07地下水的化学组分及其演变

透明度分级 透明的 特 征
微浊的 有少量的悬浮物，大于 30 cm 水深可见 3mm 的粗线
无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3mm 的粗线
水中含有 物质 水的口味
NaCl Na2SO4 咸 涩
7.2 地下水化学特征
苦 甜 涩 沼泽 酸
MgCl 大量 铁盐 腐殖质 MgSO4 有机质
H2S 碳酸气
② 岩浆岩、变质岩地区铝硅酸盐矿物风化溶解（钠、钙长石） Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3-+2Na++ H4Al2Si2O9+4SiO2
CaO . 2Al2O3. 4SiO2+2CO2+5H2O→2HCO3-+Ca2++ 2H4Al2Si2O9
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
按TDS对地下水的分类：
TDS与离子关系：
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
地下水中常见的主要离子成分中，阴离子有HCO3-, SO42-, Cl-；
阳离子是Ca2+, Mg2+, Na+, K+。
（1）氯离子Cl特点： 含量一般为n mg/l~100g/l。① Cl-不为植物和细菌摄取，② 不被土壤颗粒 表面吸附，③ 不易沉淀，溶解度大，在水中最为稳定，④ 随矿化度增大， 其含量增大, 是水中含盐量多寡的标志。 来源：
物质
MgSO4
苦
水的口味
咸
涩
甜
Mg(HCO3)2 可口
6.1.3 地下水透明度的野外分级
水的口味
咸
涩
苦
甜
涩
沼泽
酸
颜色判别方法：
透明度分级
6.1.3 地下水透明度的野外分级 表 6-3 地下水的透明度分级
特 征 表 6-3 地下水的透明度分级
野外：水样与蒸馏水对比 实验室：水样与标准比色液对比 透明的 无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3mm 的粗线
CO2 及 Ca (HCO3)2 Mg(HCO3)2 可口
地下水的物理性质 6.1.3 地下水透明度的野外分级
透明度分级 透明的 微浊的 混浊的 极浊的
地下水的透明度分级： 表 6-3 地下水的透明度分级
特 征 无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3mm 的粗线 有少量的悬浮物，大于 30 cm 水深可见 3mm 的粗线 有较多的悬浮物，半透明状 有大量的悬浮物或胶体，似乳状，水深很小也不能清楚看见 3mm 的粗线
悬浮固体（悬浮物）是指水中悬浮的泥砂、硅土、有机物和微生物 等难溶于水的胶体或固体微粒。 比重取决于水中溶解盐数量。溶解盐越多，地下水比重越大。一般 地下水的比重接近1。
7.2 地下水化学特征
地下水的物理性质
地下水的物理性质是地下水的比重、温度、透明度、 颜色、味、嗅味、导电性、放射性等物理特性的总和。
常量元素(宏量元素) 是地下水中经常出现、分布最广、含量较 多并能决定地下水化学基本类型和特点的元素。 微量元素是地下水中出现较少、分布局限、含量较低的化学元 素。它们不决定地下水的化学类型，但却赋予地下水一些特殊性质
和功能。
7.2 地下水化学特征
组成地壳的87种元素，地下水中已发现70余种。地下水中含 有气体、离子、胶体、有机质、微生物等。存在形式： 气体： O2、N2、 H2S 、CH4、 CO2等 离子：H+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ , OH-, Cl-, SO42-, NO2-, HCO3-, CO32-, SiO32-, PO42胶体成分：SiO2 Fe(OH)3 Al(OH)3
7.2 地下水化学特征
7.2.1 地下水主要气体成分
成因类型 大气成因 生物成因 生成的作用 大 气圈 中的 空气 渗入地下而生 微 生物 分解 有机 物 与矿 物盐 类而 生 岩 石在 高温 高压 下变质生成 化学成因 岩 石在 常温 常压 下化学反应生成 放射成因 火山喷发 成因 放 射性 元素 衰变 生成 火山喷发物带出 主要气体成分 N2，O2 为主 CH4，CO2，H2S ，重 烃，N2，H2 等 CO2，H2S，H2，CH4， CO，N2，HCl，HF， NH3，SO2 等 Cl，S，CO2 等
①沉积岩中盐岩、氯化物的溶解；②岩浆岩含氯矿物氯磷灰石 Ca5(PO4)3Cl、方钠石 NaAlSiO4. NaCL的风化溶解；③火山喷发物的溶滤； ④ 海水； ⑤ 人为污染：工业、生活污水和粪便。
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
（2）硫酸根离子SO42特点： SO42-地下水中总含量在阴离子中仅次于Cl-。其含量变化范围由 小于1毫克至数克不等。中等矿化度的水中含量高。 来源： ① 石膏、沉积硫酸盐岩的溶解 ② 煤系地层中黄铁矿FeS2、金属硫化物的氧化 2FeS2 +7O2+2H2O→FeSO4+ 4H++ 2SO42③ 化 石 燃 料 ， 进 入 空 气 中 形 成 酸 雨 ， 人 为 产 生 SO2 与 氮 氧 化 物 （2.0~2.5亿t/a） 。
有机质：可增加地下水的酸度，有利于还原。
微生物：① 氧化环境：硫细菌、铁细菌等；②还原环境： 脱硫酸细菌等；③ 污染水：致病细菌。
7.2 地下水化学特征
7.2.1 地下水主要气体成分
主要气体成分： O2、N2、CO2、CH4、H2S等。 研究意义:
(1)说明地下水所处的水文地球化学环境；
O2、N2是氧化环境（开放、与大气相通）的标志； H2S 、CH4是还原环境（封闭、与大气隔绝）的标志； (2)有些气体增加水溶解盐类的能力，促进水岩化学反应，相 互作用。
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
（3）重碳酸根离子HCO3特点：含量一般不超过1g/L，因为HCO3-主要来源于碳酸盐类岩石， 而它的溶解度很小，只有当地下水中存在CO2时才较易溶于水。通 常以HCO3-为主要成分的地下水含盐量都不高，是淡水的特征。 来源：
① 碳酸盐岩溶解：Ca/MgCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+/Mg2+
T= t+(H-h)r。
利用地下水水温，可以估算其循环深度H：
T t H h r
7.2 地下水化学特征
• • 水化学是研究天然水化学成分的形成、分布和演变的学科。 水文地球化学是研究地下水化学成分的形成和变化规律以及地下 水地球化学作用的学科。
地下水水质是地下水的物理、化学和生物物质之总称。
水中含有 MgCl 大量 水中含有 NaCl Na2SO4 MgCl 大量 物质 NaCl Na2SO4 MgSO4 有机质 CO2 及 CO2 及 H2S 铁盐 腐殖质 H2S Ca (HCO3)2 铁盐 腐殖质 碳酸气 Mg(HCO Ca (HCO 3)2 3)2 有机质 碳酸气 涩 沼泽 酸 可口
7.2 地下水化学特征
7.2.1 地下水主要气体成分
二、甲烷（CH4）、H2S ：
H2S来源： 硫酸盐还原： 硫化矿物分解：
火山喷发
H2S和CH4的存在表明还原环境 。 H2S一般出现在深层地下水中，油田水中含量很高，常以此 作为寻找石油的间接标志。
7.2 地下水化学特征
7.2.1 地下水主要气体成分
Na、K） ；
ⅱ 地壳中含量不高，但极易溶于水的（Cl-、SO42-）； ⅲ 地壳中含量很高，但难溶于水的，地下水中含量不 高（Si、Al、Fe） 。
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
溶解性总固体（TDS）与矿化度的概念
溶解性总固体（TDS）：溶解在水中的无机和有机物的总称。（不包括 悬浮物和溶解气体等非固体组分）。将1L水加热到105 ℃ -110℃，使水 全部蒸发，干枯残余物就是TDS。单位:mg/L或g/L。 （总）矿化度：水中溶解的离子、分子和化合物的总称。（5版：以 105º —110℃时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征总矿化度。也可以 将分析所得阴阳离子含量相加，求得理论干涸残余物值。因为在蒸干时 有将近一半的HCO3-分解生成CO2 及H2O 而逸失。所以，阴阳离子相加 时， HCO3- 只取重量的半数。） 二概念有水质研究中，水质研究的比例在加大。
水的物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电 性、放射性等。 水的化学成分是水质评价的基础。
7.2 地下水化学特征
地下水的物理性质
地下水的物理性质是地下水的比重、温度、透明度、 颜色、味、嗅味、导电性、放射性等物理特性的总和。


水温变化是影响水化学成分、水化学作用的重要因素。
2）地壳中丰度较低的元素：Cl，S，C
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
阳离子：H+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ 阴离子：OH-, Cl-, SO42-, NO2-, HCO3-, CO32-, SiO32-, PO42形成以上主要离子成分的原因： ⅰ 地壳中含量较高，且易溶于水的（O2、Ca、Mg、
三、 CO2 ：
来源： (1)大气：降水、地表水入渗补给（含量低）
(2)生物：土壤层中有机残骸发酵、植物呼吸作用
(3)变质：碳酸盐岩地层： CaCO3
C 400
0
CaO+CO2，
SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2
(4)人类活动：工业生活应用化石燃料，产生大量的CO2，使 大气中的 CO2 迅速增高。目前每年生产 CO2气体 53 亿t，产生 了温室效应。 作用： CO2 高，碳酸盐岩容易溶解水侵蚀性强，结晶岩容易风 化。