)。6 混合作用 定義：成分不同的兩種水匯合在一起，形成化學(xué)成分與原來(lái)兩者都不相同的地下水，這便是混合作用。

36、范圍：海濱、湖畔或河邊，地表水往往混入地下水中；深層地下水補(bǔ)給淺部含水層時(shí)，則發(fā)生兩種地下水的混合。 當(dāng)以SO42、Na+為主的地下水，與HCO3、Ca2+為主的水混合時(shí)：結(jié)果：石膏沉淀析出，形成以HCO3及Na+為主的地下水。兩種水的混合也可能不產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。 如：NaCl+Mg(HCO3)2Ca（HCO3）2+Na2SO4CaSO4+2NaHCO3第69頁(yè)，共83頁(yè)。7 生物化學(xué)作用 地下水中有機(jī)物質(zhì)的含量與微生物的活動(dòng)，對(duì)地下水化學(xué)成分的演變有特殊的作用。 許多研究證明，無(wú)論是埋藏不深的潛水，還是循環(huán)在1000m或更大深度的地下水中，微生物都有能力發(fā)展和活動(dòng)。 微生物還能夠適應(yīng)很寬

37、的溫度范圍，即從零下幾度到零上85 微生物分為好氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌兩種。 好氧細(xì)菌僅僅生活在有自由氧存在的地方，它利用氧來(lái)呼吸。有自由氧的條件，存在于潛水； 厭氧細(xì)菌生活在沒(méi)有自由氧中，但對(duì)它必須的氧，它可以從有機(jī)氧化物中或從礦物鹽類硝酸鹽、硫酸鹽等重取得。存在于封閉的含水層。第70頁(yè)，共83頁(yè)。7 生物化學(xué)作用1）硫黃細(xì)菌，它能使H2S和S氧化成硫酸2H2S+O22H2O+S2S2+3O2+2H2O2H2SO4硫酸又和水中的碳酸鹽中和成為硫酸鹽沉淀析出：H2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO22）去硫細(xì)菌，脫硫酸作用第71頁(yè)，共83頁(yè)。3.4 不同環(huán)境地下水的化學(xué)特征與人類生存的分類第72頁(yè)，共83頁(yè)。1 人類活動(dòng)在地下水化學(xué)成分形成中的作用 1）人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物污染地下水； 工業(yè)生產(chǎn)的廢氣、廢水與廢渣以及農(nóng)業(yè)上大量使用化肥農(nóng)藥，使天然地下水富集了原來(lái)含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、鉻、亞硝酸等； 濱海地區(qū)過(guò)量開(kāi)采地下水引起海水入侵； 不合理的打井采水使咸水運(yùn)移； 干旱半干旱地區(qū)不合理地引入地表水灌溉，引起大面積次生鹽漬化等。 2）人為作用大規(guī)模地改變了地下水形成條件，從而使地下水化學(xué)成分發(fā)生變化。第73頁(yè)，