1、2022-6-222OUTLINE 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分的分析内容 地下水化学成分的分类与图示2022-6-223地下水化学成分的形成作用 地下水的主要补给来源是大气降水和地表水。在补给地下水之前，无论大气降水，还是地表水本身都含有一定量的化学成分，如被风吹入大气的海水，混入大气降水的尘埃等。 补给地下水的大气降水矿化度很低，一般在0.02g/L0.05g/L。 地下水与岩石的进一步接触，发生一系列化学成分的形成作用，使地下水的化学成分多样化，矿化度也随之升高。2022-6-224 溶滤作用地下水化学成分最主要最主要的形成作用 概念：在地下水与
2、岩土相互接触中和相互作用下，岩土中的一部分物质转入水中的机制和过程。 机制：岩土与水接触时，组成结晶晶格的盐类离子被水分子带相反电荷的一端所吸引；当水分子对离子的引力足以克服结晶晶格中离子间的引力时，离子就会脱离晶格，被水分子包围并溶入水中。 结果：岩土失去一部分可溶物质，地下水中补充新的组成成分化学成分。地下水化学成分的形成作用2022-6-225 溶滤作用地下水化学成分最主要最主要的形成作用 溶解度：当矿物盐类与水溶液接触时，同时发生两个反方向的作用：溶解作用和结晶作用。前者使离子脱离晶格转入水中，后者使离子重新回到晶格中。开始时，溶解作用强，溶液中盐类离子增加；随着时间推移，结晶作用变强
3、，溶解作用减弱，直至两个作用达到平衡，溶液达到饱和，此时溶液中某一盐类的含量就是其溶解度。 不同盐类，具有不同的溶解度，这与晶格中离子间引力有关 一般来讲，同一种盐类的溶解度随着温度的升高而增大，但也有例外。如Na2SO4。见图6-3。地下水化学成分的形成作用2022-6-226盐类溶解度与温度的关系2022-6-227 溶滤作用强度的影响因素： 组成岩土的矿物盐类的溶解度 岩土的空隙特征 水本身的溶解能力矿化度的高低，饱和的水会失去溶解能力 水中某些气体成分的含量：CO2、O2会增强水对某些盐类的溶解能力。 水的流动状况：停止的水随着时间的推移也会达到饱和而失去溶解能力。地下水的径流与交替强
4、度是决定溶滤作用最活跃的关键因素。地下水化学成分的形成作用2022-6-228 不能把溶滤作用等同于纯化学的溶解作用：溶滤作用是一种与一定的自然地理和地质环境相联系的历史过程。这一过程始于岩层接受大气降水及地表水的入渗补给。 Question： 氯岩最易于溶解，为什么湿润气候条件下，径流与交替作用强烈，溶滤充分的地区的地下水是低矿化度水，主要离子成分是低溶解度的盐类离子？地下水化学成分的形成作用2022-6-229 浓缩作用特定条件下地下水化学成分的形成作用 概念：在干旱半干旱气候条件下，在地下水系统的排泄区，由于蒸发作用的持续进行而导致地下水溶液逐渐浓缩，地下水主要化学成分发生变化的过程。
5、机制：蒸发作用只带走水分，而将盐分仍保留在地下水中。 结果：最终导致以Cl-、Na+为主的高矿化度水。Why? 必要条件：干旱半干旱气候条件、较浅的地下水埋深、颗粒细小的松散岩土层、地下水系统的势汇，即排泄区。地下水化学成分的形成作用2022-6-2210地下水化学成分的形成作用 脱碳酸作用 概念：CO2在水中的溶解度随着温度升高或者压力的降低而减少，一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出，这就是脱碳酸做用。 机制：水中CO2的溶解度受环境的温度和压力控制。如钙华。322322CaCOOHCOHCOCa322322MgCOOHCOHCOMg结果：地下水中的重碳酸根离子、钙离子/镁离子减少，矿化
6、度降低。2022-6-2211地下水化学成分的形成作用 脱硫酸作用 概念：在还原环境中且有机质存在时，脱硫酸菌使硫酸根离子还原为H2S，这便是脱硫酸做用。 机制： 结果：使地下水中的硫酸根离子减少甚至消失，重碳酸离子增加，pH值增大。32224222HCOSHOHCSO脱硫酸菌2022-6-2212地下水化学成分的形成作用 阳离子交替吸附作用：存在比较普遍的形成作用 概念：岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。一定条件下颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的阳离子转化为地下水的组分，这就是阳离子交替吸附作用。 机制：不同的阳离子吸附于岩土表面的能力不同，按吸附能力排序如下： 除H+外
7、，离子价越高，离子半径越大，则离子吸附于岩土表面的能力越强。另外还受到溶液中离子浓度的影响。NaKMgCaAlFeH22332022-6-2213地下水化学成分的形成作用 混合作用 概念：成分不同的两种地下水汇合到一起，形成与原来两者都不同的具有新的化学成分的地下水，这就是混合作用。 结果：有两种可能：1）发生化学反应，形成新的化学类型的地下水；2）不发生化学反应，仅仅改变地下水中的化学成分含量的比例关系。例如： 条件：湖滨、河边等场所，地表水混入地下水；深层地下水补给浅层地下水，或者相反。都会产生两种不同化学成分的地下水的混合作用。3442232NaHCOCaSOSONaHCOCa2022-
8、6-2214 人类活动的影响与作用 概念：一方面，废弃物污染地下水；另一方面，人为地大范围地改变地下水的形成条件。从而都使地下水的化学成分发生变化。 结果：两种相反的结果。重要的是利用水文地质及水化学的知识，使地下水水质向有利的方向发展。地下水化学成分的形成作用2022-6-2215 溶滤水 概念：富含CO2和O2的渗入成因的地下水，溶滤所流经的岩土而获得其主要化学成分，这种水称为溶滤水。 溶滤水的成分受岩性、气候和地貌等因素的影响。地下水化学成分的基本成因类型地球上的水起源于地球深部层圈。地球上的水起源于地球深部层圈。从地下水化学成分基本成因出发，地下水可化分为三种成因类型：从地下水化学成分
9、基本成因出发，地下水可化分为三种成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。溶滤水、沉积水和内生水。2022-6-2216 溶滤水成分的影响因素： 岩性：地下水的主要化学成分表现出与流经的岩石盐类的一致性。但不要简单化，成份还受气候和地形因素的影响。 气候因素：在多雨潮湿气侯下，在充分溶滤后，最终浅层地下水会形成低矿化度重碳酸型水；而在干旱少雨气候下，特别是浓缩作用的发生，最终都将形成高矿化度的氯化物水。因此，从大的范围讲，溶滤水的成分主要受控于气候条件，显示出气候上的分带性。 地形因素：地形因素往往又会干扰溶滤水化学成分随气候的分带性。地形切割程度、径流交替条件、径流途径长短等因素会影响溶滤水的化学成
10、分。地下水化学成分的基本成因类型2022-6-2217 沉积水 概念：是指与沉积物大体同时生成的古地下水。 河、湖、海相的沉积物中的水具有不同的原始成分。但不论是何种相沉积物中的沉积水，经过漫长的地质年代，水质都会发生一系列的变化。 用海相淤泥中的沉积水加以说明。自学课本相关内容。地下水化学成分的基本成因类型2022-6-2218 内生水 概念：简单地讲，来自地球深部层圈的水可称为内生水。 现象：大多数的温泉是 大气降水渗入深部加热后重新上升到地表形成的。但是一些高温水，不能简单归纳为渗入水从地壳下部获得能量，应该有10%30%的来自地球深部层圈地高热流体的贡献。 内生水的研究和地球深部层圈一
11、样，人类还知之不多。地下水化学成分的基本成因类型2022-6-2219简分析用于了解区域地下水的化学成分的概貌，可就地进行，项目少，精度低，成本也低。分析内容：除了地下水的物理性质外，定量分析HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、pH值、总硬度，计算各离子含量及总矿化度，定性分析项目不固定，以初步了解地下水的化学成分以及水质是否适合饮用。全分析分析项目多，精度高，在简分析基础上进行。但并非分析水的全部成分。分析内容: HCO3-、SO42-、Cl-、NO2-、NO3-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、pH值、总硬度、耗氧量、干涸残余物，计算总
12、矿化度。专门分析：配合专门任务而进行的化学成分分析。地下水化学成分的分析内容2022-6-2220化学成分分析 在进行地下水化学分析的同时，应当分析地表水和大气降水的化学成分，以便于掌握更多的信息，了解地下水与地表水之间的关系，以及地下水化学成分的形成机制。 化学分析结果的表示方式：直接结果表示为各离子 mg/L，为了适应地下水化学成分的图示方法，需要将单位mg/L换算成毫克当量/L，进而计算出各阴、阳离子所占的毫克当量百分数（分别以阴离子、阳离子的毫克当量为100%）。地下水化学成分的分析内容2022-6-2221 舒卡列夫分类表 此分类法是根据地下水中6种主要阴阳离子及矿化度来划分的。将含
13、量超过25%毫克当量的阴离子和阳离子进行组合，共分49型水，每型以一个数字作为代号。矿化度分A、B、C、D四组，与上49型水进行组合。见表6-2。 优点：简明扼要，应用广泛，从表的左上角到右下角大体上与地下水总的矿化过程一致。如1-A型水，49-D型水。 缺点：25%的化分界限带有人为性，小于此含量的离子无法反映出来；而且对于大于25%含量的离子，也无法反映出它们的顺序来。因此不够细致。地下水化学成分分类2022-6-2222 派珀三线图解 三线图解是由两个三角形和一个菱形组成，左下角三角形的三条边线分别代表阳离子K+Na+ 、Ca2+、Mg2+的毫克当量百分数，右下角的三角形三条边线表示阴离
14、子Cl- 、SO42-、HCO3-的毫克当量百分数。任一水样的阴阳离子的相对含量分别在三角形中标出，引线在菱形中的交点上的圆圈表示此水样阴阳离子相对含量，圆圈半径的大小表示水的矿化度。看图6-4。 落在菱形中不同区域的水样具有不同的化学特征。见图6-5。地下水化学成分分类2022-6-2223复习思考题地下水化学成分形成作用的概念 溶滤作用、机理及其影响因素； 浓缩作用及其产生的条件； 脱碳酸作用及其形成机制 脱硫酸作用及其形成机制 阳离子交替吸附作用及其形成机制地下水化学成分的成因类型；溶滤水及其化学特征的影响因素；地下水化学成分的简分析、全分析及二者的区别了解地下水化学的舒卡列夫分类和派珀三线图解2022-6-2224Its Over!Any questions?
