水文地质学课件

chd-qw 第五章 地下水化学成份及形成 19
水中的H2S气体具有臭鸡蛋味。 ①来源：主要来自硫酸盐的还原，另外可来 自火山喷发气体的析出。 还原时： SO4２-+２Ｃ+2Ｈ２Ｏ→Ｈ２Ｓ+２ＨＣＯ３-
2.H2S
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②环境：
H2S的生成说明是在缺氧环境下，因为O2较 S活泼，大量氧存在，硫将失去电子而被氧化， 而在无氧时，硫才成为氧化剂，得到电子被还 原。另外，必须在脱硫细菌的作用下，并且有 有机质的存在。 H2S一般出现在封闭的地质构造中，H2S的 大量出现，说明地下水循环不畅，补给量受到 限制，一般地下水（浅层）基本不含H2S。 H2S含量大于2mg/l的地下水为H2S矿水， 洗浴可治疗皮肤病，在深层水中，特别是在油 田水中，H2S含量可以很高，保加利亚一油田 地下水中H2S含量高达10g/l。
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厌氧细菌 anaerobic bacteria
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一个大气压下，温度与氧含量的关系： 温度℃ 氧 10.06 9.09 cm3/l 10.19 7.87 7.04 6.36
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②含量：
一般地下水CO2 含量小于40mg/l，最大 时也不超过150mg/l。 但CO2含量有时很高，我国江西省浔邬 县 横 迳 温 泉 含 CO2 725 mg/l， 冷 泉 含 CO2 1263 mg/l。（2005年数据） 黑龙江省乌尼阿尔山矿泉含CO2 2190 mg/l。 前苏联高加索矿水中1300m深处， CO2含量达40g/l。
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§ 5.1 概述
在地下水中，就其组分而言，有：有 机物、无机物、气体、微生物和元素的同位 素组分。 就元素在水中的存在形式又有：单一 离子、分子、复阴离子、化合物和络合物。 就水溶液的类型，可以分为：真溶液、 胶体溶液和悬浮液。 所以说：地下水是一种复杂的溶液。
2HNO3→2HNO2→2HNO→N2
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④如何判断非大气来源的氮
用氩、氪、氙与氮的比值确定 大气中它们的比值恒定（Ar+Kr+Xe）/N2=0.0118 ＝0.0118 大气来源 ＜0.0118 Ｎ２多，有非大气来源 ＞0.0118 一般Ａｒ（氩）多 如果地下水中上述比值正好等于0.0118，说明氮 无其它来源，仅大气起源。 如果小于0.0118，因Ar、Kr、Xe均为惰性气体， 不会与其它物质化合而减少，所以小于0.0118时，说 明N2含量比大气来源的多，多余的N2则为非大气来源。 如果比值大于0.0118则可能是含放射性同位素， Kr40 较多，因为Kr40 衰变后可变成Ar（氩），增大Ar 的含量，比值增大。
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5.2.2 地下水的其它物理性质
1.比重
2.颜色
3.透明度
4.放射性
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§ 5.3 地下水的化学成分 § 5.3.1 主要气体成分
地下水中气体含量尽管很少，但对其研究： ①可以帮助弄清地下水赋存的环境；
②对其它组分的存在影响很大。
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§5.1 概 述 一、地下水是一种良好的溶剂， 是十分复杂的溶液solution
水是良好的溶剂，这是水最突出的特性。 地下水运移于岩石空隙中，由于水的这种特 征，必然要和岩石发生相互作用，使岩石溶解， 就此而言，水是一种良好的溶剂。 盐分进入地下水中，因而自然界的水是非单 纯的纯净水，而成为一种溶液。由于在地下径流 的过程中，环境不断地发生变化，物理化学条件 不断改变，所以这种溶液也在不断的发生变化， 最终使地下水的化学成分变得非常复杂。
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③反映的环境：地下水中氧的多少，表明了地下水
所处的氧化还原的环境。O2较N2活泼的多，当处在封 闭环境中或水源被有机物污染时，由于氧化作用，溶 液氧很快被消耗，当得不到补充时，氧缺少；厌氧细 菌繁殖并活跃起来，有机物质发生腐败作用，使水源 产生臭气。 现在在2000～3000m深的卤水中，发现有高浓度 的氧（200 cm3/l），可能是由于放射性元素的放射 作用产生的。 N2 主要起源于大气，如水中N2 单独存在（没有 O2），说明O2 已耗尽，体系处于较为封闭的还原环境， 否则氧将得到补充。 在封闭环境中，去硝化作用可将NO３-、NO２－ 分 解并析出自由N2，其反应式为：
成分
地下水中以离子形态存在的成分 很多。天然水中普遍存在，且含量较 大的通常有七种。
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1.Cｌ- negative chloride ion
氯在地壳中仅为0.017％，但在地下水中广泛分布，且 有时含量很高，为什么？ ①Cl在元素周期表中是第七主族第三周期。决定了它 不容易形成难溶矿物，即一般氯盐溶解度都比较高。 ②除热带潮湿地区的红壤因表面有特异的电化学性质 外，一般土粒表面很难将这样一种离子半径大，表 面电荷多的离子吸附到其表面，即氯离子不容易被 土粒表面吸收。 ③氯离子不能被生物所积累，一般不被植物或细菌吸 收，即使吸收，不被积累，排放仍在水中。 由于上述三个原因，因而决定了氯离子在水中含量可 以很高，又因为它不易被吸附，不易沉淀，可以随 水流的流动而蔓延，具有很强的迁移能力，因而决 定了它在水中分布广泛。
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5.2.2 地下水的其它物理性质
一般地下水都是无色、无味、无气味、透明、低 盐量的液体。当地下水中含有某些化学成分时，其物 理性质就发生了变化。如： 含H2S → 绿色 → 臭鸡蛋味 Fe2+ → 淡红褐色 → 铁腥味 Fe3+ → 淡蓝绿色 → 淡墨水味 腐植质 → 暗黄色 → 鱼腥味 H2CO3 → 甜味 有机质 → 甜味（不适于饮用） NaCl → 咸味 Na2SO4 → 涩味 MgCl2或MgSO4 → 苦味 H2S+碳酸气 → 酸味
地下水中的气体成分：
空气来源 N2 O2 CO2 Ne(氖) Ar（氩） 生物来源 CH4 CO2 N2 H2S H2 O2 化学来源 CO2 H2S H2 CH4 CO N2 HCl HF SO2 Cl2 放射性和核反应来源的气体 He(氦) Rn（氡）
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3.CO2carbon dioxide：
①来源：a.浅部有机物的氧化、分解；
b.深部高温条件下CaCo3的分解； （400℃ ） CaCo3 CaO+CO2↑ ←－→ c.大气 空气中CO2 按体积只占0.03％，这样的分压仅相当 于1升蒸馏水中溶解0.5mg的CO2。但天然地下水中 CO2 含量常较高，有两方面可能的原因：一是CO2 气 体较重，愈向下分压愈大，有人测得在地下6m深处空 气中CO2含量达7％；另一方面的原因是包气带的生物 作用。由于现代工业的发展，空气中CO2 显著增加， 补给地下水的CO2增大。
1.氧和氮
①来源：
主要来自大气，随大气降水和地表水的入渗一起进入地下；也 有生物来源；对氮还有化学来源。
②影响氧含量的因素：
(1)淡水含量高。氧在水中的溶液度较大，在15℃、 1 0 1 3 24 . 6 2 Pa（ 一 个大 气 压 ）下 ， 每 升蒸 馏 水 可溶 解 氧 10.06mg（7.04cm3/l）。 （2）矿化度大的水、氧含量少。对于矿化度大的水，其它离 子成分含量很高，氧作为一种氧化剂，易于氧化其它成分而 消耗，海水的溶液氧仅为淡水的80％。 （3）地下水埋藏越浅，越容易获得大气中的氧，氧含量较大， 否则则相反。 （4）温度越高，溶解氧越少。
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②来源：
A．NaCl与其它Cl- 的化合物的溶解； B．含Cl-的矿物如方钠石、氯磷灰石的溶解； C．沿海地区海水飞沫，海水入浸； D．火山喷发物中，Cl2含量较多，到大气中， 随大气水入渗； E．西北干旱地区地表常结了一层盐皮，随降 水溶解带入地下； F．工业污染、排放废水； G．动物体中排出。
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§5.2 地下水的物理、化学性 质(physical characteristic)
地下水的物理性质包括： 水 温 temperature、 颜 色 color、 透 明度transparence、味道taste、气味 odor、比重、放射性、导电性electric conductivity等。
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二、研究地下水化学成分的意义
1.帮助阐明地下水的起源、形成和分布； 2.完善成矿理论； 3.找矿标志； 4.宝贵的液体矿产和矿水； 5.工农业及饮用水等都有水质要求。
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三、水化学成分形成作用研究 方法的指导思想
以前学者们的研究偏重于分类，如 阿廖金分类，舒卡列夫分类，及各种离 子含量的比例。现在的研究趋势主要是 从水岩体系来研究。水与岩石是相互作 用的体系，我们把这归结为水文地球化 学体系，在溶液与介质的化学场中，以 热力学方法来研究溶液的平衡。
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5.2.1 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。根 据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温 带、常温带及增温带。 地下水的温度受其赋存与循环处所的地 温控制。处于变温带中的浅埋地下水显示微 小的水温季节变化。常温带的地下水水温与 当地年平均气温很接近。增温带的地下水随 其赋存与循环深度的加大而提高，成为热水 甚至蒸汽。