2008-2009第一学期水文地球化学期末试卷(B)-参考答案
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Mx---x 元素在水中的含量(mg/L) Nx---x 元素在岩石中的百分含量(%) a---水的干涸残渣(mg/L)
９、溶滤作用
溶滤作用是指岩石某些组分与地下水发生作用而进入水的过程，它没有破坏岩石的 结构，而只是一些元素进入了水中。
１０、盐效应.
盐效应是指矿物在水中的溶解度比其在高含盐水中的溶解度低，水中含盐量增加而使 矿物溶解度增大的现象
how much is the water undersaturated with respect to gypsum (CaSO4•2H2O) (what is the saturation Index)? (9 marks)
解：（1）
(3 分)
(2)
(2 分) (3)
(2 分)
So gypsum is unsaturated. (7 分) 2、某一深层砂岩含水层的地下水化学成分为（mg/L）：K+=18， Na+=390，Ca2+=41，Mg2+=60，HCO-3=210，SO2-4=670， pH=8.1。由于过量开采，地下水位降幅很大。为保持稳定供水量，以井灌方
式进行人工补给，补给水源来自湖水，发草绿色，含有机质。结果，观测井中 检查出 H2S（人工补给前未检出）。试述出现 H2S 的原因，发生何种反应？ HCO-3 及 pH 将升高或降低？（15）
答：为了保持稳定的供水量，以井灌的方式进行人工补给, 由于补给水源来自湖 水，发草绿色，含有机质，即 C；所以是在缺氧的还原环境中，使 SO2-4 在脱硫 酸作用中产生了 H2S。(8 分) 主要的反应有：SO42-+2C+2H2O→H2S↑+2HCO3-。(4 分) 在此反应中，由于产生了 HCO3-，所以 HCO3-会升高，从而使 pH 值升高。(3 分)
来自百度文库
标型元素主要决定环境的（酸碱 ）条件。
5．碳酸平衡中，pH( <6.4 )H2CO3 占优势，pH( 6.4—10.3 )HCO3-占优 势，pH( >10.3 )CO32-占优势。
6．地球化学垒按成因可分为（ 机械 ）垒、（物理-化学 ）垒和（生物化
学 ）垒。
7．铁在（ 还原 ）环境中迁移较强，而在（ 氧化 ）环境中迁移较弱。
(4 分) (1 分)
（2）pe 与 pH 值的关系
由
,
(4 分)
Eh0=0.0591Pe0
故 Eh=0.0591Pe (2)
(2 分)
由（1）、（2）式得：
Eh=0.179-0.0591pH
(1 分)
五．附加题（10 分，仅供参考）
Suppose you have a groundwater that contains free oxygen in recharge area moving through a sandstone aquifer containing disseminated organic matter that cause the pe of the water to become progressively lower. How would you expect the δ13C of bicarbonate and theδ34S of sulfate in the groundwater to change along the flow path? Would you expect the δ13C distribution to be any different if the aquifer was a marine limestone rather than a sandstone? Explain your reasoning. ⑴δ13C 和δ34S 会降低,因为有机物富含 12C 和 32S,水流经过有机物时,会使有机 物中轻同位素进入水中,从而使水中轻同位素的含量增加,使水中的δ13C 和δ34S 含量降低。 (5 分) ⑵δ13C 会升高，因为海相石炭岩中也含有大量的δ13C，当水流经过时会进入水 中，而砂岩中的δ13C 则相对较少，所以就比石炭岩中的少。 (5 分)
三.简答题(每题 5 分,共 20 分)
1.、水文地球化学分类的基本原则？
根据空气迁移的标型元素和标型化合物对地下水进行分组，（２分） 根据水迁移的标型元素和标型化合物对地下水进行分类，（２分） 在分组和分类的同时也要考虑地下水水文地球化学环境的影响，这就是水文地球化 学的分类原则。（１分）
2、 试解释下图的意义。
由图中可知，该图表示的是全球大气降水线方程，δD = 8 δ18O ＋ 10‰，（3 分）。 δ18O 和δD 同位素的大气降水点和赤道海水蒸汽点都有在全球大气降水线上， 它们在蒸发和凝结过程中的δ18O 和δD 同位素的值都符合全球大气降水线。 （２分）
3．何谓降水氢氧稳定同位素的大陆效应？试用蒸发与凝结的机理加以解释。 降水氢氧稳定同位素的大陆效应是指大气降水中的δ18O 和δD 同位素随海
二.填空（每空 1 分, 共 20 分）
1．水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（ 介 电 ）效应所致。 2．强酸性的地下水一般是出现在( 硫化矿床的氧化带 )等情况下。 3．据板块构造理论,全球地热带可分为二种类型:( 板缘地热带 )和(板内 地热带 )。
4．空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原 ）条件，而水迁移的
重金属是指那些难以迁移的金属元素，它们会在一定的地方富集且不易迁移，具有 一定的毒性，对人体有害。
４、Saturation index 饱和指数是用来判别水溶液是否达到饱和的指标， ５、geochemical barrier
地球化学垒是指地壳在很短距离内元素的迁移强度急剧下降而导致元素浓度增高的 地段。
岸线向大陆内部的延伸而降低的过程和现象。（３分） 海水蒸发成水蒸汽的过程中，带着δ18O 和δD，随着向大陆的漂移过程中
的温度效应和凝结的机理使重同位素δ18O 和δD 随大气降水降落，从而使由海 岸向大陆的这一过程中的δ18O 和δD 同位素含量降低。（2 分）
4．热力学方法在水文地球化学中有那些应用？ 答：（１）判定水文地球化学体系中反应的方向和程度；（1 分） （２）计算化学反应热效应；（1 分） （３）计算化学平衡常数（1 分）
６、标型元素
标型元素是指其迁移能控制地球化学环境，高克拉值的强迁移元素，其迁移决 定着后生过程的地球化学特点的化学元素、离子化合物。
７、脱硫酸作用 脱硫酸作用是指在缺氧条件中，在脱硫酸菌的作用下，将地下水中或岩石 中的 SO42-还原成 H2S、S2-的过程和现象。 ８、水迁移系数
水迁移系数是表示某种元素在地表水或地下水中单位干涸残渣中的含量与其在该区 岩石中含量之比。
3. 已知下列反应:
25℃时, 平衡常数 K eq = 106.05 , 试求 pe 与 pH 值的关系及 Eh 与 pH 的 关系。(15 分) 解：（１）pe 与 pH 值的关系 3Fe2O3+2H++2e-=2Fe3O4+H2O
(3 分)
由于
，[H2O]=1
两边取对数得： logKeq=2pH+2Pe 6.05=2pH+2Pe Pe=3.025-Ph (1)
（４）计算氧化－还原反应的电位值和水溶液的 pe 值（1 分） （５）水中溶液组分优势场和矿物稳定场的制作（1 分）
四.论述与计算题（以下 3 题中任选 2 题）（每题 15 分，共 30 分）
1． The solution has the following approximate composition:
2008-2009 第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)
—参考答案
一、名词解释（每题３分，共３０分）(答题可用英文或中文， 其他各题亦同)
１、isotopic altitude effect 同位素高程效应是指δ18O 或δD 随高程的增加而降低的现象。 ２、Total Dissolved Solids (TDS) 总溶解固体是指经过过滤的溶液在 103—105 条件下蒸干后所含的残余固体 的重量，总溶解固体包括溶解的分子、离子、络合物等，但不包括悬浮物 ３、Heavy metals
8．标型元素的标型程度取决于（ 克拉克值 ）和（ 迁移能力 ）。
9．大气 CO2 的δ13C 平均值是（ -7‰ ），而土壤 CO2 的δ13C 平均值是 （ 25‰ ）。
10.Radioactive isotopes such as （ 14C ） and (
U 238
)
are very useful in hydrology.
Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HCO3SO42ClH4SiO4 Temp.
mg/L 109 24 117 7 183 238 171 48 25℃
mmol/L 2.72 0.99 5.09 0.18 3.00 2.48 4.82 0.50
a. What is the ionic strength of the solution? (3 marks) b. What is the hardness of the solution? (3 marks) c. If the activity coefficient γis 0.591 for both Ca2+ and SO42- ,by
９、溶滤作用
溶滤作用是指岩石某些组分与地下水发生作用而进入水的过程，它没有破坏岩石的 结构，而只是一些元素进入了水中。
１０、盐效应.
盐效应是指矿物在水中的溶解度比其在高含盐水中的溶解度低，水中含盐量增加而使 矿物溶解度增大的现象
how much is the water undersaturated with respect to gypsum (CaSO4•2H2O) (what is the saturation Index)? (9 marks)
解：（1）
(3 分)
(2)
(2 分) (3)
(2 分)
So gypsum is unsaturated. (7 分) 2、某一深层砂岩含水层的地下水化学成分为（mg/L）：K+=18， Na+=390，Ca2+=41，Mg2+=60，HCO-3=210，SO2-4=670， pH=8.1。由于过量开采，地下水位降幅很大。为保持稳定供水量，以井灌方
式进行人工补给，补给水源来自湖水，发草绿色，含有机质。结果，观测井中 检查出 H2S（人工补给前未检出）。试述出现 H2S 的原因，发生何种反应？ HCO-3 及 pH 将升高或降低？（15）
答：为了保持稳定的供水量，以井灌的方式进行人工补给, 由于补给水源来自湖 水，发草绿色，含有机质，即 C；所以是在缺氧的还原环境中，使 SO2-4 在脱硫 酸作用中产生了 H2S。(8 分) 主要的反应有：SO42-+2C+2H2O→H2S↑+2HCO3-。(4 分) 在此反应中，由于产生了 HCO3-，所以 HCO3-会升高，从而使 pH 值升高。(3 分)
来自百度文库
标型元素主要决定环境的（酸碱 ）条件。
5．碳酸平衡中，pH( <6.4 )H2CO3 占优势，pH( 6.4—10.3 )HCO3-占优 势，pH( >10.3 )CO32-占优势。
6．地球化学垒按成因可分为（ 机械 ）垒、（物理-化学 ）垒和（生物化
学 ）垒。
7．铁在（ 还原 ）环境中迁移较强，而在（ 氧化 ）环境中迁移较弱。
(4 分) (1 分)
（2）pe 与 pH 值的关系
由
,
(4 分)
Eh0=0.0591Pe0
故 Eh=0.0591Pe (2)
(2 分)
由（1）、（2）式得：
Eh=0.179-0.0591pH
(1 分)
五．附加题（10 分，仅供参考）
Suppose you have a groundwater that contains free oxygen in recharge area moving through a sandstone aquifer containing disseminated organic matter that cause the pe of the water to become progressively lower. How would you expect the δ13C of bicarbonate and theδ34S of sulfate in the groundwater to change along the flow path? Would you expect the δ13C distribution to be any different if the aquifer was a marine limestone rather than a sandstone? Explain your reasoning. ⑴δ13C 和δ34S 会降低,因为有机物富含 12C 和 32S,水流经过有机物时,会使有机 物中轻同位素进入水中,从而使水中轻同位素的含量增加,使水中的δ13C 和δ34S 含量降低。 (5 分) ⑵δ13C 会升高，因为海相石炭岩中也含有大量的δ13C，当水流经过时会进入水 中，而砂岩中的δ13C 则相对较少，所以就比石炭岩中的少。 (5 分)
三.简答题(每题 5 分,共 20 分)
1.、水文地球化学分类的基本原则？
根据空气迁移的标型元素和标型化合物对地下水进行分组，（２分） 根据水迁移的标型元素和标型化合物对地下水进行分类，（２分） 在分组和分类的同时也要考虑地下水水文地球化学环境的影响，这就是水文地球化 学的分类原则。（１分）
2、 试解释下图的意义。
由图中可知，该图表示的是全球大气降水线方程，δD = 8 δ18O ＋ 10‰，（3 分）。 δ18O 和δD 同位素的大气降水点和赤道海水蒸汽点都有在全球大气降水线上， 它们在蒸发和凝结过程中的δ18O 和δD 同位素的值都符合全球大气降水线。 （２分）
3．何谓降水氢氧稳定同位素的大陆效应？试用蒸发与凝结的机理加以解释。 降水氢氧稳定同位素的大陆效应是指大气降水中的δ18O 和δD 同位素随海
二.填空（每空 1 分, 共 20 分）
1．水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（ 介 电 ）效应所致。 2．强酸性的地下水一般是出现在( 硫化矿床的氧化带 )等情况下。 3．据板块构造理论,全球地热带可分为二种类型:( 板缘地热带 )和(板内 地热带 )。
4．空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原 ）条件，而水迁移的
重金属是指那些难以迁移的金属元素，它们会在一定的地方富集且不易迁移，具有 一定的毒性，对人体有害。
４、Saturation index 饱和指数是用来判别水溶液是否达到饱和的指标， ５、geochemical barrier
地球化学垒是指地壳在很短距离内元素的迁移强度急剧下降而导致元素浓度增高的 地段。
岸线向大陆内部的延伸而降低的过程和现象。（３分） 海水蒸发成水蒸汽的过程中，带着δ18O 和δD，随着向大陆的漂移过程中
的温度效应和凝结的机理使重同位素δ18O 和δD 随大气降水降落，从而使由海 岸向大陆的这一过程中的δ18O 和δD 同位素含量降低。（2 分）
4．热力学方法在水文地球化学中有那些应用？ 答：（１）判定水文地球化学体系中反应的方向和程度；（1 分） （２）计算化学反应热效应；（1 分） （３）计算化学平衡常数（1 分）
６、标型元素
标型元素是指其迁移能控制地球化学环境，高克拉值的强迁移元素，其迁移决 定着后生过程的地球化学特点的化学元素、离子化合物。
７、脱硫酸作用 脱硫酸作用是指在缺氧条件中，在脱硫酸菌的作用下，将地下水中或岩石 中的 SO42-还原成 H2S、S2-的过程和现象。 ８、水迁移系数
水迁移系数是表示某种元素在地表水或地下水中单位干涸残渣中的含量与其在该区 岩石中含量之比。
3. 已知下列反应:
25℃时, 平衡常数 K eq = 106.05 , 试求 pe 与 pH 值的关系及 Eh 与 pH 的 关系。(15 分) 解：（１）pe 与 pH 值的关系 3Fe2O3+2H++2e-=2Fe3O4+H2O
(3 分)
由于
，[H2O]=1
两边取对数得： logKeq=2pH+2Pe 6.05=2pH+2Pe Pe=3.025-Ph (1)
（４）计算氧化－还原反应的电位值和水溶液的 pe 值（1 分） （５）水中溶液组分优势场和矿物稳定场的制作（1 分）
四.论述与计算题（以下 3 题中任选 2 题）（每题 15 分，共 30 分）
1． The solution has the following approximate composition:
2008-2009 第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)
—参考答案
一、名词解释（每题３分，共３０分）(答题可用英文或中文， 其他各题亦同)
１、isotopic altitude effect 同位素高程效应是指δ18O 或δD 随高程的增加而降低的现象。 ２、Total Dissolved Solids (TDS) 总溶解固体是指经过过滤的溶液在 103—105 条件下蒸干后所含的残余固体 的重量，总溶解固体包括溶解的分子、离子、络合物等，但不包括悬浮物 ３、Heavy metals
8．标型元素的标型程度取决于（ 克拉克值 ）和（ 迁移能力 ）。
9．大气 CO2 的δ13C 平均值是（ -7‰ ），而土壤 CO2 的δ13C 平均值是 （ 25‰ ）。
10.Radioactive isotopes such as （ 14C ） and (
U 238
)
are very useful in hydrology.
Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HCO3SO42ClH4SiO4 Temp.
mg/L 109 24 117 7 183 238 171 48 25℃
mmol/L 2.72 0.99 5.09 0.18 3.00 2.48 4.82 0.50
a. What is the ionic strength of the solution? (3 marks) b. What is the hardness of the solution? (3 marks) c. If the activity coefficient γis 0.591 for both Ca2+ and SO42- ,by