水文地质基础解析课件.ppt

1、）Na+高矿化水中的主要阳离子。来源：沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；海水；岩浆岩和变质岩地区含钠矿物的风化溶解；酸性岩浆岩中大量含钠矿物，在CO2、H2O的参与下，将形成低矿化的以Na+、HCO3为主的地下水。）K+高矿化水中含量较多。来源与分布特点与Na+相近：含钾盐类沉积岩的溶解；岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。在地壳中K与Na的含量相近，但在地下水中K+的含量比Na+少得多，这是因为：K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母）；易为植物所摄取。由于K+含量少，分析比较费事，所以一般将K+归并到Na+中，不另区分。）Ca2+是低矿化水中的主要阳离子。来源：碳酸盐类沉

2、积物及含石膏沉积物的溶解；岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。）Mg2+来源及分布与Ca2+相近：含镁的碳酸盐类沉积岩（白云盐、泥灰盐）；岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。Mg2+在低矿化水中通常含量较Ca2+少。地下水中各种离子的测定方法，参阅水质分析的有关书籍。3地下水中的其他成分 除主要离子（七大离子）外，地下水中还有其他成分：1）次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、NO2、NO3、CO32、SiO32、PO43等；2）微量组分（元素）：Br、I、F、B、Sr等；3）胶体成分：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3等；4）有机体；5）微生物：如氧化环境中

3、存在：硫细菌、铁细菌；还原环境中存在：脱硫酸细菌；在污水中：各种致病细菌。4地下水的总矿化度及化学成分表示式 总矿化度（总溶解固体）地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度（总溶解固体）。单位：g/L。矿化度Mdegree of mineralization；总溶解固体TDStotal dissolved solid。一般以105 110C时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表示矿化度（M）；将分析所得阴阳离子含量相加，相加时HCO3只取重量的一半，因为在蒸干时，有近一半的HCO3分解为CO2、H2O而逸失。总硬度水中所含钙离子和镁离子的总量。地下水主要来源于大气降水，大气降水的矿化度

4、一般为0.020.05g/L，进入含水层后，水与岩土作用，矿化度升高，化学成分发生变化。1溶滤作用 溶滤作用在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中。溶滤作用的结果：岩土失去一部分可溶物质；地下水则补充了新的组分。影响溶滤作用的因素：1）岩土中矿物盐类的溶解度：首先：NaCl迅速转入水中，SiO2很难溶于水中。2）岩土的空隙：空隙发育，溶滤作用强，否则弱。3）水的矿化度：低矿化水溶解能力强，而高矿化水溶解能力弱。4）水中CO2、O2等气体成分：水中CO2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。水中O2含量愈高，溶解硫化物的能力愈强。5）水的流动状况：停滞的地下水，最终将失去溶解能力；

5、流动的地下水，经常保持强的溶解能力。地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、最关键的因素。混合作用 混合作用成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两者都不相同的地下水这便是混合作用。混合作用：A、可能发生化学反应形成化学类型完全不同的地下水；B、不发生明显的化学反应取决于参与混合的两种水的化学成分。人类活动在地下水化学成分形成中的作用 A、污染地下水：工业三废：废气、废水、废渣，以及农业上大量使用的化肥、农药等，使地下水中含有原来含量很低的有害元素。B、改变地下水的形成条件，水质发生变化：过量开采地下水引起海水入侵，不合理灌溉引起次生盐渍化，使浅层水变咸等；引淡补咸使地下水淡

6、化 不同领域的学者，目前得出一致的结论：地球上的水圈是原始地壳生成后，氢与氧从地球内部层圈逸出而形成的。因此，地下水起源于地球深部层圈。从形成地下水化学成分的基本成因出发，将地下水分为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。1溶滤水 富含CO2与O2的渗入成因的地下水，溶滤它所流经的岩土而获得其主要化学成分，这种水称之为溶滤水。（地下水的化学成分主要由溶滤作用形成）3内生水 内生水指来自地球深部层圈的水。内生水的研究至今还很不成熟。地下水化学成分的分析是研究地下水化学成分及其形成作用的基础。工作目的与要求不同，分析项目与精度也不同。分析内容 在水文地质中分为：简分析、全分析、专门分析。1）简

7、分析 目的：了解区域地下水化学成分的概貌。特点；分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易掌握。分析项目：物理性质：温度、颜色、透明度、嗅味、味道等；定量分析：HCO3、SO42、Cl、Ca2、Mg2，总硬度、p值；通过计算求得：其它主要离子：K+Na、总矿化度；定性分析：NO3、NO2、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、耗氧量等。方法：可在野外利用专门水质分析箱进行；取水样送实验室分析。2）全分析 目的：全面地了解地下水的化学成分。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析。特点：分析项目较多，要求精度高。定量分析：HCO3、SO42、Cl、CO32、NO2、NO3、C

8、a2、Mg2、K、Na、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、耗氧量、pH值、干涸残余物TDS。地下水化学分类与图示方法（按地下水化学成分分类）1）舒卡列夫分类前苏联学者舒卡列夫，根据地下水中六种主要离子（K合并于Na中）及矿化度划分。根据离子含量对含量大于25%毫克当量的阴离子、阳离子进行组合，共分成49型水，每型以一个阿拉伯数字为代表（P62，表6-2）。按矿化度又分为组：A组：M40g/L。由表P62，62，从左上角右下角，矿化度由小大。如：1A型水，即矿化度1.5g/L的HCO3Ca型水，为石灰岩地区典型的溶滤水。一般书写时，（1）阴离子在前，阳离子在后；（2）含量大的在前，含

9、量小的在后。如：HCO3SO4Ca型水；HCO3CaMg型水等。习惯上我们说：1A型水（M49g/L），为高矿化的ClNa型水。实际工作中用数字表示水型不方便，而是将阴离子放在前，阳离子放在后（离子含量25%毫克当量的参加命名，且书写时省略离子符号），中间用横线连接，阴、阳离子中有两个以上毫克当量百分数25时，则含量大的在前，小的在后，中间用横线连接。如：HCO3SO4CaMg型水。特点：简明易懂，在我国广泛应用。缺点：以离子含量25毫克当量作为划分水型的依据，有人为性；反映水质变化不够细致（25%不考虑）。2）Piper三线图解SO4刻度线Cl刻度线HCO3刻度线Mg刻度线Ca刻度线Na+K

10、刻度线 Piper三线图解由两个三角形和一个菱形组成（图），左下角三角形的三条边分别代表阳离子K+Na+、Ca2、Mg2的毫克当量%；右下角三角形三条边分别表示阴离子HCO3、SO42、Cl的毫克当量%；菱形表示阴、阳离子组合的相对含量（毫克当量%）。三角形刻度增加的方向：阳离子按顺时针方向增加（Ca2、Mg2、K+Na+）；阴离子按逆时针方向增加（Cl、SO42、HCO3）矿化度的大小用圆圈大小表示：圆圈大，M大；圆圈小，M小。一般情况下，在实际工作中仅使用菱形表示地下水化学成分中阴、阳离子组合的相对含量。其中一对平行边为阳离子的组合；另一对平行边为阴离子的组合。刻度增加的方向：向上（Ca2

11、Mg2，SO42Cl）或向下（K+Na，HCO3CO32）。优点：不受人的影响；可以分析地下水化学成分的演变规律。总溶解固体？地温梯度?溶滤作用？浓缩作用？脱碳酸作用？脱硫酸作用？阳离子交替吸附作用？混合作用？溶滤水？沉积水？内生水？总硬度？地下水中含有各种 、以及微生物等。地下水中常见的气体成分有 、及 等。地下水中分布最广、含量较高的阴离子有 、及 等。地下水中分布最广、含量较高的阳离子有 、及 等。一般情况下，低矿化水中的离子常以 及 、为主；高矿化水则以 及 为主。一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以 为主，主要阳离子可以是 ，也可以是 。地下水化学成分的形成作用有 、脱硫酸作用

12、、阳离子交替吸附作用和混合作用。据地下水化学成分的成因类型，可将地下水分为 、和 。在低矿化水中，阴离子以重碳酸盐为主，阳离子以钙离子、镁离子为主。随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的碳酸盐部分析出，及 逐渐成为主要成分，继续浓缩，水中硫酸盐达到饱和并开始析出，便将形成以 、为主的高矿化水。当含钙为主的地下水，进入主要吸附有钠离子的岩土时，水中的钙离子便置换岩土所吸附的一部分 ，使地下水中 增多而 减少。地下水的物理性质主要包括：、和 。根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、和 三个带。研究地下水中气体成分的意义？地下水中二氧化碳气体来源？地下水中含有不同的气体成分时，各反映什么样的地球化学

13、环境？地下水中氯离子的主要来源？地下水中氯离子的特点有哪些?地下水中硫酸根离子和重碳酸根离子的来源?地下水中钠离子和钾离子的来源?为什么地下水中钾离子含量比钠离子含量少的多？地下水中钙离子和镁离子的来源?地下水中的总溶解固体与各离子含量有什么关系?简述利用库尔洛夫式反映水的化学特点的方法?影响溶滤作用强度的因素有哪些?自然界地下水化学成分的形成作用有哪些?为什么高矿化水中以易溶的氯离子和钠离子占优势?产生浓缩作用必须具备哪些条件?为什么粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用?地下水简分析的项目有哪些?地下水全分析项目有哪些?研究地下水化学成分的意义?氯化物最易溶解于水中，而为什么多数地下水中检出的是难溶的碳酸盐和硅酸盐成分?溶滤水的化学成分受哪些因素影响？如何影响?海相淤泥沉积水与海水有什么不同?叙述地下水化学成分舒卡列夫分类的原则？命名方法及优缺点?Piper三线图解？某地地面标高为100米，多年平均气温为10度，常温带距地面20米，增温带的地温梯度为4度/100米，试计算地面下2000米的地温。请用水文地球化学理论解释下列现象：(1)油田水中含H2S，NH4浓度高，SO42和NO3含量很低；(2)某供水井抽出的地下水进入水池后，开始为透明无色，不久出现土红色絮状悬浮物；(3)灰岩地区泉口出现钙华。