7第七章 地下水的水文地球化学分带
水文地球化学——地下水的水文地球化学分带
空间（平面与剖面）上有规律的变化。它包括潜水的纬
度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学
分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等。
潜水主要受气候、地形等因素的控制，在我国主要 表现为以下规律：
（1） 区域上：由东南向西北，地下水的矿化度逐
渐增高，即由溶滤成因为主的、低矿化度的HCO3型淡 水，逐渐向成分复杂的硫酸盐或氯化物型咸水过度，直
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
❖ 三、水消极交替带(下部带)
这个带具有以下一些特点： （1）分布在海平面以下。 （2）地下水运动速度极其缓慢，资源更新周期一地 质年代计。 （3）多为还原环境，N2－CH4或CH4气体带。 （4）以盐分浓缩为主，出现高矿化度的卤水和海相 封存水，其矿化度是由岩石的弱化学淋滤作用，高温、 高压、水―岩长期作用而造成的。
可见，我国潜水的纬度分布现象，充分显示了气候， 地形对期水化学成分及矿化度的影响。
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
❖ 水文地质动力分带是水交替速度不同的若干带沿深度的 更替。根据地下水的埋藏深度和运动速度，承压水盆地 可分出三个水文地质动力分带：上部带、中部带和下部 带。
灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型 水。
花岗岩地区： HCO3-Na型水。 变质岩、火山岩地区： HCO3 –Ca-Na或HCO3 –NaCa型水。 矿化度<0.5g/L
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7.1 潜水的纬度分带
❖ 二、秦岭－淮河以北地区
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
❖ 一、水强烈交替带(上部带)
水文地球化学PPT总结(东华理工大学)
第一章绪论第二章水溶液的物理化学基础一、水的结构2.水分子的内部结构原子结构理论表明，H2O分子呈V形结构，H-O键的夹角为104°45′，键长为0.96Å（1Å=10-10m）2.水分子的内部结构由于氧的电负性为3.5，氢的电负性为2.1，（中性原子接受电子的能力，称为电负性）这种差异导致了H、O形成共价键。
由于氧的电负性大，所以共价电子偏向氧原子，这样使氧带有部分负电性，氢还有部分正电性，这就造成了极性共价键。
由这种极性共价键所形成的分子称为极性分子。
3.电负性(E)电负性就是原子在化合成分子时把价电子吸引向自己的能力。
规定氟的电负性为4.0，并以此为标准求出其它元素的电负性。
电负性小于2.0时，多数元素显金属性，大于2时，多数元素显非金属性。
铀的电负性为1.7，显金属性。
U4+的电负性为1.4，U6+为1.9，U4+的金属性较U6+强。
电负性差值大于2的两个元素化合时，多数形成离子键化合物，电负性差值小于2时，多数形成共价键的化合物。
由于电负性影响化合物的键性，而化学键的性质又影响到化合物的许多物理化学性质，如硬度、光泽，溶解度等，所以电负性对元素的迁移和沉淀也有影响。
3.水分子间的联结水分子间是靠氢键联结起来的。
所谓氢键是一种因静电吸引作用而产生的附加键，所以一个水分子中的氢原子，在保持同本分子中氧原子的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引力。
这样水分子就有具有了两种类型的键：（1）存在于水分子内部的极性共价键；（2）存在于水分子之间的氢键。
3.水分子间的联结水分子间的氢键联结，使水分子相互缔合形成巨型分子（H2O）n，水分子的这种缔合强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4℃时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。
在250～300℃时，n接近1，即水具有H2O形式。
水分子在缔合过程中不会引起化学性质的变化。
这种由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象，称为水分子的缔合作用。
水文地球化学-第七讲
12
二、植物-土壤影响阶段
植物
雨水流经植物根部时，经常会富集一些植物中 的生物成因元素
1955年瑞典Gorham 作了一个比较研究，在松柏针叶树树根下 作了一个比较研究 在松柏针叶树树根下 采的雨水样与当地空中采的雨水样相比，发现，经过植物的雨 水的钠和钙含量高出三倍，钾则高出七倍。
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二、植物-土壤影响阶段
水文地球化学基础
Hydrogeochemistry
第三部分：水化学基础 —地下水的化学成分的形成与 地下水的化学成分的形成与 特征
地下水化学成分的形成与特征
1 2 3 4 基本成因类型 渗入成因 沉积成因 火山成因
1 地下水的基本成因类型
目前，概念尚未统一，分类原则各异，名词术语较多 按照地下水化学成分形成的基本作用 可分为 按照地下水化学成分形成的基本作用，可分为：
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
水与岩石的相互作用取决于
岩石的性质； 水的成分； 环境的热力学条件 溶解/沉淀作用 氧化还原作用 吸附作用 。。。
水-岩地球化学作用类型
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
渗入水与含盐海相地层
形成矿化度高的卤水Cl-Na Cl Na 富含氯化物、硫酸盐 Na/Cl=1 Na/Cl 1；Cl/Br>>300；Br、NH4低，含大气起源的N2
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
当水中存在有机物时
硫酸盐被还原为H2S，H2S与Fe结合成FeS2 渗入水由Cl.SO4-Na Cl.HCO3-Na;pH=7-8 渗入水继续稀释古海水，氯化物被消耗，形成HCO3. Cl -Na 沉积岩中黄铁矿溶解 形成Fe F 3+硫酸盐 沉积岩中黄铁矿溶解，形成 上述反应生成的硫酸与碳酸岩反应，会生成CO2，会进一步促进碳酸 岩的溶解 SO4.HCO3- Ca. Mg g；若无碳酸岩，会形成硫酸水 在强氧化、且碳酸岩存在时，硫酸被中和，pH增高，氢氧化铁沉淀 析出， SO4- Ca. Mg；此时，如遇还原条件，可形成含Fe2+的HCO3Ca. Mg
第七章 地下水的水文地球化学分带
一、按矿化度分带
毕涅克尔将地下水的矿化度作为划分水文地球化学分 带的指标，按矿化度克分为三个带：
1．淡水带
矿化度小于 1g/L ，一般位于承压水盆地边缘或垂直剖 面的上部。水化学成分为HCO3型水(HCO3－Ca－Na)。 极淡水：<0.1g/L；正常淡水<0.5g/L；硬淡水：<1g/L
Company三、东北北部
大兴岭山地冻土区，广泛分布着M<0.2g/L的HCO3 －Ca型溶滤水，而东北平原则为M=0.5－1g/L的 HCO3 －Na－Ca型水。在盆地低洼地带，又于潜水水位较低， 排泄不畅，有M=1－3g/L的HCO3－Cl－Na－Ca型咸水 分布。
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（4）有断裂位移的复杂构造中的水平分带类型
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
这一类型同样表现为不完全分带性，但与以上类型 的区别是分带很不发育，一般只保留前几个分带，而后面 的分带已全部被排挤出去。 这种分带类型存在与褶皱山区水交替强烈的小承压 水盆地和在大型承压水盆地水积极循环的含水层中。
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7.1 潜水的纬度分带
一、秦岭—淮河线以南及东南广大地区
丘陵广布、气候湿润，年降水量大于1500mm，水文 网切割强烈，可溶盐分布被大量冲刷和淋滤带走。因此， 该地区广泛分布着溶滤作用形成的地矿化度的重碳酸盐 型淡水。其阳离子成分主要受含水围岩成分的影响： 灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型 水。 花岗岩地区： HCO3-Na型水。 变质岩、火山岩地区： HCO3 –Ca-Na或HCO3 –NaCa型水。 矿化度<0.5g/L
水文地质学中的地下水化学成分
水文地质学中的地下水化学成分地下水是地下流入的水体，通常在深层岩石或土壤中储存、流动和释放。
水文地质学是研究地下水现象的学科，涉及地球物理、地质学、化学等多个学科领域。
地下水的化学成分是水文地质学中的重要研究内容之一，主要涉及地下水中的溶解物质、离子浓度、pH值等。
地下水化学成分的特征地下水中溶解物质的类型和浓度取决于地下水流经的地质环境和土壤性质等因素。
一般来说，地下水中主要溶解物质包括离子、有机化合物、微生物等。
离子是地下水中主要的化学组成部分，包括阳离子和阴离子两种。
阳离子主要有钠、镁、钙、钾等，阴离子主要有氯离子、碳酸根、硫酸根等。
有机化合物包括有机酸、腐殖物、油等。
微生物包括细菌、病毒等。
此外，地下水中还存在一些较稀有的溶解物质，如硒、铊、铅等，这些元素含量较低，但会对人体健康造成负面影响。
地下水的pH值是另一个重要的化学特性。
pH值是一种表示水平酸碱程度的指标，一般在7左右为中性，小于7为酸性，大于7为碱性。
地下水的pH值通常介于6-8之间，但有时也会出现pH值过低或过高的情况。
例如，在饮用水井中，pH值过低可能会导致腐蚀性物质的浸出，而pH值过高则可能会引起水垢和钙沉积。
地下水的化学成分对环境和人类健康的影响地下水中的溶解物质、离子浓度和pH值都可以对环境和人类健康造成影响。
一些特定的化学物质会影响地下水的颜色、味道和气味，从而影响水的使用。
例如，硫化物可以导致地下水呈现不良气味和深紫色，而铁和锰的存在会使水变得黄色或棕色。
高浓度的硝酸盐和硫酸根则可能导致地下水变得饮用不安全。
此外，高浓度的氟化物会导致骨质疏松和牙齿疾病的发生。
地下水的pH值过低或过高也会对人体健康造成不良影响，如引起胃肠炎、腰痛、关节炎等。
总的来说，地下水化学成分的研究对于确保地下水质量的安全和可持续利用是非常重要的。
水文地质学家们利用现代化学技术进行地下水化学成分分析，以确定地下水资源的使用和保护策略。
只有采取科学的水资源管理和保护措施，才能确保地下水资源的长期稳定和可持续利用。
水文地质学基础：地下水化学成分的表示方法及分类
• 缺点：有人为性，反映水质变化不够细致（<25%不考虑）
谢谢观看！
每型以一个阿拉伯数字作为代号。
大于25%毫克当量的离子
HCO3
HCO3+SO4
HCO3+SO4+Cl
HCO3+Cl
SO4
SO4+Cl
Cl
Ca
1
8
15
22
29
36
43
Ca+Mg
2
9
16
23
30
37
44
Mg
3
10
17
24
31
38
45
Na+Ca
4
11
18
25
32
39
46
Na+Ca+Mg
5
12
19
26
33
40
• 特点：方法简便、快速、成本低、技术易于掌 握，但分析项目少，精度低
• 作用：了解区域地下水化学成分的概况。
一、地下水化学成分
分为简分析和全分析
➢ 全分析一般定量分析以下各项：HCO3-、SO42-、Cl-、 CO32-、NO3-、NO2-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、 Fe2+、Fe3+、CO2、耗氧量、PH值及干涸残余物。 • 特点：分析项目较多，要求精度高。 • 作用：全面了解水中的化学成分
1-A型：矿化度小于1.5g/L的HCO3-Ca型水 49-D型:矿化度大于40g/L的Cl-Na型水 优点：简明易懂，广泛应用 缺点：有人为性，反映水质变化不够细致 （<25%不考虑）
地下水化学成分的分类及其特征分析PPT课件
按 主 要 阴 离 子 分 按 主 要 pH
按水中溶解主要气体成分分组
类
阳 离 子 变 动 分组
氧 化 水 组 潜 育 硫 化 氢 还 甲烷强还 变质或岩浆 含 氮 热
A
水组 B 原水组 C 原水组 D 碳酸水组 E 水组 F
分 亚 类 范围 Eh 变
（型）
动范围
矿化度
特殊组
分
Ⅰ SiO3 Ⅱ HCO3 Ⅲ HCO3 —SO4 Ⅳ SO4 Ⅴ SO4 —Cl Ⅵ HCO3 —SO4 —Cl Ⅶ HCO3—Cl Ⅷ Cl
作业
• 一水样成分如下(mg/L):（简分析结果）Cl为112.1、SO42-为96.0、HCO3-为244、 Ca2+为78.0、Mg2+为30.0、PH为7.3、T为 15℃、矿化度为560 mg/L。试根据苏卡列 夫分类的顺序命名法对其进行命名。
1.2 苏林分类
根据水中主要阴、阳离子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、 Mg2+、Ca2+）彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的 原则，划分出四种类型的水。
含还原环境气体（甲烷、硫化氢、二氧化碳，氮等）的水， 主要是油田水，天然气矿床水；
含变质环境气体（主要是二氧化碳）的水，岩浆活动区的碳 酸水（潜育环境或岩浆变质作用）。
3 水文地球化学分类的基本原则
前述水文地球化学分类：按地下水主要离子组分分类
按地下水主要气体成分分类
都有片面性，不能全面地反映地下水化学成分与水文地 球化学环境的关系；化学成分分类与地下水成因类型和 形成过程联系不够。
标型元素（离子、化合物）的迁移决定着表生过程 的地球化学特点。
空气迁移的标型元素和标型化合物主要影响地下水的氧化还 原条件；
地下水 水文地球化学
地下水水文地球化学地下水是地球上存在的一种重要的水资源，对于水文地球化学的研究有着重要的意义。
本文将从地下水的形成、组成和水文地球化学的相关研究内容进行阐述。
地下水是指位于地下的水体，主要来源于降雨和地表径流的渗透，并经过多种地质和地球化学过程的作用而形成。
地下水在地下岩石中通过孔隙和裂隙储存，并与岩石中的矿物质发生相互作用，形成了独特的水文地球化学特征。
地下水的组成主要包括水分子、溶解质和悬浮物。
水分子是地下水的基本组成部分，溶解质包括无机盐、有机物和气体等，而悬浮物则主要来自于地下岩石的颗粒物质。
地下水的组成对于水文地球化学的研究有着重要的影响。
水文地球化学是研究地下水的化学特征和地球化学过程的学科。
它主要包括地下水的水化学特征、地下水的起源和演化、地下水与岩石的相互作用等内容。
通过对地下水的水化学特征的研究，可以了解地下水的来源、地下水的运移、地下水的质量等信息，对于地下水资源的合理开发和利用具有重要的指导意义。
地下水的水化学特征主要包括pH值、电导率、溶解氧等指标。
这些指标可以反映地下水的酸碱性、盐度和含氧量等信息。
地下水的pH 值反映了地下水的酸碱性，通常在7左右为中性。
地下水的电导率反映了地下水中溶解物质的含量和种类，电导率越高，溶解物质的含量越多。
地下水的溶解氧反映了地下水中氧气的含量，溶解氧的含量越高，地下水的水质越好。
地下水的起源和演化是地下水研究的重要内容之一。
地下水的起源主要包括大气降水、地表水和地下水的补给。
地下水的演化包括地下水的成因、地下水的渗流和地下水的补给等过程。
地下水与岩石的相互作用是地下水研究的另一个重要内容，它包括地下水中溶解物质的来源和地下水与岩石的反应等过程。
地下水的水文地球化学研究在地下水资源的开发和利用中具有重要的意义。
通过对地下水的水化学特征的研究，可以了解地下水的水质状况，从而制定合理的水资源管理措施。
通过对地下水的起源和演化的研究，可以了解地下水的补给途径，从而指导地下水资源的合理开发和利用。
水文地质学基础 地下水的化学成分及其形成作用
大气降水线：GMWL与LMWL
水文地质过程的识别
87Sr/86Sr识别混合关系
放射性同位素：时钟
在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法，据放射性 同位素衰变原理，利用同位素衰变方程确定地下水年龄：
同位素浓度
t 1 ln C
地下水的温度
地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。
地壳表层按热量平衡关系分带：
变温带：地温主要受太阳辐射影响的地表极薄的地带。下限15-30 m
常温带：地温基本等于当地平均年气温的地带。通常高出大气年均温度1- 2 oC 增温带：地温主要受地球内热影响的地带。地温梯度为n oC/100m，一般为3 oC/100m， 介于1.5 -4.0 oC/100m之间。西藏羊八井地温梯度为300 oC/100m（地热异常）
TDS很高，可达300 g/L SO42-减少或消失 出现H2S、CH4、铵、氮 pH值增高 钙Ca2+含量相对增加，Na+减少，rNa/rCl < 0.85 富集Br、I，Cl/Br变小
内生水
定义：源自地球深部层圈的地下水，亦即来自地球内部 在岩浆冷却等地质作用下形成的地下水 典型化学特征不明
矿物的溶解度 岩土的空隙特征 水的溶解能力
盐类溶解与温度的关系
浓缩作用
定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的 浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象 必备条件： 干旱半干旱的气候 低平地势控制下的水位埋深小的 地下水排泄区 松散岩土颗粒细小，毛细作用强 具有时间和空间的尺度
在封闭还原环境，有机质与微生物参与的生物化学过程形成
火山喷发 H2S还可来自硫化矿物分解
指示意义： 封闭还原环境 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SO42- → H2S
第7讲--地下水的物理性质、化学成分及其形成作用
一、离子成份—— HCO3-和CO32-
2来源 ① 大气中CO2 的溶解； ② 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤；
Ca3C C O2O H2O C2 a2HC 3 O Mg3 CCO 2O H2O M2g2HC 3 O
③岩浆岩与变质岩地区，HCO3—主要来自铝硅酸盐 矿物的风化溶解。例如：钠长石
21
二、地下水中的其它成分
❖ 细菌成分
地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废
水，污染地下水。
地下水卫生状况按菌度划分表
水的细菌分析结果一般用细菌 总数（每升水）、菌度（含有一 条大肠杆菌的水的毫升数）和检 定量（1L水中大肠杆菌的含量） 表示。我国规定1mL饮用水中细 菌总数不得超过100个，1L水中 大肠杆菌不得超过3个。
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3、来源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物
（2）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山喷发物中硫的氧化 （4）大气降水中的SO42（5）有机物的分解 （6）生活、工业、农业废水 （7）燃烧给大气人为产生的SO42-与氮氧化合物，构成富含硫酸及 硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增加。
2 F 2 e 7 O 2 S 2 H 2 O 2 F4 e 4 H S 2 S O 4 2 O
N 2 S 1 O a 1 6 iC 6 A 2 2 H 2 O O l 2 N 2 H a 3 H 2 C A 2 S 2 O 6 O li 4 S 2i
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一、离子成份——钠离子（Na+）:
钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下水 中钠是主要离子。 ❖ 含量：
低矿化水中含量一般很低,仅mg/L; 高矿化水中含量最高可达g/L。
2 S 3 O 2 2 H 2 O 4 H 2 S4 2 O 11
《水文地质学基础》试题库及参考答案
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。
2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
水文地球化学
H CO 32 HC3O
若水中碳酸化合物总量以C（DIC）表示，则有：
C H 2 C 3 O H 3 C C 3 2 O O
地下水中三种碳酸的浓度和分配比例受二氧化碳分压和pH值控 制，但就三种形态碳酸的分配比例而言，只是pH值的函数。
亨利定律Henry's law
一定温度下，气体在液体中的饱和浓度与液面上该气体的平衡 分压成正比。
地下水中的溶解－沉淀作用
溶解与沉淀作用是最常见的水-岩相互作用，对天然地下水 化学成分的形成和地下水污染控制均具有重要的意义
一、溶解作用分类
➢ 全等溶解
✓ 矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物都是溶解组分
Na C Nl aCl
➢ 不全等溶解
✓ 矿物与水接触产生溶解反应时，其反应产物除溶解组分外， 还包括一种或多种新矿物或非晶质固体组分
❖ 碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等， 一般而言， CO2分压越高、温度越低，气体在水中的溶 解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形成钙 华
❖ 硫华： 地下水中的H2S由于与大气环境接触而被氧化， 析出单质硫
❖ 盐华：松散岩层中的地下水经毛细管作用上升至地表附 近，在干旱气候条件下不断蒸发浓缩，沉淀出盐类矿物
➢ 在结晶岩地区的热泉口，由于温度和压力降低，SiO2 的溶解度也降低，形成硅华；
➢ 碳酸盐矿物的溶解度取决于CO2分压，pH值，温度等， 一般而言， CO2分压越高、温度越低，气体在水中的 溶解度越大，如CO2分压降低则发生脱碳酸作用，形 成钙华。
易混淆的几种地下水沉积物
❖ 硅华：由于压力降低或温度下降， SiO2的溶解度随之降低形成
4、混合作用
❖ 定义：两种或几种性质和化学成分不同的水相 混合，形成具有新的性质和化学成分的水，这 一过程称为混合作用，例如：
水文地球化学-形成地下水化学成分的地球化学作用
❖ 式 0．中0Δ0G803，14为k反J／应m的o标l；淮T为自绝由对能温变度化；，Kk为J／平m衡o常l；数R。为气体常数，等于
❖ 在标准状态下，T ＝ 293.15K (T＝25℃ + 273.15)， 将R和T值代入上式， 并转换为以10为底的对数，则
❖ lgK＝ -0.175ΔG0 (ΔG0，以kJ/mol计) ❖ 只准状要态从下文的献Δ中G能0，查就到可反算应得中K所值有。组分的ΔGf值，即可算得标
若器壁不是刚性的，除了体系内部的压力必须处处均匀 外，还必须使体系的压力与外界(环境)的压力保持 相等
水文地球化学基础
中国地质大学（武汉）环境学院 罗朝晖
焓
焓或热含是一个状态函数，它是一种化学反应向环境提供的热 量总值，以符号H表示，ΔH指一种反应的焓变化。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化， 称为标准生成焓， 以ΔHf表示。
地分下子水之是间一）种相真互实作溶用液，，它a 包不=括是rm相理互想碰溶撞液及；静水电中引各力种作离用子（，或作
式中用的的m结为果实是测，浓化度学（反m应o相l/对L）减；缓r，为一活部度分系离数子，在其反单应位中是不实起测 浓 中度，作计就的a和必用算倒m须，了数的对。就（单水因会L位/产中此m相生组，o同一分如l），定的果，均程实仍a为为度然测m活的用浓o度偏水度l/，差中加L。无。各以r量为组校为纲了分正无。保的，量但证实校纲是计测正的，算浓后系在的度的数实精进浓。际确行度应程化称用度学为，
热力学理论运用于化学时，称为化学热力学。化学热力学的主要内容是用热力学第一定律计算化 学过程中的热效应，同第二定律并结合第三定律解决反应能否发生和有关化学平衡及相平衡的计 算和描述，这些对分析预测地下水环境中的化学反应十分有用。
水文地质学 地下水的化学成分及其形成作用课件
9.2.3 地下水中的其它成分
▪ 除了以上主要离子成分外，地下水还有一些次要离子， 如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、N02-、NO3-、 C032-、SiO32-及PO43-等。 ▪ 地下水中的微量组分，有Br、I、F、B、Sr等。 ▪ 地下水中以未离解的化合物构成的胶体，主要有 Fe(OH)3、Al(OH)3及H2Si03等，有时可占到相当比例。
9.4.5 阳离子交替吸附作用
▪ (1) 阳离子交替吸附作用 ▪ 岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。一定条件下，颗 粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转 为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用。 ▪ 不同的阳离子，其吸附自大而小顺序为：H+>Fe3+>Al3+>Cl>Mg2+>K+>Na+。离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈 小，则吸附能力愈大。H+则是例外。 ▪ 当含Ca2+为主的地下水，进入主要吸附有Na+的岩土时，水中 的Ca2+便置换岩土所吸附的一部分Na+，使地下水中Na+增多而Ca2+ 减小。
9.3 地下水的温度
▪地壳表层有两个热能来源：一个是太阳的辐射，另一是来 自地球内部的热流。地壳表层可分为变温带、常温带及增温 带。 ▪(1) 变温带 ▪受太阳辐射影响的地表极薄的带。呈现地温的昼夜变化和 季节变化。变温带的下限深度一般为15-30m。此深度地温 年变化小于0.1℃。 ▪(2) 常温带 ▪地温一般比当地年平均气温高出1-2℃。在粗略计算时，可 将当地的多年平均气温作为常温带地温常温带。
7第七章 地下水的化学组分及其演变
第七章 地下水的化学组分及其演变7．1 概 述地下水不是化学纯的H 2O ，而是一种复杂的溶液。
天然：人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。
地下水的化学成分是地下水与环境、以及人类活动长期相互作用的产物。
一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。
水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。
水是地球中元素迁移富集的载体。
利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。
7．2 地下水的化学特征1．地下水中主要气体成分O 2 、N 2 、CO 2 、CH 4 、H 2S 等。
1）O 2 、N 2地下水中的O 2 、N 2主要来源于大气。
地下水中的O 2含量多→说明地下水处于氧化环境。
在较封闭的环境中O 2耗尽，只留下N 2，通常说明地下水起源于大气，并处于还原环境。
2）H 2S 、甲烷（CH 4）地下水中出现H 2S 、CH 4 ，其意义恰好与出现O 2相反，说明→处于还原的地球化学环境。
3）CO 2CO 2主要来源于土壤。
化石燃料（煤、石油、天然气）→CO 2（温室气体）→温室效应→全球变暖。
地下水中含CO 2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。
2．地下水中主要离子成分7大离子：Cl -、SO 42-、HCO 3-、Na +、K +、Ca 2+、Mg 2+。
低矿化水中（M<1 ~ 2g/L ）：HCO 3-、Ca 2+、Mg 2+为主（难溶物质为主）；发生化学反应岩石圈水圈交换化学成分中矿化水中（M=2 ~ 5g/L ）：SO 42-、Na +、Ca 2+为主； 高矿化水中（M>5g/L ）：Cl -、Na +为主（易溶物质为主）。
造成这种现象的主要原因是水中盐类溶解度的不同： 溶解性总固体(total dissolved solids)：溶解性总固体是指溶解在水中的无机盐和有机物的总称(不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分)，用缩略词TDS １）Cl -主要出现在高矿化水中，可达几g/L ~ 100g/L 以上。
(完整版)水文地球化学基础知识
《水文地球化学基础知识》——（绝对一个字一个字打出来的，正版资料！）名词解释目录第一章水化学基础第一节溶解平衡 (3)第二节碳酸平衡 (4)第三节地下水中络合物的计算 (4)第四节氧化还原反应 (5)第二章地下水的化学成分的组成第一节天然水的组成 (6)第二节天然水的化学特性 (6)第三节元素的水文地球化学特性 (7)第四节天然化学成分的综合指标（三种） (7)第五节地下水化学成分的数据处理 (7)第三章地下水化学成分的形成与特征第一节地下水基本成因类型的概念 (7)第二节渗入成因地下水化学成分的形成与特征 (8)第三节沉积成因地下水化学成分的形成与特征 (8)第四章水的地球化学循环第一节地下水圈的概念 (8)第二节地壳中水的地球化学循环 (9)第三节成矿过程中水的地球化学循环 (9)第五章水文地球化学的应用第六章补充部分 (10)第一章<水化学基础>第一节溶解平衡质量作用定律：一个化学反应的驱动力与反应物及生成物的浓度有关化学平衡与自由能体系：把所研究对象一个物体或一组相互作用的物体称为体系或系统，而体系（或系统）周围的其他物质称为环境。
状态及状态参数：热力学状态分为平衡状态和非平衡状态。
热力学平衡体系特性是由系列参数来表示当体系没有外界影响时，各状态参数若能保持长久不变，此体系称为热力学平衡状态。
焓：它是一种化学反应向环境提供的热量总值。
以符号“H”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的焓变化，称为“标准生成焓”。
△H r=△H(生成物)-△H（反应物）△H r为正值，属吸热反应，△H r为负值，属放热反应自由能：在热力学中，自由能的含义是指一个反应在恒温恒压下所能做的最大有用功，以符号“G”表示。
在标准状态下，最稳定的单质生成1摩尔纯物质时的自由能变化，称为“标准生成自由能”，以“△Gf”表示△Gr=△G(生成物)- △G（反应物）△Gr为正值，反应在恒温恒压条件下不能自发进行，△Gr 为负值，反应在恒温恒压条件下可以自发反应；△G=0，反应处于平衡状态。
水文地质学基础7PPT课件
潜水面的表示方法和意义
水文地质剖面图，见图7--4
5
第二节 按埋藏条件分类的各类地下 水特征
等水位线图，即潜水面等高线图，见图7-5
做法：根据潜水面上标高相同的点连接而成的 应用
• 确定水流方向 • 确定潜水面的水力坡度 • 判断地表水与潜水的相互补给关系，图7-6 • 确定潜水埋藏深度 • 推断含水层岩性或厚度的变化
煤矿生产中常用分类方法：按地下水的埋藏条 件和含水层性质综合分类。见表7-1
-
2
第二节 按埋藏条件分类的各类地下水特征
按埋藏条件不同，可将地下水分为三种类型：上层 滞水、潜水和承压水
上层滞水：是埋藏在离地表不深，包气带中局部隔 水层之上的重力水。见图7-1
特点：一般分布不广，呈季节性变化，雨季出现，旱季 消失，其动态变化与气候、水文因素的变化密切相关。
承压盆地：储存地下水的向斜构造，在水文地质学中 称为承压盆地。
补给区：一般直接接受大气降水或地表水补给，径流条件 好，不承压，为无压区。
承压区：承压含水层上具有不透水层覆盖的地区称为承压 区，整个承压区范围内地下水均承受静水压力。
排泄区：通常位于承压盆地地形较低的一侧，或在盆地中 间地形低洼且发育有导水断层处，地下水通过泉或其它方 式由此排出。
含水层的厚度(h)：潜水面至隔水层的距离称为含水层的厚度
埋深(h1)：地表到潜水面之间的距离称为潜水的埋深 潜水位(H)：潜水面上任意一点的绝对标高，称为潜水位
潜水的主要特征
潜水的分布区与补给区是一致的
潜水是无压水
潜水的水量、水位、水质等动态变化与气象因素的关系密切
潜水始终是由高水位向低水位不断地运动
布范围、厚度、透水性、水的补给来源等
专门水文地质学复习知识重点
专门水文地质学复习知识重点预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制专门水文地质学复习知识点一、地下水资源的特点：系统性、流动性、可恢复性、可调节性二、水文地质调查的目的:1.查明地下水的形成、赋存和运移特征；2.查明地下水水量、水质的变化规律；3.为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供水文地质依据。
三、水文地质调查的任务：1查明地下水的赋存条件；2查明地下水的运动特征；3查明地下水的动态特征；4查明地下水的水文地球化学特征。
四、水文地质调查的方法常用的方法：1.水文地质测绘（地下水资源地面调查）；2.水文地质钻探；3.水文地质物探；4.水文地质(现场)试验；5.地下水动态观测；6.室内分析、鉴定、模拟试验和实验。
新技术与新方法（1）遥感技术（2）同位素技术（3）GIS技术（4）核磁共振技术五、水文地质调查工作的类型：区域水文地质调查、专门性水文地质调查六、区域水文地质调查（1）目的：掌握区域水文地质条件与地下水基本特征，为区域水资源规划、综合利用、水环境保护等奠定基础，为国民经济远景规划或专门性水文地质调查提供具体的水文地质背景资料。
（2）任务：查明区域地下水的基本类型及各类地下水埋藏分布条件，地下水的水量与水质形成条件，地下水资源的概括数量，地下水与区域地表水的关系，以及与区域环境条件的关系。
（3）调查方法的特点：小比例尺（一般小于l：10万），注重以地下水资源与流域及行政区域单元结合划界，应用区域地质、水文、气象、遥感、GIS等技术和资料，采用均衡法进行地下水量概算。
七、专门性水文地质调查（1）目的：为某项具体工程建设项目的设计提供所需要的水文地质资料，同时也可以为地下水某方面研究提供依据。
（2）任务：详查水文地质条件，有针对性地进行某个专门项目或具体亟待解决问题的调查，提供工程项目设计所要求的水文地质资料。
（3）调查方法的特点：比例尺根据工作任务而定，一般要求大于1：5万。
东华理工水文地球化学 孙占学习题
第一章地下水的无机化学成分一、名词解释1、侵蚀性CO 2 2、游离CO 2 3、平衡CO 2 4、Ph 5、去硝化作用6、硝化作用7、微量组分8、大量组分9、组分二、填空题1、地下水中的化学组分可以分为四组：（），（），（），和（）；水的中性点的pH 值随温度的升高而（）。
2 、Cl - 具有很强的迁移性能，其原因在于：（），（），（）。
碳酸衍生物的存在形式与水的pH 值有关，当pH>8 时，以（）占优势：当pH<5 时，则以（）占优势。
3、细菌按呼吸方式分有和两大类。
三、简答题1、地下水中氟的来源简况。
2、地下水中的主要气体成分及来源。
3、何谓地下水中的微量元素？研究它有何意义？4、什么是硝化作用或去硝化作用，它们各在什么环境中进行？四、论述题试论地下水中二氧化碳的起源及其水文地球化学意义。
第二章地下水中的有机物质及其地球化学意义一、简答题1、机物质对元素的迁移与沉淀有何影响? 2、溶性有机物质对地下水中元素迁移和富集的影响？3、下水中的有机质的来源有哪些？其中哪个最重要？4、机物质对铀的迁移和富集有何影响？5、溶性有机物质对化学元素在水中的迁移和富集有哪些影响？6、什么情况下有机物有利于铀的水迁移，在什么情况下它有利于铀的沉淀？二、填空题1、地下水中有机质的主要来源有（）和（）。
三、论述题根据表3.12 和3.13，分析地下水中有机物的来源。
表3.12 补给、迳流和排泄区地下会中有机物的含量补给区迳流区排泄区化合物平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 挥发性有机酸6.7 58 60.0 58 25.6 70 有机酸6.7 88 26.0 93 20.1 100 环烷酸1.9 34 1.3 38 2.3 67 高分子酸0.09 65 0.15 71 0.12 61 酚类 1.1 50 1.2 46 0.5 59 表3.13 地下水中有机碳的含量地下水有机碳平衡含量，毫克/升潜水27.4 层间承压水48.5 层间承压水的排泄区52.5 石油矿床附近的层间承压水370～826 油汽凝结矿床附近的层间承压水（以酸性挥发有机物为主）石油矿床外围的层间承压水110 石油矿床中不产油的地层水60第三章水及水中元素的同位素成分（一）名词解释1、同位素效应2、同位素分馏3、温度效应4、纬度效应5、高程效应6、大陆效应7、季节效应8、雨量效应9、山体屏蔽效应10、氧漂移11、降水氢氧稳定同位素的高程效应（二）填空题1、氧同位素的国际标准英文缩写为（），而碳同位素的国际标准缩写为（）。
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
思考题 2．各水文 地质动力 交替分带 的特点？
1．我国潜 水纬度分带 的主要规律？
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
承压水盆地随深度的变化，发生矿化度和水化学成分的 分带。
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
一、按矿化度分带 2.盐水带
矿化度1－36g/L，一般位于盆地内部或盆地垂直剖面 的中部，水化学成分为SO4型水（SO4－Ca－Na）。
微盐水：<3g/L；弱盐水：<10g/L；强盐水：<36g/L。
3.卤水带
矿化度>36g/L，一般位于盆地中心部位或垂直剖面的深 部。水化学成分为Cl化物型水(Cl－Na－Ca). 特别弱的卤水：<75g/L；弱卤水：<150g/L；浓卤水： <320g/L；特浓卤水：<500g/L；极限过饱和卤水： >500g/L. Company Logo
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
二、水缓慢交替带(中部带)
这个带具有以下一些特点： （1）位于地方侵蚀基准面与海平面之间。 （ 2 ）地下水运动速度缓慢，水资源更新周期长，几 万～几十万年。 （ 3 ）多为氧化－还原环境，为 CO2 － H2S 带或 CH4 － N2气带。 （4）形成矿化度较高的硫酸盐型水。
HCO3 -Ca型水带(弱矿化度重碳酸盐水的主要类型)： 包括HCO3 - SO4 –Ca HCO3- SO4 –Ca-Na, HCO3 -SO4-NaCa等过渡型水。 SO4 -Na型水带(硫酸盐型的基本和最终类型)：包括SO4 - HCO3 –Na-Ca， SO4 - HCO3 -Ca等过渡型水。
Hydrogeochemistry
水文地球学
第七章 地下水的水文地球化学分带
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本章内容
7.1 潜水的纬度分带 7.2 承压水盆地的水文地质动力分带 7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
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7.1 潜水的纬度分带
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
水文地质动力分带是水交替速度不同的若干带沿深度的 更替。根据地下水的埋藏深度和运动速度，承压水盆地 可分出三个水文地质动力分带：上部带、中部带和下部 带。
一、水强烈交替带(上部带)
这个带具有以下一些特点： （1）位于地方侵蚀基准面以上。 （2）地下水运动速度快，水资源更新周期短，几十～ 几百年。 （3）氧化作用强烈，可溶盐被冲刷、溶滤，为N2－O2 气带。 （4）形成低矿化度的HCO3型淡水。
7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（1） 水文地质封闭构造的全水平分带
这个分带类型具有所有的基本和过渡的水化学类型。 由弱矿化的HCO3-Ca型水到高矿化度的Cl-Na-Ca型。
A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带
四、西北干旱区
以沙漠景观为特征，降水稀少，蒸发强烈，多数河 流靠冰雪融水补给，主要为中高矿化度的 HCO3-Cl-Na 或Cl-Na型咸水(M>1g/L)。 在河西走廊、准噶尔、塔里木、吐鲁番以及柴达木 盆地中，则分布有M=3-10g/L以上的Cl-Na型咸水、卤 水(有的M达300g/L)。 Company Logo
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
三、水消极交替带(下部带)
这个带具有以下一些特点： （1）分布在海平面以下。 （2）地下水运动速度极其缓慢，资源更新周期一地 质年代计。 （3）多为还原环境，N2－CH4或CH4气体带。 （4）以盐分浓缩为主，出现高矿化度的卤水和海相 封存水，其矿化度是由岩石的弱化学淋滤作用，高温、 高压、水―岩长期作用而造成的。
7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（1）水文地质封闭构造的全水平分带
B．在含石膏层和缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积 岩中的分带
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
地下水的水文地球化学分带，指地下水化学成分在 空间（平面与剖面）上有规律的变化。它包括潜水的纬 度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学 分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等。 潜水主要受气候、地形等因素的控制，在我国主要 表现为以下规律： （1） 区域上：由东南向西北，地下水的矿化度逐 渐增高，即由溶滤成因为主的、低矿化度的 HCO3 型淡 水，逐渐向成分复杂的硫酸盐或氯化物型咸水过度，直 至最后变为由浓缩作用形成的氯化型盐水和卤水。 （2） 局部：每个盆地呈现由山前到盆地中心或至滨 海的水化学成分水平分带的规律，即由HCO3型－SO4型 －Cl型。
二、按水化学成分分带 2、水平分带类型
（1）水文地质封闭构造的全水平分带
B．在含石膏层和缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积 岩中的分带
HCO3-Ca型水带：包括 HCO3-SO4-Ca型水带，M=0.51g/L
SO4 -Na型水带：包括SO4 - HCO3-Ca， SO4 -Ca， SO4 –Ca-Na型，M=1.5-2.5g/L Cl-Na 型 水 带 ： 包 括 SO4-Cl-Na, Cl-SO4-Na 型 ， M=520g/L Cl-Ca型水带。 Company Logo
1、影响分带的因素 ① 构造开启程度 封闭构造→承压水无地表排泄源，承压水运动主要 通过隔水顶板作越流排泄的垂向运动，产生全分带。 开启、半开启构造→承压水运动主要通过含水层作水 平运动，有地表排泄源。 ② 岩石成分：通过水岩作用，影响明显。 ③ 盆地的大小：它决定含水层中水的交替强度。 ④ 补给区高程：补给区与承压区、排泄区之间的高差， 直接影响水循环的速度和水交替强度。 ⑤含水层补给条件：由大气降水、弱矿化的河水、冲 积层潜水和矿化潜水补给。 Company Logo
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（1）水文地质封闭构造的全水平分带
A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带 HCO3-Na型水带(碱性水带，最终类型)： 包括 SO4- HCO3 -Na， HCO3 - SO4-Na等过渡型。 Cl-Na型水带(溶滤成因盐水的基本类型)： 包括 HCO3-Cl-Na， Cl- HCO3 -Na型水过渡类型。 Cl-Na-Ca型水带(原生封存海水类型)。 上述各种基本类型之间，包括中间过渡类型。
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（2）水文地质半开启构造中的水平分带类型
这个类型的特点是相对发育，但是又不完全的水平 分带，即缺少一个和几个后面的分带，首先是缺少原生的 Cl－Na－Ca型水带，他已全部被排挤出去。 这种分带类型的各带水的矿化度，与上述封闭构造 类型的相应带中水的矿化度相似。
7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
水平分带：同一含水层中水化学成分分布规律。 垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律。
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
一、按矿化度分带
毕涅克尔将地下水的矿化度作为划分水文地球化学分 带的指标，按矿化度克分为三个带：
1．淡水带
矿化度小于 1g/L ，一般位于承压水盆地边缘或垂直剖 面的上部。水化学成分为HCO3型水(HCO3－Ca－Na)。 极淡水：<0.1g/L；正常淡水<0.5g/L；硬淡水：<1g/L
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（1）水文地质封闭构造的全水平分带
A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
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7.1 潜水的纬度分带
三、东北北部
大兴岭山地冻土区，广泛分布着M<0.2g/L的HCO3 －Ca型溶滤水，而东北平原则为M=0.5－1g/L的 HCO3 －Na－Ca型水。在盆地低洼地带，又于潜水水位较低， 排泄不畅，有M=1－3g/L的HCO3－Cl－Na－Ca型咸水 分布。
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分分带
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
二、按水化学成分平分带类型
2、水平分带类型
（3）水文地质开启构造的水平分带类型
这一类型同样表现为不完全分带性，但与以上类型 的区别是分带很不发育，一般只保留前几个分带，而后面 的分带已全部被排挤出去。 这种分带类型存在与褶皱山区水交替强烈的小承压 水盆地和在大型承压水盆地水积极循环的含水层中。
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7.1 潜水的纬度分带
一、秦岭—淮河线以南及东南广大地区
丘陵广布、气候湿润，年降水量大于1500mm，水文 网切割强烈，可溶盐分布被大量冲刷和淋滤带走。因此， 该地区广泛分布着溶滤作用形成的地矿化度的重碳酸盐 型淡水。其阳离子成分主要受含水围岩成分的影响： 灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型 水。 花岗岩地区： HCO3-Na型水。 变质岩、火山岩地区： HCO3 –Ca-Na或HCO3 –NaCa型水。 矿化度<0.5g/L