水文地質(zhì)學基礎(chǔ) 地下水的化學成分及其形成作用課件

提綱概述地下水的化學特征地下水的溫度地下水化學成分形成作用地下水的基本成因類型地下水化學成分分析及其圖示案例提綱水文地球化學：研究地下水中化學元素的遷移、集聚與分散規(guī)律研究意義：地下水起源和形成礦產(chǎn)資源的形成和勘察水質(zhì)評價醫(yī)療礦水研究原則：考慮地下水水質(zhì)演變所具時間上的繼承性，從水與環(huán)境長期相互作用的角度出發(fā)，揭示地下水化學演變的內(nèi)在依據(jù)與規(guī)律

概述水文地球化學：研究地下水中化學元素的遷移、集聚與分散規(guī)律研地下水的化學特征氣體組分主要氣體組分：O2、N2、CO2、CH4、H2S等

一般含量為n-n×10mg/lL研究意義:說明地下水所處的水文地球化學環(huán)境：氧化環(huán)境、還原環(huán)境有些氣體增加水溶解鹽類的能力，促進水巖反應地下水的化學特征氣體組分主要氣體組分：氧（O2）、氮（N2）來源：O2：大氣：大氣降水、地表水入滲補給N2：大氣：大氣降水、地表水入滲補給；生物、變質(zhì)起源指示意義：O2與N2共存：來源于大氣并處于氧化環(huán)境O2高：氧化環(huán)境N2單獨存在：可能起源于大氣，且為還原環(huán)境惰性氣體（Ar,Kr,Xe）與N2的比值：（Ar,Kr,Xe）/N2=0.0118，則N2為大氣起源（Ar,Kr,Xe）/N2

＜0.0118，則N2為生物或變質(zhì)起源氧（O2）、氮（N2）指示意義：二氧化碳（CO2）來源：大氣：大氣降水、地表水入滲補給土壤：植物根系呼吸作用和有機質(zhì)分解深部高溫下，碳酸鹽巖地層的變質(zhì)作用CaCO3=CaO+CO2，SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2意義：溶解的CO2越多，地下水溶解某些礦物的能力越強二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）、H2S來源：在封閉還原環(huán)境，有機質(zhì)與微生物參與的生物化學過程形成火山噴發(fā)

H2S還可來自硫化礦物分解指示意義：封閉還原環(huán)境H2S一般出現(xiàn)在深層地下水中，油田水中含量很高，常以此作為尋找石油的間接標志SO42-→H2S甲烷（CH4）、H2S離子組分地下水的化學性質(zhì)指標溶解性總固體(TDS)：溶解在水中的無機鹽和有機物的總稱。不包括懸浮物和溶解氣體等成分。單位：mg/L、g/L礦化度：是指地下水中各種離子、分子與化合物的總量。單位mg/L、g/LTDS求算方法：105~110℃時將水蒸發(fā)所得的干涸殘余物總量陰陽離子總和（水質(zhì)全分析）減去HCO3-含量之半表征離子組分地下水的化學性質(zhì)指標地下水中主要離子含量與TDS的關(guān)系地下水中主要離子成分隨總?cè)芙夤腆w的變化而變化。溶解度由大而小的順序是Cl->SO42->HCO3-低礦化水中HCO3-,Ca2+,Mg2+為主中等礦化水中陰離子SO42-為主，陽離子以Na+,Ca2+為主高礦化水中Cl-,Na+為主鹵水中以CaCl2為主地下水中主要離子含量與TDS的關(guān)系地下水中主要CompanyLogo++++++++++Cl-++++++++SO42-+++++++HCO3-水中陰離子在地下水水流過程的（分布）變化CompanyLogo++++++++Cl-++++++氯離子Cl-來源沉積巖中巖鹽、氯化物的溶解（鈉鹽、鉀鹽）巖漿巖含氯礦物氯磷灰石、方鈉石的風化溶解；火山噴發(fā)物的溶濾海水人為污染：工業(yè)、生活污水和糞便特點溶解度大，隨礦化度增大，含量增大在水中最為穩(wěn)定：不為植物和細菌攝取，不被土壤顆粒表面吸附，水中遷移能力強氯離子Cl-SO42-的來源沉積巖鹽類、石膏的溶解金屬硫化物的氧化（煤系地層）火山噴發(fā)人類活動產(chǎn)生SO2“酸雨”（黃鐵礦）SO42-的特點水中遷移能力很強，但次于Cl-

含量由數(shù)mg/L~數(shù)十g/L

硫酸根SO42-SO42-的來源沉積巖鹽類、石膏的溶解（黃鐵礦）SO42-HCO3-

、Ca2+、Mg2+碳酸鹽類、石膏沉積物等的溶解巖漿巖和變質(zhì)巖地區(qū)鋁硅酸鹽礦物的溶解（鈉/鈣長石、橄欖石等）泥灰?guī)r白云巖鈣長石

大理巖來源HCO3-

通常是低TDS水的主要陰離子低TDS地下水中Mg2+含量通常低于Ca2+HCO3-、Ca2+、Mg2+碳酸鹽類、石膏沉積物等的

沉積巖中巖鹽的溶解（鉀鹽）巖漿巖變質(zhì)巖中含鉀礦物的風化溶解K+特點：含量通常較Na+低；高TDS水中含量較多為植物攝取參與形成不溶于水的次生礦物（水云母、蒙脫石、絹云母等）來源沉積巖中巖鹽的溶解（鉀鹽）K+特點：含量通常較Na+低；沉積巖中巖鹽的溶解（鈉鹽）巖漿巖和變質(zhì)巖的風化溶解海水Na+酸性巖漿巖區(qū)常形成Na-HCO3型水

水中陽離子以Na+為主時，HCO3-濃度可超過與Ca2+伴生時的上限來源沉積巖中巖鹽的溶解（鈉鹽）Na+酸性巖漿巖區(qū)常形成Na-H同位素組分何為同位素穩(wěn)定同位素和放射性同位素

常用穩(wěn)定同位素：18O、2H（D）、13C、34S、15N、87Sr、37Cl等常用放射性同位素：3H（T）、14C、222Rn、36Cl、129I等同位素的功用：計時（時鐘）和示蹤（示蹤劑）同位素組分何為同位素同位素：示蹤劑全球大氣降水同位素分布（Frankenbergetal.,2009）

水循環(huán)中的水穩(wěn)定同位素分餾87Sr/86Sr識別混合關(guān)系大氣降水線：GMWL與LMWL水文地質(zhì)過程的識別同位素：示蹤劑全球大氣降水同位素分布（Frankenb放射性同位素：時鐘在確定地下水年齡上，常采用放射性同位素方法，據(jù)放射性同位素衰變原理，利用同位素衰變方程確定地下水年齡：式中：C0為補給時放射性同位素濃度（也稱輸入函數(shù))C為計算時放射性同位素濃度不同定年方法適用的時間尺度放射性同位素也可用于示蹤放射性同位素：時鐘在確定地下水年齡上，常采用放射性同位素方法其它組分次要離子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO-、CO32-、SiO32-、PO43-等微量組分：Br、I、F、B、Sr等膠體：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3有機質(zhì)：可增加地下水的酸度，有利于還原微生物：①氧化環(huán)境：硫細菌、鐵細菌等；②還原環(huán)境：脫硫酸細菌等；③污染水：致病細菌其它組分次要離子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、地下水的溫度地殼表層的熱源：太陽輻射+地球內(nèi)部的熱流。地殼表層按熱量平衡關(guān)系分帶：

變溫帶：地溫主要受太陽輻射影響的地表極薄的地帶。下限15-30m

常溫帶：地溫基本等于當?shù)仄骄隁鉁氐牡貛АＭǔ８叱龃髿饽昃鶞囟?-2oC

增溫帶：地溫主要受地球內(nèi)熱影響的地帶。地溫梯度為noC/100m，一般為3oC/100m，介于1.5-4.0oC/100m之間。西藏羊八井地溫梯度為300oC/100m（地熱異常）T=t+(H–h)×r地下水的溫度地殼表層的熱源：太陽輻射+地球內(nèi)部的熱流。T=t地下水化學成分形成作用溶濾作用定義：水與巖土相互作用，使巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中，即溶濾作用。其結(jié)果是：巖土失去部分可溶物質(zhì)，而地下水中相應補充了新的組分。如：CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+巖土組分溶解的決定因素礦物的溶解度

巖土的空隙特征

水的溶解能力鹽類溶解與溫度的關(guān)系地下水化學成分形成作用溶濾作用定義：水與巖土相互作用，使巖濃縮作用定義：蒸發(fā)濃縮作用是地下水通過蒸發(fā)排泄而引起水中成分的濃縮，使水中鹽分濃度增大、礦化度增高的現(xiàn)象必備條件：干旱半干旱的氣候低平地勢控制下的水位埋深小的地下水排泄區(qū)松散巖土顆粒細小，毛細作用強具有時間和空間的尺度濃縮作用定義：蒸發(fā)濃縮作用是地下水通過蒸發(fā)排泄而引起水中成分脫碳酸作用廣西百色羅妹蓮花洞鈣華臺地定義：脫碳酸作用是在溫度升高、壓力降低的情況下CO2自水中逸出而HCO3-含量則因形成碳酸鹽沉淀減少的過程Ca2+/Mg2++2HCO3-→CO2↑+H2O+Ca/MgCO3↓土耳其西代尼茲利省的棉花堡鈣華池脫碳酸作用廣西百色羅妹蓮花洞鈣華臺地定義：脫碳酸作用是在溫度脫硫酸作用定義：脫硫酸作用是在封閉缺氧的還原環(huán)境中，有機物和脫硫酸細菌作用下，硫酸鹽分解為H2S和HCO3-的生物化學過程：SO22-+2C+2H2O→H2S+2HCO3-

封閉的地質(zhì)構(gòu)造為其有利環(huán)境，油水中有H2S，為找油標志反硝化作用：水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亞硝酸鹽和硝酸鹽、最后排出自由氮的過程，是水中富含N2和CO2硝化作用：有機質(zhì)分解產(chǎn)生的酸在硝化菌作用下使銨氧化生成亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程硝化、反硝化作用脫硫酸作用定義：脫硫酸作用是在封閉缺氧的還原環(huán)境中，有機物陽離子交替吸附作用定義：陽離子交替吸附作用是地下水與巖石相互作用，巖石顆粒表面吸附的陽離子被水中陽離子置換，并使水化學成分發(fā)生改變的過程吸附能力：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+陽離子交替吸附作用取決于巖土的吸附能力、巖土的比表面積、離子的相對濃度陽離子交替吸附作用定義：陽離子交替吸附作用是地下水與巖石相混合作用定義：混合作用是指兩種或兩種以上不同成分水之間的混合，使原水的化學成分發(fā)生改變的作用。物理混合：不發(fā)生化學反應化學混合：發(fā)生化學反應，如：Ca(HCO3)2+Na2SO4

→CaSO4↓+2NaHCO3混合作用定義：混合作用是指兩種或兩種以上不同成分水之間的混合人類活動對地下水化學成分的影響污染物排放如：工業(yè)“三廢”、農(nóng)藥化肥的使用通過改變地下水形成條件而改變地下水的化學成分，如：濱海地區(qū)過量開采地下水引起海水入侵不合理的打井采水使咸水運移干旱區(qū)不合理引入地表水灌溉，使淺層地下水位上升，引起大面積次生鹽漬化，并使淺層地下水變咸咸水區(qū)挖渠打井，降低地下水位，減少蒸發(fā)量，可使地下水淡化；或引區(qū)外淡的地表水合理補給地下水，可使地下水變淡人類活動對地下水化學成分的影響污染物排放地下基本成因類型及其化學特征溶濾水定義：由富含CO2和O2的水滲入補給并溶濾其所流經(jīng)巖土而獲得主要化學成分的地下水其成分受巖性、氣候、地形等因素的影響。在大范圍上，受氣候控制而有分帶性巖性石灰?guī)r、白云巖區(qū)，水中HCO3-、Ca2+、Mg2+為主含石膏的沉積巖區(qū)，水中SO42-、Ca2+較多酸性巖漿巖區(qū)，多為HCO3—Na型水基性巖漿巖區(qū)，水中常富含Mg2+煤系地層、金屬硫化物礦床分布區(qū)，多為硫酸鹽水氣候：控制地下水循環(huán)速率、蒸發(fā)強度

地形：控制地下水循環(huán)速率地下基本成因類型及其化學特征溶濾水定義：由富含CO2和O干旱區(qū)山間盆地地下水化學分帶最為典型干旱區(qū)山間盆地地下水化學分帶最為典型定義：與沉積物大體同時形成由古地表水演變而成的古地下水。是在沉積過程中保存在沉積物空隙中的水例子：海相淤泥水海水：TDS~35g/L，γNa/γCl（毫克當量比）=0.85，Cl/Br（質(zhì)量比）=29.3海相淤泥水：常含大量有機質(zhì)和各種微生物，處于缺氧環(huán)境，利于生物化學作用?；瘜W特征：

TDS很高，可達300g/LSO42-減少或消失出現(xiàn)H2S、CH4、銨、氮

pH值增高鈣Ca2+含量相對增加，Na+減少，rNa/rCl<0.85

富集Br、I，Cl/Br變小 沉積水沉積水內(nèi)生水定義：源自地球深部層圈的地下水，亦即來自地球內(nèi)部在巖漿冷卻等地質(zhì)作用下形成的地下水典型化學特征不明俄羅斯花崗巖包體中水：TDS~100-200g/L

冰島玄武巖區(qū)熱蒸汽冷凝水：TDS1-2g/L，為HS·HCO3-Na型內(nèi)生水地下水化學成分分析及其圖示

地下水化學分析內(nèi)容簡分析：測試項目少、要求精度低。用于了解區(qū)域地下水化學成分概貌物理性質(zhì)（溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等）、HCO3-,SO42-,Cl-,Ca2+,總硬度、pH值、TDS；NO3-,NO2-,NH4+,Fe2+,Fe3+,H2S、耗氧量。單位為mg/L,mmol/L等全分析：測試項目多、要求精度高。用于全面了解地下水化學成分化學成分HCO32-,CO32-,SO42-,Cl-,NO3-,NO2-；Ca2+,Mg2+,Na+,K+,NH4+,Fe2+,Fe3+,Mn2+；H2S、CO2、耗氧量；總硬度、pH值、TDS；微量元素、痕量元素；研究水的侵蝕性時需分水的侵蝕性CO2。單位為mg/Lmmol/L專項分析：視不同應用目的而定細菌類、放射性、重金屬、有機組分等地下水化學成分分析及其圖示地下水化學分析內(nèi)容簡分析：測水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件地下水化學特征分類及圖示步驟：將陰、陽離子分別列于橫線上、下，按離子含量的毫克當量百分數(shù)（meq%）自大到小依次排列毫克當量百分數(shù)小于10%的離子不予表示橫線前依次表示特殊組分、氣體、TDS（M），三者單位均為g/L

橫線后為水溫t（℃）庫爾洛夫式以類似數(shù)學分式形式表示單個水樣化學成分的含量和組成簡明反應水化學成分特點地下水化學特征分類及圖示步驟：庫爾洛夫式水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件據(jù)地下水中6種主要離子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-，K+合并于Na+）及TDS劃分將6種主要離子中毫克當量>25%的陰、陽離子組合為49型水，以阿拉伯數(shù)字為代號按TDS（M）的大小劃分為4組A組——M≤1.5g/LB組——1.5＜M≤10g/LC組——10＜M≤40g/LD組——M＞40g/L將水化學類型用數(shù)字（1～49）與字母（A、B、C或D）組合表達，如1-A含量超過25%毫克當量的離子組合HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249舒卡列夫分類優(yōu)點簡明易懂，在我國廣泛應用從圖表的左上角向右下角大體與地下水總的礦化作用過程一致缺點以25％毫克當量為劃分水型的依據(jù)帶有主觀性；在分類中，對大于25％毫克當量的離子未反映其大小的次序，刻畫水質(zhì)變化不夠細致?lián)叵滤?種主要離子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3派珀三線圖(Pipertrilineardiagram)任一水樣的陰陽離子的相對含量在兩個三角形中以帶標號的圓圈表示，引線在菱形中的交點處以圓圈表示，其大小與TDS成正比派珀三線圖(PipertrilineardiagraPiper三線圖分區(qū)優(yōu)點不受人為影響從菱形中可看出水樣的一般化學特征，在三角形中可以看出各種離子的相對含量將一個地區(qū)的水樣標在圖上，可以分析地下水化學成分的演變規(guī)律

老子山地熱田及鄰區(qū)地質(zhì)圖位于洪澤湖南岸、老子山東北淮河口熱田區(qū)海拔12~13m；西部緊鄰老子山-佛窩低山殘丘區(qū)，海拔50~140m老子山地熱田地層綜合柱狀圖案例：中低溫對流型地熱系統(tǒng)成因老子山地熱田及鄰區(qū)地質(zhì)圖位于洪澤湖南岸、老子山東北淮河口老子老子山地熱田T1-T2井地熱地質(zhì)剖面圖（顧萍等,2001）

老子山地熱田淺部地溫等值線圖（顧萍等,2001）老子山熱田位于NW向張性斷裂與NNE向左行壓性、壓扭性平移斷層交匯處地下水活動對地溫場產(chǎn)生顯著擾動

熱水通道老子山地熱田T1-T2井地熱地質(zhì)剖面圖（顧萍等,2001）

補給來源老子山地熱田及鄰區(qū)水樣Langelier-Ludwig圖老子山地熱田及鄰區(qū)水樣穩(wěn)定同位素組成水化學類型為Na-Ca-SO4-Cl型，TDS2000mg/L；第四系地下水存在熱水混入老子山T1和T3井地熱水同位素組成最為虧損補給來源老子山地熱田及鄰區(qū)水樣Langelier-Lud老子山地熱水與地下水、洪澤湖水的混合關(guān)系圖補給高程H=(δ18Ogw

-

δ18Or)/gradδ18O

+Hrgradδ18O=-0.2‰δ18Or=-7.9‰和

-7.7‰Hr

=27m和15m補給高程=177m和265m補給區(qū)位于盱眙南部丘陵區(qū)熱水年齡T1井水樣氚濃度為13.8TU，而T3井為1.1TU選擇T3井14C數(shù)據(jù)算得地下水年齡約2900~7800aB.P.T3T1T3T1T3T1T3T1老子山地熱水與地下水、洪澤湖水的混合關(guān)系圖補給高程T3T1

熱儲溫度與循環(huán)深度井號井口溫度Na-K溫標Na-K-Ca溫標K-Mg溫標玉髓溫標α-方英石溫標β-方英石溫標無定形二氧化硅溫標石英溫標石英溫標T3601859438735222819310390據(jù)化學溫標估算的熱儲溫度老子山地熱田T3井水樣log(Q/K)-溫度圖熱儲溫度約為73~120℃地熱水循環(huán)深度約為2350~4200mZ=Z0+(TR

-T0)/gradTZ0=20mT0=14.7℃gradT=2.5℃/100m熱儲溫度與循環(huán)深度井號井口Na-KNa-K-Ca溫標K老子山地熱系統(tǒng)屬中低溫對流型NNE向斷裂控熱，NW斷裂控水補給區(qū)位于熱田南部約60km處盱眙縣南部至張八嶺一帶丘陵區(qū)熱水循環(huán)深度2350~4200m，周期2900~7800年，溫度73~120℃老子山地熱田成因模式概念圖

概念模式老子山地熱系統(tǒng)屬中低溫對流型老子山地熱田成因模式概念圖本章小結(jié)

地下水的化學成分和同位素成分

地下水化學成分的形成作用

地下水成因分類

地下水化學分析與圖示表達F-Cl-NO3-SO42-HCO3-K+Ca2+Na+Mg2+3.8754.30.91900.3230.478.0478.0704.0107.0作業(yè)天津某地熱水水化學分析結(jié)果如下（濃度單位：mg/L；水溫63℃）試寫出其庫爾洛夫式按舒卡列夫分類確定其水質(zhì)類型做Piper三線圖本章小結(jié)地下水的化學成分和同位素成分F-Cl-NO3ThanksforyourattentionThanksforyourattention提綱概述地下水的化學特征地下水的溫度地下水化學成分形成作用地下水的基本成因類型地下水化學成分分析及其圖示案例提綱水文地球化學：研究地下水中化學元素的遷移、集聚與分散規(guī)律研究意義：地下水起源和形成礦產(chǎn)資源的形成和勘察水質(zhì)評價醫(yī)療礦水研究原則：考慮地下水水質(zhì)演變所具時間上的繼承性，從水與環(huán)境長期相互作用的角度出發(fā)，揭示地下水化學演變的內(nèi)在依據(jù)與規(guī)律

概述水文地球化學：研究地下水中化學元素的遷移、集聚與分散規(guī)律研地下水的化學特征氣體組分主要氣體組分：O2、N2、CO2、CH4、H2S等

一般含量為n-n×10mg/lL研究意義:說明地下水所處的水文地球化學環(huán)境：氧化環(huán)境、還原環(huán)境有些氣體增加水溶解鹽類的能力，促進水巖反應地下水的化學特征氣體組分主要氣體組分：氧（O2）、氮（N2）來源：O2：大氣：大氣降水、地表水入滲補給N2：大氣：大氣降水、地表水入滲補給；生物、變質(zhì)起源指示意義：O2與N2共存：來源于大氣并處于氧化環(huán)境O2高：氧化環(huán)境N2單獨存在：可能起源于大氣，且為還原環(huán)境惰性氣體（Ar,Kr,Xe）與N2的比值：（Ar,Kr,Xe）/N2=0.0118，則N2為大氣起源（Ar,Kr,Xe）/N2

＜0.0118，則N2為生物或變質(zhì)起源氧（O2）、氮（N2）指示意義：二氧化碳（CO2）來源：大氣：大氣降水、地表水入滲補給土壤：植物根系呼吸作用和有機質(zhì)分解深部高溫下，碳酸鹽巖地層的變質(zhì)作用CaCO3=CaO+CO2，SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2意義：溶解的CO2越多，地下水溶解某些礦物的能力越強二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）、H2S來源：在封閉還原環(huán)境，有機質(zhì)與微生物參與的生物化學過程形成火山噴發(fā)

H2S還可來自硫化礦物分解指示意義：封閉還原環(huán)境H2S一般出現(xiàn)在深層地下水中，油田水中含量很高，常以此作為尋找石油的間接標志SO42-→H2S甲烷（CH4）、H2S離子組分地下水的化學性質(zhì)指標溶解性總固體(TDS)：溶解在水中的無機鹽和有機物的總稱。不包括懸浮物和溶解氣體等成分。單位：mg/L、g/L礦化度：是指地下水中各種離子、分子與化合物的總量。單位mg/L、g/LTDS求算方法：105~110℃時將水蒸發(fā)所得的干涸殘余物總量陰陽離子總和（水質(zhì)全分析）減去HCO3-含量之半表征離子組分地下水的化學性質(zhì)指標地下水中主要離子含量與TDS的關(guān)系地下水中主要離子成分隨總?cè)芙夤腆w的變化而變化。溶解度由大而小的順序是Cl->SO42->HCO3-低礦化水中HCO3-,Ca2+,Mg2+為主中等礦化水中陰離子SO42-為主，陽離子以Na+,Ca2+為主高礦化水中Cl-,Na+為主鹵水中以CaCl2為主地下水中主要離子含量與TDS的關(guān)系地下水中主要CompanyLogo++++++++++Cl-++++++++SO42-+++++++HCO3-水中陰離子在地下水水流過程的（分布）變化CompanyLogo++++++++Cl-++++++氯離子Cl-來源沉積巖中巖鹽、氯化物的溶解（鈉鹽、鉀鹽）巖漿巖含氯礦物氯磷灰石、方鈉石的風化溶解；火山噴發(fā)物的溶濾海水人為污染：工業(yè)、生活污水和糞便特點溶解度大，隨礦化度增大，含量增大在水中最為穩(wěn)定：不為植物和細菌攝取，不被土壤顆粒表面吸附，水中遷移能力強氯離子Cl-SO42-的來源沉積巖鹽類、石膏的溶解金屬硫化物的氧化（煤系地層）火山噴發(fā)人類活動產(chǎn)生SO2“酸雨”（黃鐵礦）SO42-的特點水中遷移能力很強，但次于Cl-

含量由數(shù)mg/L~數(shù)十g/L

硫酸根SO42-SO42-的來源沉積巖鹽類、石膏的溶解（黃鐵礦）SO42-HCO3-

、Ca2+、Mg2+碳酸鹽類、石膏沉積物等的溶解巖漿巖和變質(zhì)巖地區(qū)鋁硅酸鹽礦物的溶解（鈉/鈣長石、橄欖石等）泥灰?guī)r白云巖鈣長石

大理巖來源HCO3-

通常是低TDS水的主要陰離子低TDS地下水中Mg2+含量通常低于Ca2+HCO3-、Ca2+、Mg2+碳酸鹽類、石膏沉積物等的

沉積巖中巖鹽的溶解（鉀鹽）巖漿巖變質(zhì)巖中含鉀礦物的風化溶解K+特點：含量通常較Na+低；高TDS水中含量較多為植物攝取參與形成不溶于水的次生礦物（水云母、蒙脫石、絹云母等）來源沉積巖中巖鹽的溶解（鉀鹽）K+特點：含量通常較Na+低；沉積巖中巖鹽的溶解（鈉鹽）巖漿巖和變質(zhì)巖的風化溶解海水Na+酸性巖漿巖區(qū)常形成Na-HCO3型水

水中陽離子以Na+為主時，HCO3-濃度可超過與Ca2+伴生時的上限來源沉積巖中巖鹽的溶解（鈉鹽）Na+酸性巖漿巖區(qū)常形成Na-H同位素組分何為同位素穩(wěn)定同位素和放射性同位素

常用穩(wěn)定同位素：18O、2H（D）、13C、34S、15N、87Sr、37Cl等常用放射性同位素：3H（T）、14C、222Rn、36Cl、129I等同位素的功用：計時（時鐘）和示蹤（示蹤劑）同位素組分何為同位素同位素：示蹤劑全球大氣降水同位素分布（Frankenbergetal.,2009）

水循環(huán)中的水穩(wěn)定同位素分餾87Sr/86Sr識別混合關(guān)系大氣降水線：GMWL與LMWL水文地質(zhì)過程的識別同位素：示蹤劑全球大氣降水同位素分布（Frankenb放射性同位素：時鐘在確定地下水年齡上，常采用放射性同位素方法，據(jù)放射性同位素衰變原理，利用同位素衰變方程確定地下水年齡：式中：C0為補給時放射性同位素濃度（也稱輸入函數(shù))C為計算時放射性同位素濃度不同定年方法適用的時間尺度放射性同位素也可用于示蹤放射性同位素：時鐘在確定地下水年齡上，常采用放射性同位素方法其它組分次要離子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO-、CO32-、SiO32-、PO43-等微量組分：Br、I、F、B、Sr等膠體：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3有機質(zhì)：可增加地下水的酸度，有利于還原微生物：①氧化環(huán)境：硫細菌、鐵細菌等；②還原環(huán)境：脫硫酸細菌等；③污染水：致病細菌其它組分次要離子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、地下水的溫度地殼表層的熱源：太陽輻射+地球內(nèi)部的熱流。地殼表層按熱量平衡關(guān)系分帶：

變溫帶：地溫主要受太陽輻射影響的地表極薄的地帶。下限15-30m

常溫帶：地溫基本等于當?shù)仄骄隁鉁氐牡貛?。通常高出大氣年均溫?-2oC

增溫帶：地溫主要受地球內(nèi)熱影響的地帶。地溫梯度為noC/100m，一般為3oC/100m，介于1.5-4.0oC/100m之間。西藏羊八井地溫梯度為300oC/100m（地熱異常）T=t+(H–h)×r地下水的溫度地殼表層的熱源：太陽輻射+地球內(nèi)部的熱流。T=t地下水化學成分形成作用溶濾作用定義：水與巖土相互作用，使巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中，即溶濾作用。其結(jié)果是：巖土失去部分可溶物質(zhì)，而地下水中相應補充了新的組分。如：CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+巖土組分溶解的決定因素礦物的溶解度

巖土的空隙特征

水的溶解能力鹽類溶解與溫度的關(guān)系地下水化學成分形成作用溶濾作用定義：水與巖土相互作用，使巖濃縮作用定義：蒸發(fā)濃縮作用是地下水通過蒸發(fā)排泄而引起水中成分的濃縮，使水中鹽分濃度增大、礦化度增高的現(xiàn)象必備條件：干旱半干旱的氣候低平地勢控制下的水位埋深小的地下水排泄區(qū)松散巖土顆粒細小，毛細作用強具有時間和空間的尺度濃縮作用定義：蒸發(fā)濃縮作用是地下水通過蒸發(fā)排泄而引起水中成分脫碳酸作用廣西百色羅妹蓮花洞鈣華臺地定義：脫碳酸作用是在溫度升高、壓力降低的情況下CO2自水中逸出而HCO3-含量則因形成碳酸鹽沉淀減少的過程Ca2+/Mg2++2HCO3-→CO2↑+H2O+Ca/MgCO3↓土耳其西代尼茲利省的棉花堡鈣華池脫碳酸作用廣西百色羅妹蓮花洞鈣華臺地定義：脫碳酸作用是在溫度脫硫酸作用定義：脫硫酸作用是在封閉缺氧的還原環(huán)境中，有機物和脫硫酸細菌作用下，硫酸鹽分解為H2S和HCO3-的生物化學過程：SO22-+2C+2H2O→H2S+2HCO3-

封閉的地質(zhì)構(gòu)造為其有利環(huán)境，油水中有H2S，為找油標志反硝化作用：水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亞硝酸鹽和硝酸鹽、最后排出自由氮的過程，是水中富含N2和CO2硝化作用：有機質(zhì)分解產(chǎn)生的酸在硝化菌作用下使銨氧化生成亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程硝化、反硝化作用脫硫酸作用定義：脫硫酸作用是在封閉缺氧的還原環(huán)境中，有機物陽離子交替吸附作用定義：陽離子交替吸附作用是地下水與巖石相互作用，巖石顆粒表面吸附的陽離子被水中陽離子置換，并使水化學成分發(fā)生改變的過程吸附能力：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+陽離子交替吸附作用取決于巖土的吸附能力、巖土的比表面積、離子的相對濃度陽離子交替吸附作用定義：陽離子交替吸附作用是地下水與巖石相混合作用定義：混合作用是指兩種或兩種以上不同成分水之間的混合，使原水的化學成分發(fā)生改變的作用。物理混合：不發(fā)生化學反應化學混合：發(fā)生化學反應，如：Ca(HCO3)2+Na2SO4

→CaSO4↓+2NaHCO3混合作用定義：混合作用是指兩種或兩種以上不同成分水之間的混合人類活動對地下水化學成分的影響污染物排放如：工業(yè)“三廢”、農(nóng)藥化肥的使用通過改變地下水形成條件而改變地下水的化學成分，如：濱海地區(qū)過量開采地下水引起海水入侵不合理的打井采水使咸水運移干旱區(qū)不合理引入地表水灌溉，使淺層地下水位上升，引起大面積次生鹽漬化，并使淺層地下水變咸咸水區(qū)挖渠打井，降低地下水位，減少蒸發(fā)量，可使地下水淡化；或引區(qū)外淡的地表水合理補給地下水，可使地下水變淡人類活動對地下水化學成分的影響污染物排放地下基本成因類型及其化學特征溶濾水定義：由富含CO2和O2的水滲入補給并溶濾其所流經(jīng)巖土而獲得主要化學成分的地下水其成分受巖性、氣候、地形等因素的影響。在大范圍上，受氣候控制而有分帶性巖性石灰?guī)r、白云巖區(qū)，水中HCO3-、Ca2+、Mg2+為主含石膏的沉積巖區(qū)，水中SO42-、Ca2+較多酸性巖漿巖區(qū)，多為HCO3—Na型水基性巖漿巖區(qū)，水中常富含Mg2+煤系地層、金屬硫化物礦床分布區(qū)，多為硫酸鹽水氣候：控制地下水循環(huán)速率、蒸發(fā)強度

地形：控制地下水循環(huán)速率地下基本成因類型及其化學特征溶濾水定義：由富含CO2和O干旱區(qū)山間盆地地下水化學分帶最為典型干旱區(qū)山間盆地地下水化學分帶最為典型定義：與沉積物大體同時形成由古地表水演變而成的古地下水。是在沉積過程中保存在沉積物空隙中的水例子：海相淤泥水海水：TDS~35g/L，γNa/γCl（毫克當量比）=0.85，Cl/Br（質(zhì)量比）=29.3海相淤泥水：常含大量有機質(zhì)和各種微生物，處于缺氧環(huán)境，利于生物化學作用。化學特征：

TDS很高，可達300g/LSO42-減少或消失出現(xiàn)H2S、CH4、銨、氮

pH值增高鈣Ca2+含量相對增加，Na+減少，rNa/rCl<0.85

富集Br、I，Cl/Br變小 沉積水沉積水內(nèi)生水定義：源自地球深部層圈的地下水，亦即來自地球內(nèi)部在巖漿冷卻等地質(zhì)作用下形成的地下水典型化學特征不明俄羅斯花崗巖包體中水：TDS~100-200g/L

冰島玄武巖區(qū)熱蒸汽冷凝水：TDS1-2g/L，為HS·HCO3-Na型內(nèi)生水地下水化學成分分析及其圖示

地下水化學分析內(nèi)容簡分析：測試項目少、要求精度低。用于了解區(qū)域地下水化學成分概貌物理性質(zhì)（溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等）、HCO3-,SO42-,Cl-,Ca2+,總硬度、pH值、TDS；NO3-,NO2-,NH4+,Fe2+,Fe3+,H2S、耗氧量。單位為mg/L,mmol/L等全分析：測試項目多、要求精度高。用于全面了解地下水化學成分化學成分HCO32-,CO32-,SO42-,Cl-,NO3-,NO2-；Ca2+,Mg2+,Na+,K+,NH4+,Fe2+,Fe3+,Mn2+；H2S、CO2、耗氧量；總硬度、pH值、TDS；微量元素、痕量元素；研究水的侵蝕性時需分水的侵蝕性CO2。單位為mg/Lmmol/L專項分析：視不同應用目的而定細菌類、放射性、重金屬、有機組分等地下水化學成分分析及其圖示地下水化學分析內(nèi)容簡分析：測水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件地下水化學特征分類及圖示步驟：將陰、陽離子分別列于橫線上、下，按離子含量的毫克當量百分數(shù)（meq%）自大到小依次排列毫克當量百分數(shù)小于10%的離子不予表示橫線前依次表示特殊組分、氣體、TDS（M），三者單位均為g/L

橫線后為水溫t（℃）庫爾洛夫式以類似數(shù)學分式形式表示單個水樣化學成分的含量和組成簡明反應水化學成分特點地下水化學特征分類及圖示步驟：庫爾洛夫式水文地質(zhì)學基礎(chǔ)地下水的化學成分及其形成作用課件據(jù)地下水中6種主要離子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-，K+合并于Na+）及TDS劃分將6種主要離子中毫克當量>25%的陰、陽離子組合為49型水，以阿拉伯數(shù)字為代號按TDS（M）的大小劃分為4組A組——M≤1.5g/LB組——1.5＜M≤10g/LC組——10＜M≤40g/LD組——M＞40g/L將水化學類型用數(shù)字（1～49）與字母（A、B、C或D）組合表達，如1-A含量超過25%毫克當量的離子組合HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249舒卡列夫分類優(yōu)點簡明易懂，在我國廣泛應用從圖表的左上角向右下角大體與地下水總的礦化作用過程一致缺點以25％毫克當量為劃分水型的依據(jù)帶有主觀性；在分類中，對大于25％毫克當量的離子未反映其大小的次序，刻畫水質(zhì)變化不夠細致?lián)叵滤?種主要離子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3派珀三線圖(Pipertrilineardiagram)任一水樣的陰陽離子的相對含量在兩個三角形中以帶標號的圓圈表示，引線在菱形