水文地球化學(xué)電子教案

水文地球化學(xué)電子教案第1頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四講地下水化學(xué)成分的形成與特征第2頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下水基本成因類(lèi)型按照地下水的形成起源可分為：溶濾-滲入水沉積-埋藏水同期沉積水非同期沉積水含有一定比例的其他成因水內(nèi)生水第3頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溶濾-滲入水溶濾-滲入水為大氣起源，溶濾作用對(duì)地下水化學(xué)成分的形成起重要作用。沉積-埋藏水也稱(chēng)為封存水，埋藏于地質(zhì)構(gòu)造比較封閉的地下環(huán)境中，其成分可在一定程度上反映形成沉積物時(shí)盆地的特點(diǎn)。在沉積-埋藏水的形成過(guò)程中，一般經(jīng)歷以下的演化階段，下面以海相地層為例說(shuō)明。以上演化過(guò)程在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期可能會(huì)循環(huán)往復(fù)許多次。由此可見(jiàn)，沉積-埋藏水的形成過(guò)程及其水化學(xué)成分是非常復(fù)雜的。擠壓階段：淤泥、粘土中的沉積水受擠壓進(jìn)入含水層滲入階段：沉積物出露地表，大氣水或地表水入滲，并驅(qū)替沉積水，發(fā)生水交替作用下一個(gè)擠壓階段：形成新的淤泥、粘土；含水層中的水由中心向盆地兩側(cè)運(yùn)移地下水基本成因類(lèi)型第4頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下水基本成因類(lèi)型內(nèi)生水1902年捷克鴆斯提出“初生水”，即巖漿分異出來(lái)的水（巖漿水），認(rèn)為該水首次流出地表，繼而參與水圈總循環(huán)。1940年蘇聯(lián)奧弗琴尼柯夫認(rèn)為巖漿中確有水存在，并可使地下水圈的水在地殼發(fā)展過(guò)程中稍有增加，但不能認(rèn)為地下水的儲(chǔ)量是巖漿活動(dòng)造成的；他將高溫條件下礦物及巖石中結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)、并轉(zhuǎn)入現(xiàn)代水圈的水稱(chēng)為“再生水”。1975年加弗里連科，在承認(rèn)初生水基礎(chǔ)上，提出“深成水”，包括沿深大斷裂向地殼層和地表運(yùn)移的，積極參與區(qū)域變質(zhì)作用、接觸交代作用和花崗巖化作用的大量初生水，以及以上作用終止后從巖石中脫出的再生水。這部分水僅當(dāng)存在適當(dāng)通道時(shí)，才溢出地表。第5頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下水基本成因類(lèi)型 滲入成因的（溶濾-滲入水） 外生的 沉積成因的（沉積-埋藏水）地下水 變質(zhì)成因的（變質(zhì)水、再生水） 內(nèi)生的 巖漿成因的（初生水、巖漿水）

混合第6頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滲入成因地下水第7頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滲入成因

地下水成分的形成過(guò)程滲入成因地下水的形成經(jīng)歷了：大氣降水階段植物-土壤影響階段水-巖相互作用階段蒸發(fā)濃縮階段第8頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、大氣降水階段大氣降雨的一般成分特征氣體可溶性氣體（O2,CO2,N2等）及惰性氣體侵蝕性CO2溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的pH值，提高了它的侵蝕性弱酸-中性，未飽和，礦化度低———強(qiáng)的溶解能力人類(lèi)活動(dòng)促使大氣降水聚集各類(lèi)金屬、有機(jī)化合物及各種鹽類(lèi)，改變了雨水的礦化度、成分、氧化-還原性質(zhì)、侵蝕性等。（例如酸雨——pH<5.65）第9頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、大氣降水階段不同地區(qū)的大氣降雨成分不同近海地區(qū)：受風(fēng)卷送的海水飛沫等影響，其N(xiāo)a，Cl，Br，I等含量相對(duì)增高，在海邊的雨水的礦化度可超過(guò)0.1g/l。內(nèi)陸濕潤(rùn)地區(qū)：雨水是無(wú)色、無(wú)味的，所含離子主要為Ca2+和HCO3-，礦化度一般為0.0n克/升。內(nèi)陸干旱地區(qū)：雨水中雜質(zhì)比較多，礦化度可達(dá)0.n克/升。第10頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、植物-土壤影響階段植物雨水流經(jīng)植物根部時(shí)，經(jīng)常會(huì)富集一些植物中的生物成因元素1955年瑞典Gorham作了一個(gè)比較研究，在松柏針葉樹(shù)樹(shù)根下采的雨水樣與當(dāng)?shù)乜罩胁傻挠晁畼酉啾?，發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)植物的雨水的鈉和鈣含量高出3倍，鉀則高出17倍。第11頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、植物-土壤影響階段土壤是一個(gè)消耗水中DO的“酸性泵”土壤中存在大量碳酸，來(lái)源于大氣中的CO2光合作用——土壤中的有機(jī)物——CO2、NH3等強(qiáng)反應(yīng)物根系植物的呼吸作用嫌氧條件下硫酸鹽、硝酸鹽可被有機(jī)物還原，產(chǎn)生CO2土壤的生物化學(xué)作用產(chǎn)生許多有機(jī)酸，如富里酸、腐殖酸DO與黃鐵礦、錳結(jié)核等土壤中的礦物相反應(yīng)也是酸性物質(zhì)的來(lái)源之一第12頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、植物-土壤影響階段土壤的氧化還原條件改變金屬元素的價(jià)態(tài)氧化條件下As、Fe、Mn形成難溶化合物，阻礙其隨地下水遷移，并減小了對(duì)農(nóng)作物的危害Cr、Zn、Cu、Cd形成易溶化合物，有利于其隨地下水遷移，并加強(qiáng)了對(duì)農(nóng)作物的危害還原條件下As、Fe、Mn形成易溶化合物，有利于其隨地下水遷移，并加強(qiáng)了對(duì)農(nóng)作物的危害Cr、Zn、Cu、Cd形成難溶化合物，阻礙其隨地下水遷移，并減小了對(duì)農(nóng)作物的危害第13頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、植物-土壤影響階段經(jīng)過(guò)植物-土壤的地下水的特征含有數(shù)量可觀的碳酸未被氧化的有機(jī)化合物的進(jìn)一步分解將使水中碳酸進(jìn)一步提高相對(duì)于碳酸鹽礦物與原生鋁硅酸鹽礦物，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)，即具有強(qiáng)溶解能力；上述特征決定了地下水具有很強(qiáng)的與圍巖介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的能力。第14頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、水-巖相互作用階段水與巖石的相互作用取決于巖石（或礦物）的組成地下水的成分環(huán)境的熱力學(xué)條件：如溫度、壓力，氧化還原條件等水-巖地球化學(xué)作用類(lèi)型溶解-沉淀作用離子交換作用氧化還原作用第15頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在氣候溫和，降水充沛，地下徑流發(fā)育的地區(qū)，巖石中的各種鹽類(lèi)在溶濾作用下依次溶出⑴氯化物溶出，形成氯化物型水——出現(xiàn)于含鹽層及鹽漬化區(qū)⑵硫酸鹽及殘余氯化物溶出，形成硫酸鹽型水——出現(xiàn)于干旱、半干旱大陸區(qū)和石膏區(qū)⑶易溶鹽大部分溶出后，含CO2的水使碳酸鹽和鋁硅酸鹽產(chǎn)生不全等溶解，形成重碳酸型水——出現(xiàn)于陸源沉積的近海區(qū)、堿土區(qū)和火山巖區(qū)⑷當(dāng)硅酸鹽被溶濾時(shí)，可形成含硅酸、Fe3+較高的重碳酸型水——出現(xiàn)于風(fēng)化強(qiáng)烈的濕熱氣候區(qū)三、水-巖相互作用階段—溶濾作用第16頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交換作用Ca2++2Nax2Na++CaxMg2++2Nax2Na++Mgx陰離子交換作用MuscoviteKAl2[AlSi3O10]F2+2OH-=KAl2[AlSi3O10][OH]2+2F-BiotiteKMg3[AlSi3O10]F2+2OH-=KMg[AlSi3O10][OH]2+2F-

三、水-巖相互作用階段——離子交換作用第17頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以富含O2的入滲水進(jìn)入含黃鐵礦的沉積層為例沉積層中黃鐵礦溶解，地下水中形成Fe2+與SO42-上述反應(yīng)生成的硫酸與碳酸鹽巖反應(yīng)，可生成CO2，并進(jìn)一步促進(jìn)碳酸鹽巖的溶解，形成SO4.HCO3型水；若無(wú)碳酸巖存在，則形成SO4型水在強(qiáng)氧化條件下，且有碳酸鹽巖存在時(shí)，硫酸被中和，pH增高，可析出氫氧化鐵沉淀以沉積層中含有機(jī)物為例地下水中的SO42-被還原為H2S地下水中含H2S氣體，取樣時(shí)可聞到臭雞蛋味道SO42-+2C+2H2OH2S+2HCO3-三、水-巖相互作用階段——氧化還原作用第18頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PHREEQC的應(yīng)用——課堂案例2：黃鐵礦的氧化PHREEQC的應(yīng)用——課堂案例3：脫硫酸過(guò)程三、水-巖相互作用階段——氧化還原作用第19頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Al,Fe,Mn的氫氧化物SiO2和粘土礦物Al,Fe,Mn的磷酸鹽Ca和Mg的碳酸鹽CaSO4（石膏）Na2SO4（芒硝）Na,K的氯化物Mg的氯化物Na,K和Ca的硝酸鹽硅酸-重碳酸型水重碳酸-鈣鎂水蘇打水Na2SO4型水Cl-Na水水中鹽類(lèi)析出順序地下水化學(xué)成分變化四、蒸發(fā)濃縮階段第20頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表生帶地下水化學(xué)成分特征表生帶的概念地球表部存在生物活動(dòng)的圈帶，包括大氣圈、水圈、生物圈等表生帶是賦存滲入成因水的主要場(chǎng)所表生帶地下水具有分帶性水文地球化學(xué)分帶性——地下水化學(xué)成分在空間變化的規(guī)律性自然地理分帶——水平分帶地質(zhì)分帶——垂直分帶第21頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滲入成因的溶濾潛水弱酸性、重碳酸鈣鎂淡水庫(kù)爾洛夫式大陸鹽化的潛水微咸、弱堿、硫酸鹽-氯化物-重碳酸-鈉鈣鎂庫(kù)爾洛夫式兩種水4:1混合重碳酸-硫酸-鈣鈉鎂水庫(kù)爾洛夫式表生帶地下水的平均化學(xué)成分特征第22頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表生帶地下水化學(xué)成分特征表生帶地下水的分帶性受下列因素影響一級(jí)因素：氣候二級(jí)因素：植被三級(jí)因素：巖性氣候是控制表生帶地下水分帶性最宏觀一級(jí)的因素我國(guó)自東南向西北礦化度漸高，重碳酸水硫酸鹽水氯化物水濃縮為主的鹵水第23頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月植被是控制表生帶地下水分帶性的次一級(jí)因素所有水樣點(diǎn)均位于粘土礦物穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，而不位于原生鋁硅酸鹽礦物飽和區(qū)內(nèi)，表明在表生帶地下水與鋁硅酸鹽礦物普遍反應(yīng)生成粘土礦物。在草原區(qū)，蒙脫石化現(xiàn)象比較常見(jiàn)；而在森林區(qū)，高嶺石化現(xiàn)象比較常見(jiàn)。草原區(qū)與森林草原區(qū)的水樣對(duì)方解石表現(xiàn)為飽和或接近飽和，在上述區(qū)域易形成蘇打水。1、大氣降水；2、森林帶的沼澤；3、熱帶森林；4、熱帶草原；5、亞熱帶森林；6、亞熱帶草原；7、永凍原始森林；8、高山；9、山區(qū)森林；10、山區(qū)草原；11、混合林帶；12、南方原始森林；13、森林草原；14、溫帶草原第24頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同巖性地區(qū)

地下水化學(xué)成分的形成、演化碳酸鹽巖地區(qū)復(fù)雜沉積巖地區(qū)結(jié)晶巖地區(qū)第25頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽巖地區(qū)

地下水化學(xué)成分的形成和特征碳酸鹽巖約占地表沉積巖分布面積的20%我國(guó)碳酸鹽巖分布面積占整個(gè)國(guó)土面積的1/3，以西南地區(qū)與華北地區(qū)最為發(fā)育。主要分布于Z、?、O、D、C、P、T及部分J、K和N的海相地層中。第26頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽巖地區(qū)

地下水組分形成的影響因素地下水化學(xué)成分的形成與方解石和白云石的溶解-沉淀過(guò)程密切相關(guān):受巖溶地下水系統(tǒng)開(kāi)、閉性的影響受水與礦物的相遇順序影響受其他礦物的影響受地下水中其他組分的影響受地下水流動(dòng)過(guò)程中環(huán)境溫度的影響第28頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響大氣圈中的CO2分壓一般為10-3.5巴；包氣帶的CO2分壓在10-2巴左右；而地下水中CO2分壓值變化較大，一般在10-1~10-3巴之間，生物的呼吸作用及其分解都會(huì)產(chǎn)生CO2。閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與大氣沒(méi)有CO2交換，水與碳酸鹽礦物之間的溶解反應(yīng)所消耗的CO2得不到補(bǔ)充，這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為“閉系統(tǒng)”。其特征是，Ca2+、HCO3-濃度較低，而pH較高；達(dá)到溶解平衡后，CO2分壓值小于原始值。開(kāi)系統(tǒng)：系統(tǒng)與大氣有CO2交換，水與碳酸鹽礦物之間的溶解反應(yīng)所消耗的CO2可不斷得到補(bǔ)充，這類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為“開(kāi)系統(tǒng)”。其特征是，Ca2+、HCO3-較高，而pH值較低；水中CO2分壓一般保持定值，其范圍一般在10-2-10-3巴之間。第29頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響開(kāi)系統(tǒng)特征：PCO2基本保持不變判據(jù)流量、水位動(dòng)態(tài)對(duì)旱雨季響應(yīng)明顯地下水中有來(lái)自地表的污染物（NO3、Cl、細(xì)菌）地下水中的計(jì)算PCO2高于大氣PCO2第30頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響開(kāi)系統(tǒng)PCO2保持不變，方解石白云石不斷溶解至飽和Lg(HCO3)與pH呈線(xiàn)形關(guān)系HCO3,Ca,TDS高，pH低，SI

1泉華：開(kāi)系統(tǒng)中的地下水以泉出露地表（從溶洞流出），CO2溢出，Pco2降低，在泉口附近形成CaCO3或CaMg(CO3)2沉淀第31頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響閉系統(tǒng)特征：PCO2不斷下降。判據(jù)流量、水位動(dòng)態(tài)對(duì)旱雨季無(wú)明顯響應(yīng)地下水中無(wú)來(lái)自地表的污染物（NO3、Cl、細(xì)菌）地下水中計(jì)算PCO2較低第32頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響閉系統(tǒng)PCO2快速下降，對(duì)方解石白云石溶解能力降低，達(dá)到飽和相對(duì)困難HCO3與pH呈非線(xiàn)性,pH增加HCO3增加很少HCO3,Ca,TDS低，pH高，SI<1產(chǎn)生少量泉華第33頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

開(kāi)閉性對(duì)地下水的影響開(kāi)、閉系統(tǒng)的化學(xué)成分比較開(kāi)系統(tǒng)閉系統(tǒng)PCO2高低HCO3-、Ca2＋、TDS高低pH值低（7～8）高（>8）出露地表后變化形成泉華一般無(wú)泉華地下水組分變化大地下水組分變化小第34頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖溶地下水系統(tǒng)

礦物溶解順序?qū)Φ叵滤挠绊懙叵滤鲃?dòng)過(guò)程中所遇到的礦物的順序不同，將會(huì)導(dǎo)致地下水化學(xué)組分的差異3種溶解順序白云石方解石方解石白云石同步溶解第35頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一種溶解順序：白云石方解石先遇白云石，飽和后，再遇方解石對(duì)于以上的溶解順序，地下水溫度將對(duì)水化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生影響原因Kc=[Ca2+][CO32-]Kd=[Ca2+][Mg2+][CO32-]2{[Ca2+][CO32-]}

2T=10C時(shí)，Kd?=Kct<10C時(shí)，Kd?>Kc；即白云石飽和后，水流經(jīng)方解石時(shí)出現(xiàn)沉淀t>10C時(shí)，Kd?<Kc；即白云石飽和后，水仍能溶解方解石，此時(shí)方解石的溶解將增加地下水中的Ca2+與HCO3-，使地下水對(duì)白云石過(guò)飽和。但白云石的沉淀反應(yīng)具有遲滯性，即使地下水達(dá)到對(duì)白云石的過(guò)飽和，它也不會(huì)馬上沉淀。但一旦發(fā)生沉淀后，方解石將繼續(xù)溶解。此時(shí)白云石的沉淀與方解石的溶解同時(shí)存在，屬于典型的不全等溶解過(guò)程。結(jié)果地下水中的Ca2+與Mg2+的摩爾濃度之比接近1或稍大于1。第36頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二種溶解順序：方解石白云石方解石的溶解不會(huì)產(chǎn)生使地下水達(dá)到對(duì)白云石飽和所必需的Mg2+；水流經(jīng)白云石時(shí)，白云石的溶解將向地下水中加入更多的Ca2+與CO32-，促使方解石沉淀；方解石沉淀使水中Ca2+、CO32-減少，這又進(jìn)一步促進(jìn)了白云石溶解；結(jié)果：地下水中的Ca2+與Mg2+的摩爾濃度之比隨流程不斷下降，最終如地下水同時(shí)達(dá)到對(duì)方解石與白云石的飽和，地下水中的Ca2+與Mg2+的摩爾濃度之比與Kc和Kd有關(guān)。第37頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三種溶解順序：同步溶解同步溶解由于方解石的溶解速度>>白云石，故方解石先飽和而沉淀，白云石繼續(xù)溶解；結(jié)果：地下水中的Ca2+與Mg2+的摩爾濃度之比初始值高，后來(lái)逐漸漸低；如果白云石含量遠(yuǎn)大于方解石（如灰質(zhì)白云巖），白云石將先達(dá)到飽和，此時(shí)，方解石的溶解就更難了，最終形成的地下水中的Ca2+與Mg2+的摩爾濃度之比可能小于前一種情況。若方解石、白云石均達(dá)到溶解平衡，則第38頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽巖地區(qū)

其他因素對(duì)地下水的影響地下水溫度的影響大多數(shù)礦物的溶解度隨溫度增加而增大，但碳酸鹽巖區(qū)的主要礦物方解石與白云石恰好相反，而且溶解度隨水溫變化較大。對(duì)碳酸鹽巖區(qū)而言，在地下水流動(dòng)過(guò)程中，若沿流徑水溫增加，則水中鈣、重碳酸、TDS等可能不遵循含量隨流程增加而升高的規(guī)律；與此相反，由低溫區(qū)到高溫區(qū)，可能產(chǎn)生方解石和白云石沉淀，地下水的TDS下降。例如，融雪季節(jié)時(shí)地表附近對(duì)方解石飽和的低溫水下滲至地下常溫帶時(shí)，將達(dá)到過(guò)飽和，從而產(chǎn)生CaCO3沉淀，地下水中的TDS將小于地表附近的入滲水。第39頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽巖地區(qū)

其他因素對(duì)地下水的影響含水層中其他礦物的影響不純的灰?guī)r與白云巖含石膏與硬石膏；石膏與硬石膏的存在將引起同離子效應(yīng)，使HCO3-含量下降。地下水中其他組分的影響埋藏型碳酸鹽巖區(qū)，入滲水經(jīng)過(guò)土壤帶與其他上覆地層將增加地下水中的易溶鹽類(lèi)，如Cl-、SO42-、Na+；TDS較高時(shí)，離子強(qiáng)度的增加會(huì)降低Ca2+、Mg2+、HCO3-的活度系數(shù)，增加碳酸鹽礦物的溶解度；TDS較高時(shí)，地下水組分中絡(luò)合物的比例將大大增加；這也會(huì)增加碳酸鹽礦物的溶解度。第40頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽巖地區(qū)

其他因素對(duì)地下水的影響PHREEQC的應(yīng)用——課堂案例4：TDS對(duì)絡(luò)合物的影響第41頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)雜沉積巖系統(tǒng)

地下水化學(xué)成分形成和演變復(fù)雜沉積系統(tǒng)巖石地層：如砂巖、灰?guī)r、石膏層的互層松散沉積物地層：如砂礫石層與粘性土層的互層礦物種類(lèi)比較齊全影響地下水成分的重要因素水與各種巖石的相遇順序第42頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相遇順序(1)假定通過(guò)灰?guī)r、石膏、砂巖和頁(yè)巖四種巖石，第1種順序：方解石溶解低TDS,HCO3-Ca石膏溶解，同離子效應(yīng)，方解石過(guò)飽和高TDS,SO4·HCO3-Ca石英、長(zhǎng)石少量溶解，成分變化不明顯蒙脫石中的Na被Ca交換，水中Na增加SO4-Na復(fù)雜沉積巖系統(tǒng)

地下水化學(xué)成分形成和演變第43頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英、長(zhǎng)石不全等溶解低TDS,HCO3\K少量由于Ca少，不交換成分變化不明顯HCO3-Ca方解石溶解石膏溶解，同離子效應(yīng)，方解石沉淀，HCO3降SO4-Ca相遇順序(2)仍然通過(guò)灰?guī)r、石膏、砂巖和頁(yè)巖四種巖石，但為第2種順序：復(fù)雜沉積巖系統(tǒng)

地下水化學(xué)成分形成和演變第44頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶巖區(qū)

地下水化學(xué)成分形成和演變結(jié)晶巖形成于地殼深部高溫高壓環(huán)境的巖漿巖和變質(zhì)巖，結(jié)晶程度高，含石英、長(zhǎng)石、云母等硅酸鹽礦物；鑒于其形成環(huán)境，結(jié)晶巖在地球淺部熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，與水接觸后可發(fā)生水解，形成高嶺石、蒙脫石、伊利石等粘土礦物。結(jié)晶巖地區(qū)地下水的特點(diǎn)以HCO3-、Na+為主，其次為Ca2+、Mg2+，SiO2含量較高，TDS低；沿水流途徑，優(yōu)勢(shì)陰離子向SO4、Cl轉(zhuǎn)化不明顯，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Na。第45頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶巖區(qū)

地下水化學(xué)成分形成和演變分析方法礦物穩(wěn)定場(chǎng)圖法對(duì)于巖漿巖地區(qū)絕大部分水點(diǎn)位于高嶺土場(chǎng)區(qū)內(nèi)；少量在蒙脫石區(qū)；在原生鋁硅酸鹽區(qū)、水鋁礦區(qū)、云母區(qū)幾乎沒(méi)有水點(diǎn)水文地球化學(xué)模擬通過(guò)礦物穩(wěn)定場(chǎng)圖判斷可能發(fā)生的礦物水解反應(yīng)與反應(yīng)生成的粘土礦物；利用實(shí)測(cè)水化學(xué)資料，結(jié)合礦物穩(wěn)定場(chǎng)圖的判斷結(jié)果，利用反向地球化學(xué)模擬來(lái)計(jì)算反應(yīng)過(guò)程中原生礦物的反應(yīng)量。例題：P113-表3-7第46頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月礦物穩(wěn)定場(chǎng)圖第47頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶巖區(qū)

地下水化學(xué)成分形成和演變PHREEQC的應(yīng)用——課堂案例5：硅酸鹽平衡礦物溶解的反向模擬例題：P113-表3-7第48頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種滲入成因的地下水NaHCO3型水（蘇打水）γNa/γCl>1；(γNa-γCl)/γSO4>1

Na2SO4型水γNa/γCl>1；(γNa-γCl)/γSO4<1NaCl型水以上不同巖性地區(qū)的地下水化學(xué)演化過(guò)程說(shuō)明地下水流經(jīng)過(guò)相同的巖層，可能會(huì)造成不同的結(jié)果；下面，我們舉例說(shuō)明地下水流經(jīng)不同的巖層，經(jīng)過(guò)不同的水化學(xué)過(guò)程后，也可能會(huì)形成相同的水化學(xué)類(lèi)型。第49頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NaHCO3型水——蘇打水化學(xué)成分特征呈堿性（pH>7，一般在8左右）軟水或極軟水礦化度多在0.6g/L以上第50頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NaHCO3型水——蘇打水形成作用與條件1、陽(yáng)離子交替吸附作用條件灌溉地段洗鹽：潛水鹽化使Na+的濃度增大，使土壤中富含吸附狀Na+，而用HCO3-Ca水灌溉時(shí)，可出現(xiàn)陽(yáng)離子交替吸附作用，形成蘇打水。在濱海平原發(fā)生海退作用后，在海退不久的地方，富含Ca2+的陸地水與富含吸附狀Na的剛形成的海相粘土質(zhì)沉積物進(jìn)行上述陽(yáng)離子交替吸附作用，形成蘇打水。第51頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NaHCO3型水——蘇打水形成作用與條件2、脫硫酸作用在封閉還原環(huán)境中，脫硫酸菌參與脫硫酸作用，水中SO42-減少乃至消失，出現(xiàn)H2S，形成蘇打水。條件發(fā)生在湖泊、海洋底部淤泥沉積物中，沼澤及盆地深部承壓含水層中，尤其是油田水中，在上述情況中，Na+常為主要陽(yáng)離子；如果水中不僅主要含有Na+，還含有較多的Ca2+、Mg2+，那么只有在Ca2+、Mg2+以磷酸鹽礦物的形式沉淀后，才會(huì)出現(xiàn)蘇打水，即只有在這些水相對(duì)于磷酸鹽礦物飽和以后，才有可能形成蘇打水。第52頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月形成作用與條件3、風(fēng)化作用原理含Na的鋁硅酸鹽礦物（如斜長(zhǎng)石）在含CO2的大氣降水作用下發(fā)生水解，水中出現(xiàn)Na+和HCO3-上述情況常見(jiàn)于侵入巖的風(fēng)化殼中反應(yīng)方程N(yùn)a0.62Ca0.38Al1.38Si2.62O8+1.38CO2+4.55H2O=0.69Al2Si2O5(OH)4+0.62Na++0.38Ca2++1.24H4SiO4+1.38HCO3-

NaHCO3型水——蘇打水第53頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月形成過(guò)程含鈉長(zhǎng)石的侵入巖區(qū)，與含SO42-、CO2的滲入成因地下水，發(fā)生相互作用可形成Na2SO4型水。地殼表層處于氧化條件的蘇打水入滲至深部的硫化礦床及含煤地層（常含有硫化物）中，也可形成Na2SO4型水。其形成是由于與礦體或含煤地層接觸反應(yīng)，硫化物被氧化，產(chǎn)生SO42-，使水中SO42-含量劇增，pH降低，形成Na2SO4型水。在含芒硝的鹽礦區(qū)可見(jiàn)到Na2SO4型水，這種情況下水中常含有Cl-，水的TDS可達(dá)40～100g/l；在冬季，芒硝礦區(qū)出露的泉水在泉口易形成鹽華（芒硝的溶解度曲線(xiàn)在34.1℃處為拐點(diǎn)）。Na2SO4型水第54頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月形成過(guò)程蘇打水與硫酸鎂型水相混合，經(jīng)混合作用形成MgCO3沉淀與Na2SO4型水。蘇打水在流經(jīng)含石膏地層時(shí)將沉淀形成更難溶的方解石，以及Na2SO4型水。陽(yáng)離子交替吸附：在石膏區(qū)形成的SO4-Ca型水如進(jìn)一步通過(guò)含吸附態(tài)Na+的粘性土，經(jīng)陽(yáng)離子交替過(guò)程后形成Na2SO4型水。Na2SO4型水CaSO4+2Na+=Na2SO4+2Ca2+第55頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概述自然界98%的地下水屬鹵水、鹽水和咸水，其水化學(xué)類(lèi)型以氯化物型為主；自然界也可形成氯化物型的淡水，如四川沙溝村的Cl-Na型水，TDS僅0.264g/l。NaCl型水淡水：TDS<1g／L；微咸水（弱礦化水）：TDS在1g／L與3g／L之間；咸水（中等礦化水）：TDS在3g／L與10g／L之間；鹽水（強(qiáng)礦化水）：TDS在10g／L與50g／L之間；鹵水：TDS>50g／L。第56頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月形成過(guò)程在侵入巖風(fēng)化殼中經(jīng)常含有一定量的Cl-Na水，這里鈉離子由含鈉的鋁硅酸鹽礦物水解而進(jìn)入地下水中，Cl-則是礦物結(jié)晶格架中分散狀的Cl遭受破壞進(jìn)入水中；侵入巖一般貧Cl-，故水的rCl<rNa。這種方式形成的水蒸發(fā)濃縮時(shí)，常變?yōu)镃l-Na型咸水，但仍保持rCl<rNa；含鹽沉積物及鹽礦區(qū)，由溶解作用形成Cl-Na型水，一般為咸水、鹽水或鹵水。NaCl型水第57頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月形成過(guò)程大陸鹽漬化地區(qū)，強(qiáng)烈的蒸發(fā)濃縮作用可形成Cl-Na型水；Cl-Na型水可由不同成分的水混合而成，這與含水層中是否存在巖鹽無(wú)關(guān)。例如，Na2SO4型水與CaCl2型水發(fā)生混合：NaCl型水第58頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某一盆地孔隙地下水系統(tǒng)受到邊山地區(qū)巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給，補(bǔ)給水在山區(qū)先后流經(jīng)純灰?guī)r地層、含大量石膏的灰?guī)r地層，在進(jìn)入盆地中心后，含水介質(zhì)中粘土成分（其中含大量交換性鈉離子）大大增加，問(wèn)地下水在徑流過(guò)程中主要化學(xué)組分的變化，以及最終形成的地下水化學(xué)類(lèi)型？課堂作業(yè)4：第59頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

沉積成因地下水第60頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沉積成因水的形成形成過(guò)程各類(lèi)沉積物（海相、陸相）都是在水環(huán)境中沉積的，在沉積初期均含有一定數(shù)量的孔隙水；沉積物的成巖過(guò)程經(jīng)歷了壓實(shí)、脫水、固結(jié)3個(gè)階段；在成巖過(guò)程中，原始沉積物中的水大部分被排出，向上或側(cè)向排入孔隙度較大的的沉積物中（不一定是同期沉積物）儲(chǔ)存起來(lái)；在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程中，某些地質(zhì)時(shí)期內(nèi)滲入成因水的混合或驅(qū)替作用將使封存在沉積物中的水量與水質(zhì)發(fā)生改變；如最近一段地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，封存有一定比例的古老地下水的沉積層之上有不透水的沉積層覆蓋，這種水就會(huì)保存至今，稱(chēng)為沉積成因水。第61頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沉積成因水的形成沉積成因地下水所涵蓋的范圍單純的、與同期沉積物一起形成的水；從原沉積物排出進(jìn)入其他時(shí)期沉積層中的水；與滲入水發(fā)生混合但仍保留一定比例的同期沉積水的混合水。特點(diǎn)：埋藏深；無(wú)補(bǔ)給來(lái)源、一般情況下也無(wú)排泄通道；水量大；多為鹵水、油田水、熱水。第62頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沉積成因水

水化學(xué)成分的形成海相沉積-埋藏水（或稱(chēng)海相沉積成因水）沉積物可分為海相和陸相兩大類(lèi)由于海相沉積地層占地殼表層沉積地層的絕大部分，而且海水成分比較穩(wěn)定，故對(duì)海相沉積成因水研究較多海水成分特點(diǎn)弱堿性（pH=7.8-8.3)，Cl、Na、Mg為主要元素γNa/γCl=0.85海水中溶解的無(wú)機(jī)物含量順序：Cl->Na+>SO42->Mg2+>Ca2+>K+>HCO3->Br-

有機(jī)質(zhì)含量：0.2～2.7mg/L第63頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海相淤泥

的組成及沉積環(huán)境特征海相沉積物的組成陸源的泥沙海水沉淀產(chǎn)生的化學(xué)沉積物海水沉淀產(chǎn)生的生物堆積有機(jī)質(zhì)、各種微生物；海相淤泥的Corg含量為0.27%；多處于還原環(huán)境——富含有機(jī)質(zhì)和微生物的嫌氧的還原環(huán)境垂向上，海相淤泥距水表面數(shù)厘米以下，即由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)為還原環(huán)境；橫向上，由海盆地邊緣向中央，沉積物由偏氧化的環(huán)境轉(zhuǎn)為偏還原的環(huán)境第64頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海相淤泥沉積物

中發(fā)生的各種地球化學(xué)作用沉積水（淤泥水）的變質(zhì)作用脫硫酸作用陽(yáng)離子交替吸附作用碳酸鹽礦物的沉淀反硝化作用有機(jī)物的分解金屬硫化物的沉淀第65頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脫硫酸作用海相淤泥水中的SO42-被有機(jī)物和微生物還原，生成H2S和S2-；SO42-+2C+2H2OH2S+2HCO3-SO42-+4H2S2-+4H2OS2-+4H2OHS-+OH-結(jié)果水中SO42-消失，出現(xiàn)H2S和HCO3-

，pH增大注意：有機(jī)質(zhì)很少的淤泥水幾乎不發(fā)生還原，埋藏幾十萬(wàn)年，成分仍與海水相似第66頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交替吸附作用過(guò)程淺海盆地發(fā)生海侵時(shí)，富含交換性Ca2+的陸源沉積物與Na+占優(yōu)勢(shì)的海水相作用，發(fā)生交替吸附反應(yīng)；河流帶入近海的泥沙沉積物也富含交換性Ca2+，同樣可與Na+發(fā)生交換反應(yīng)。2NaCl+CaX

=CaCl2+2NaX結(jié)果水中Na+減少，Ca2+增多。條件Na+吸附能力<Ca2+，故水中Na+>>Ca2+，此反應(yīng)才能進(jìn)行。第67頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鹽的沉淀導(dǎo)致碳酸鹽沉淀的兩種作用：脫硫酸作用——使水中HCO3-含量和pH上升陽(yáng)離子交換作用——使水中Ca2+含量上升Ca2++OH-+HCO3-CaCO3+H2OCa2++Mg2++2OH-+2HCO3-CaMg(CO3)2+2H2OFe2++OH-+HCO3-FeCO3+H2O結(jié)果：水中Ca2+、Mg2+、Fe2+和HCO3-產(chǎn)生沉淀，含量減??；Ca2+含量減少，又會(huì)影響陽(yáng)離子交替吸附；水中Na+更少，Na、Cl的摩爾比下降。第68頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反硝化作用原理2NO3-+2C+2eN2+2CO32-

CO32-+H+HCO3-結(jié)果水的pH值增高，出現(xiàn)HCO3-和CO32-淤泥水中硝酸根含量一般較低，此作用一般影響不大第69頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)物質(zhì)的分解脫硫酸作用與反硝化作用最終產(chǎn)生N2、H2S細(xì)胞及蛋白質(zhì)分解最終產(chǎn)生CH4、NH4+、H2許多海生生物中經(jīng)常含有I及一定量的Br隨著有機(jī)物的分解，I和Br，特別是I將進(jìn)入淤泥水，使水的I含量大為增加，Br含量有所增加第70頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金屬硫化物的沉淀原理S2-+Fe2++nH2OFeS·nH2O(水隕硫鐵礦)結(jié)果H2S消失如水中不含F(xiàn)e2+或Fe2+較少時(shí)，H2S在水中聚集第71頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海相淤泥沉積物

地球化學(xué)作用小結(jié)上述六種作用對(duì)主要離子含量的影響HCO3-脫硫酸作用——增加碳酸鹽礦物的沉淀——減少反硝化作用——增加SO42-脫硫酸作用——減少Cl-無(wú)作用影響——基本不變Ca2+陽(yáng)離子交換作用——增加碳酸鹽礦物的沉淀——減少M(fèi)g2+碳酸鹽礦物的沉淀——減少Na+陽(yáng)離子交換作用——減少第72頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海相淤泥沉積物

地球化學(xué)作用小結(jié)上述六種作用：開(kāi)始于海盆沉積的初期，即在海相沉積物形成之初就開(kāi)始了；經(jīng)過(guò)上述作用，將形成三種不同的海相淤泥水：與海水組成非常相似的淤泥水淤泥中不含或含少量有機(jī)物，陸源泥沙的相對(duì)含量低；水化學(xué)組分未經(jīng)脫硫酸作用與陽(yáng)離子交換作用的明顯改造幾乎不含SO42-的氯化物水，陽(yáng)離子以Na、Mg為主淤泥中含大量有機(jī)物，陸源泥沙的相對(duì)含量低；水化學(xué)組分經(jīng)脫硫酸作用改造，但未經(jīng)陽(yáng)離子交換作用的明顯改造幾乎不含SO42-的氯化物水，陽(yáng)離子以Na、Ca為主淤泥中含大量有機(jī)物，陸源泥沙的相對(duì)含量高；水化學(xué)組分經(jīng)脫硫酸作用改造，經(jīng)陽(yáng)離子交換作用改造第73頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海相淤泥水在形成后期的其他

水化學(xué)過(guò)程蒸發(fā)濃縮作用海相沉積水的判別依據(jù)通過(guò)蒸發(fā)濃縮過(guò)程中殘余海相沉積水的水化學(xué)特征來(lái)判斷；在海相沉積水的蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，CaSO4、NaSO4、NaCl、MgSO4、KCl、MgCl2依次析出，水中的主要離子的含量在各階段變化不一致；但Br、Li、B、Rb、I等微量元素的含量在各階段均上升明顯；Br是唯一不參與成巖作用的離子；雖然Br在NaCl析出階段會(huì)以Cl的類(lèi)質(zhì)同象元素的方式沉淀，但最終仍有86%的Br將留在海相沉積水中。因此Br可作為海相沉積水濃縮程度的標(biāo)志。第74頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月次生白云巖化作用海水或海相沉積水經(jīng)高度蒸發(fā)濃縮作用，在石鹽沉淀后，形成高鎂含量的鹵水；這種鹵水與深部環(huán)境的石灰?guī)r作用，將形成白云巖；2CaCO3+MgCl2=CaMg(CO3)2+CaCl2實(shí)驗(yàn)表明次生白云巖化作用發(fā)生于100℃以上的環(huán)境條件下。海相淤泥水在形成后期的其他

水化學(xué)過(guò)程第75頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CaCl2型水

的形成與分布高礦化度的CaCl2型地下水常見(jiàn)于地殼深部地殼深部高礦化度的地下水一般為Cl-Na型水或Cl-Ca型水蘇林把CaCl2型水劃歸為“深成環(huán)境”

美國(guó)某地鹵水四川盆地黑鹵第76頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月深部高礦化度CaCl2型水的

水化學(xué)特征與賦存特征一般而言，CaCl2型水在地殼深處較為穩(wěn)定在與地殼上部淺層水相隔絕的水文地質(zhì)條件封閉的嫌氧環(huán)境中，CaCl2型水可以很好地保存在含水層中圍巖的巖性決定了CaCl2型水的礦化度上限圍巖最高礦化度正常鹽度條件下沉積的碳酸鹽巖<100～120g/L含石膏的地層200～250g/L含厚層石鹽或鉀鹽的地層500～700g/L第77頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用溶解作用無(wú)法解釋高礦化度CaCl2的來(lái)源可以用溶解作用解釋埋藏于深部的高礦化度地下水中NaCl、KCl的來(lái)源，但無(wú)法解釋CaCl2的來(lái)源。因?yàn)楹苌儆袔r石直接含有CaCl2這種鹽類(lèi)礦物深部高礦化度CaCl2型水成因第78頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月深部高礦化度CaCl2型水成因

——沉積說(shuō)基本觀點(diǎn)：CaCl2型水是沉積-埋藏水與沉積物之間相互作用的產(chǎn)物兩個(gè)不同的看法：A、陽(yáng)離子交替吸附作用：——在海侵過(guò)程中發(fā)生2NaCl+Ca2+（吸附）=CaCl2+2Na+（吸附）NaCl的最大溶解度為350g/l，CaCl2溶液的礦化度只有332g/L只適于解釋M<350g/l的海相沉積物中的CaCl2型水第79頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩個(gè)不同的看法：B、次生白云巖化作用：現(xiàn)代沉積學(xué)研究證實(shí)，原生沉積的白云巖幾乎不存在，白云巖大多是次生白云巖化產(chǎn)生，即方解石沉積后被含Mg2+的溶液交代而形成2CaCO3+MgCl2=CaMg(CO3)2+CaCl2可合理解釋在白云巖中賦存的CaCl2型水深部高礦化度CaCl2型水成因

——沉積說(shuō)第80頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鈉長(zhǎng)石化作用鈣長(zhǎng)石結(jié)晶格架中的Ca2+、Al3+被鹵水中的Na+、Si4+代替，成為鈉長(zhǎng)石CaAl2Si2O8+Na++Si4+=NaAlSi3O8+Ca2++Al3+Ca2+、Al3+的離子半徑分別大于Na+、Si4+，因而這種交代的發(fā)生是可能的結(jié)果水中Na+含量降低，γCl>γNa+Mg，形成CaCl2型水深部高礦化度CaCl2型水成因

——鈉長(zhǎng)石化說(shuō)第81頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以前蘇聯(lián)學(xué)者杰爾普戈茨為代表在地幔帶存在原生成因的“水氯圈”，地球深部所有以Cl-為主要陰離子的天然高礦化度水均來(lái)源于此圈；當(dāng)這些內(nèi)生的氯化物水溶液受地球內(nèi)部應(yīng)力作用由下至上運(yùn)動(dòng)時(shí)，Ca、Mg離子通過(guò)介質(zhì)空隙的能力低于Na、K。從而使地殼較深處的氯化物型高礦化水偏鈣質(zhì)。深部高礦化度CaCl2型水成因

——內(nèi)生說(shuō)第82頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表生帶CaCl2型水的形成地殼表層含水介質(zhì)中，高礦化度的CaCl2水難以穩(wěn)定存在表生帶經(jīng)常有滲入成因的Na2SO4型水、MgSO4型水和NaHCO3型水，如與高礦化度的CaCl2相遇，可使大部分Ca2+從水中沉淀存在地區(qū)侵入巖風(fēng)化殼特點(diǎn)礦化度低γCl稍大于γNa+Mg第83頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月侵入巖風(fēng)化產(chǎn)物粘性土中的潛水（少見(jiàn)）Na+交替了風(fēng)化產(chǎn)物粘性土吸附的Ca2+，使Ca2+進(jìn)入水中中亞細(xì)亞地區(qū)表生帶CaCl2型水的形成第84頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滲入成因與沉積成因水的區(qū)分Cl-Na(Ca)組分含量滲入成因的TDS較低，Br較低組分的比例系數(shù)：γNa/γCl比值=0.85大洋水<0.85沉積水>1滲入水γCl/γBr比值=300大洋水<300海相沉積水>300海相含鹽沉積巖區(qū)的滲入水第85頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同位素(δD、δ18O)定義Rm為樣品的同位素比值Rs為標(biāo)準(zhǔn)樣品的同位素比值R=X重/X輕（R－同位素比值）Craig方程滲入成因的Cl-Na水：多位于Craig降水直線(xiàn)附近沉積成因：多在偏離Craig降水直線(xiàn)滲入成因與沉積成因水的區(qū)分Cl-Na-(Ca)第86頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第87頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖漿成因地下水第88頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)基本概念巖漿成因地下水在狹義上，巖漿成因地下水是指由巖漿直接分異出來(lái)的水；在廣義上，指地下水的組分或水溫受到了巖漿活動(dòng)的影響——即與巖漿活動(dòng)有關(guān)的地下水。在巖漿的高溫作用下自巖石中脫出的水（即變質(zhì)成因水）；地下水在深循環(huán)后受到地球深部局部熔融體的烘烤，其溫度與巖漿活動(dòng)有關(guān)；此時(shí)異常高的水溫可使地下水從圍巖中獲得常溫時(shí)難以大量溶濾的組分，使其表現(xiàn)出與常溫地下水不同的水化學(xué)特征。第89頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)基本概念地下熱水按溫度劃分——一般指水溫高于25℃的地下水高于75℃者為高溫?zé)崴橛?0℃至75℃者為中溫?zé)崴陀?0℃者為低溫?zé)崴礋嵩磩澐謳r漿熱源非巖漿熱源熱能來(lái)自為正常地溫梯度（3℃/100m）熱能來(lái)自構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱熱能來(lái)自地球化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱第90頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)基本概念地?zé)豳Y源指在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)環(huán)境條件下，地殼內(nèi)能夠科學(xué)、合理地開(kāi)發(fā)出來(lái)的巖石中的熱能量和地?zé)崃黧w中的熱能量及其伴生的有用組分。地?zé)犸@示火山爆發(fā)——最強(qiáng)烈的地?zé)犸@示火山爆發(fā)時(shí)常有大量的高溫水氣一同噴出地表，這可稱(chēng)為真正意義上的火山成因水地下賦存熱水或地表有熱泉出露地?zé)岙惓！獰崃髦蹈哂谌蚱骄禑崃髦担簡(jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)地球表面單位面積散失的熱量全球平均熱流值：5.9～6.3×10-6J/(㎝2*s)第91頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)基本概念地?zé)岬膩?lái)源巖漿活動(dòng)地溫梯度：與太陽(yáng)輻射沒(méi)有直接聯(lián)系，主要來(lái)源于地球內(nèi)部鈾238、鈾235、釷232和鉀40等放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能

通常，在地下增溫層，平均深度每增加100m，溫度就上升3℃。把地溫增高1℃所需深度，叫做地?zé)嵩鰷芈?。地?zé)嵩鰷芈实娜蚱骄凳?3m。變溫層：地表20m之下地溫受太陽(yáng)輻射影響的地帶；常溫層：變溫層之下的薄層，地溫常年不變；（中國(guó)北方：厚度30m）增溫層：按照地溫梯度溫度隨深度增加的地帶，在常溫層之下。第92頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地下熱水系統(tǒng)的地球化學(xué)溫標(biāo)含量受溫度控制并與溫度存在相關(guān)性的，用于推測(cè)和判斷熱儲(chǔ)（即含熱水的含水層）溫度的元素、組分或它們之間的比值，可作為溫度指示計(jì)使用。各種地球化學(xué)溫標(biāo)建立的基礎(chǔ)是：地?zé)崃黧w與礦物在一定溫度條件下進(jìn)行反應(yīng)，隨后，在地?zé)崃黧w溫度降低時(shí)，某些元素的含量或含量比值仍然保持不變或變化極小。

SiO2溫標(biāo)；K-Na溫標(biāo)；Na-K-Ca溫標(biāo)；K-Mg溫標(biāo)。幾個(gè)基本概念第93頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地球化學(xué)溫標(biāo)鉀鎂地?zé)釡貥?biāo)它代表深度不大的熱水貯集系統(tǒng)的熱動(dòng)力平衡條件，尤其適用于中低溫地?zé)崽?。?jì)算公式為：式中：T——熱儲(chǔ)溫度，℃；C1——水中鉀的濃度，mg/L；C2—水中鎂的濃度，mg/L。第94頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地球化學(xué)溫標(biāo)鉀鈉地?zé)釡貥?biāo)

它代表深度較大的熱水貯集系統(tǒng)的熱動(dòng)力平衡條件。計(jì)算公式為：式中：T——熱儲(chǔ)溫度，℃；C1——水中鉀的濃度，mg/L；C3——水中鈉的濃度，mg/L。第95頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究意義巖漿成因地下熱水可作為反映地球內(nèi)部地質(zhì)過(guò)程的“望深鏡”，為內(nèi)生水以及深部地質(zhì)過(guò)程的研究提供有重要價(jià)值的信息；巖漿成因地下熱水的水溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他成因的熱水，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義；巖漿成因地下熱水常含有許多對(duì)人體有益的微量元素和氣體組分，可作為醫(yī)療或飲用礦水，有重要的開(kāi)采價(jià)值。第96頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖漿成因熱水的初步認(rèn)識(shí)熱水（以巖漿為熱源）中水的來(lái)源：20世紀(jì)30-40年代，林格侖（Lingren）認(rèn)為現(xiàn)代火山區(qū)的高溫水是100%的初生水，即直接由巖漿分異出來(lái)的水；20世紀(jì)50年代，一些蘇聯(lián)學(xué)者（以?shī)W弗琴尼柯夫?yàn)榇恚┱J(rèn)為熱水是受地球內(nèi)熱烘烤的自流盆地型重力水，其中初生水的百分含量不到5%（后來(lái)被同位素證據(jù)證實(shí)：D、18O

）；D.E.White認(rèn)為熱水中初生水的比例應(yīng)在10%以上；冰島某海邊熱泉水的計(jì)算結(jié)果顯示：57%海水+18%降水+25%初生水（熱均衡計(jì)算：水溫來(lái)源于入滲水所獲得的傳導(dǎo)熱流及高溫初生水帶來(lái)的熱量）由于純粹的初生水樣無(wú)法獲取，上述數(shù)據(jù)的精確程度難以判斷第97頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱水中的溶解物質(zhì)：常見(jiàn)組分Na、K、F、Fe、Si（異常高）Ca、Mg（異常低）其他組分V、Li、As、Br、B、Ge、Ga、Al、Rb氣體組分CO2、H2S、H2、N2、CH4溶解物質(zhì)來(lái)源：巖漿分異出來(lái)的物質(zhì)變質(zhì)成因的物質(zhì)溶濾圍巖獲得的物質(zhì)其他成因水的混合作用加入的物質(zhì)巖漿成因熱水的初步認(rèn)識(shí)第98頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月初生水、再生水的成分初生水：由巖漿分逸出的水（鳩斯，1902）再生水：在高溫條件下，巖石和礦物中結(jié)合態(tài)的水轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，并進(jìn)入現(xiàn)代水圈受地質(zhì)環(huán)境變遷的影響，找不到純粹的初生水和再生水在大洋中脊裂谷帶，應(yīng)當(dāng)有初生水，但在此地帶采樣在現(xiàn)有技術(shù)條件下不可實(shí)現(xiàn)理論上，不受其他地質(zhì)環(huán)境影響的玄武巖區(qū)的熱水中應(yīng)有更多的初生水和再生水現(xiàn)代大洋的底部皆由玄武巖組成；下地殼的物質(zhì)為與玄武巖類(lèi)似的物質(zhì)；出露于大陸的玄武巖集中在三個(gè)區(qū)：環(huán)太平洋區(qū)、裂谷區(qū)及大陸玄武巖區(qū)。巖漿成因熱水的初步認(rèn)識(shí)第99頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例：冰島玄武巖區(qū)的熱水組分熱泉成分TDS=0.05-1.5g/LSiO2可達(dá)1000mg/LCl-含量低熱蒸汽成分陰離子：HCO3-和HS-為主要離子，Cl-很少陽(yáng)離子：Na+為主要離子，K+含量比Na+低一個(gè)數(shù)量級(jí)，Ca、Mg含量極低巖漿成因熱水的初步認(rèn)識(shí)第100頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)熱泉組分含量、水溫，熱蒸汽組分含量、氣溫、氣壓，推斷深部熱水成分為：硅酸-鈉型水并非初生水的特征，但這種水中初生水的比例應(yīng)大一些巖漿成因熱水的初步認(rèn)識(shí)第101頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如何判別熱水中初生水的存在與否呢？熱水系統(tǒng)的熱均衡數(shù)據(jù)熱水的同位素成分H、S、He、Ar、Sr等元素的同位素?zé)崴奈⒘亢拖∮性睾孔⒁?，一般不能依?jù)主要組分來(lái)說(shuō)明水中是否有初生水，而應(yīng)依據(jù)微量和稀有元素含量來(lái)判別許多人認(rèn)為，初生水的Li、Hg、Sb（銻）、Rn（氡）、Cl、B、F、K、Rb、Cs等含量較高第102頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月巖漿成因熱水的氣體組分特征熱水中氣體成分與溫度有關(guān)高溫（180-700℃）：HCl、HF、SO2、CO2、H2、NH3、CH4、H2S、N2中溫（100-180℃）:

H2S、CO、CO2、CH4、N2、SO2、H2低溫（<100℃

）H2S、CO、CO