地下水化学成分
2 第三章 地下水的无机化学成分
第三章地下水中的无机化学成分地下水是一种复杂的溶液，地下水中含有70多种元素，地下水中的无机化学成分，按其存在形式和数量可分为四组：（1）大量组分一般含量大于100mg/L，主要是常规的离子形式，Cl－、SO2－4、HCO－3、CO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋等，另外H+、、NH4+、NO2－、NO3－、H3SiO4－Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。
大量组分决定水化学类型。
（2）微量组分一般含量小于10mg/L，常见的是Br、I、F、B 、Mo 、Li 、Cu、Pb 、Zn、P、As、Sr、Ba 、Ni 、Co等数十种。
微量组分不决定水化学类型。
（3）放射性组分U 、Th、Ra、Rn等。
（4）气体组分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。
第一节地下水中的大量组分一、氯离子（Cl－）1、迁移性能Cl－具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：（1）不形成难溶化合物，Cl－离子与水中大量组分的阳离子（K、Na、Ca、Mg）所形成的化合物溶解很大，例如，30o C时，CaCl2=1020mg/L，NaCl=361.5mg/L，MgCl2=553mg/L。
（2）不被胶体所吸附。
（3）不被生物所吸附。
2、分布规律地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。
地下水中的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。
在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。
3、来源主要有三个方面：（1）有机来源：三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。
（2）无机来源：盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。
（3）大气降水：二、硫酸根（SO42－）1、迁移性能迁移性能较强，仅次于Cl －。
SO 42－的迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO 42－易与Ca 2＋、Ba 2＋、Sr 2＋等离子形成难溶盐。
（2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2－、Al(OH)22＋胶体可以吸附SO 42－。
《水文地质学》第4章 地下水的化学成分及其形成
•地下水的化学特征•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与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境（1）地下水中溶解氧含量越多，说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行；（2）氮气的单独存在，常可说明地下水起源于大气并处于还原环境；（3）硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境；（4）地下水中二氧化碳愈多，其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。
1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化（1）矿化度发生变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。
低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主；（2）高矿化水则以氯离子与钠离子为主；（3）中等矿化水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子可以是钠离子，也可以是钙离子。
1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等；2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体；3、微生物（如硫细菌、脱氧细菌等）；4、物理性质（如温度、透明度、颜色、放射性等）。
1、地下水的总矿化度（g/L）地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度；2、库尔洛夫式1、溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，即为溶滤作用；溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素（1）组成岩土的矿物盐类的溶解度；（2）岩土的空隙特征；（3）水的溶解能力；（4）水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中二氧化碳含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强，氧气的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强；（5）水的流动状况。
3、溶滤作用在时间上的阶段性（1）溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。
（2）首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中，成为地下水中主要化学成分，并被水流带走而逐渐贫化；然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中，成为地下水的主要成分；随着溶滤作用的长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐，地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。
水文地质学基础 第六章 地下水的化学成分及其形成作用.
5. K＋ ◆ 地下水中K＋的含量只有Na＋含量的4％～10％。 ◆ 一般将K＋归并到Na＋中进行分析，不另区分。
如Na＋（+ K＋ ）
6. Ca2＋（低矿化水的主要阳离子） ◆ 含量一般不超过数百mg/L ◆来源： ☆碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； ☆岩浆岩及变质岩中含钙矿物的风化溶解。 7. Mg2＋ ◆ 化学性质及来源与Ca2 ＋相近，但地壳组成中 Mg2＋比较少，因此含量通常较Ca2 ＋少。
化合物的当量=化合物分子量 / 阴（阳）离子价 meg/L＝mg/L /离子的当量
☆德国度（H°） ：相当于1L水中含10mgCa2＋或 7.2mgMg2＋的量。
1 meg/L＝2.8 H°
4.地下水按硬度分类：
地下水类型 极软水 软 水 弱硬水 硬 水 极硬水
硬度（mg/L，以 CaCO3计）
＜75
◆专项分析：
只分析一个或少数几个成分，分析项目根据具体任务确 定。
如：在对地下水质作动态观测时，可只选有代表性的离 子作定期分析；
为判明含水层之间是否有联系时，只需要作个别离子的 分析；
在为寻找饮用水源进行地下水调查时，需进行水中有毒 成分如As（砷）、Pb（铅）、F（氟）等项目的分析。
三、水化学分析资料整理
如：CO2可促进碳酸盐类的溶解。
二、地下水中主要离子成分
◆主要离子共7种： Cl－、SO42－、HCO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋
◆占主要地位离子随矿化度（含盐量）的变化： ☆低矿化水以HCO3－及Ca2＋ ，Mg2＋为主； ☆中等矿化水以SO42－及Na＋为主，阳离子也可以
是Ca2＋ ； ☆高矿化水以Cl－及Na＋为主。
地下水化学成分的组成
式中，RA为A物质的同位素比值，RB为B物质的同位素比值。 αA－B>1，说明A物质比B物质富含重同位素；αA－B<1，则说 明 B 物质比 A 物质富含重同位素； αA － B=1，说明 A 、 B 物质 中的重同位素含量相同。
同位素分馏系数的通常表示方法：
R R A 标 水中 A 1000 R 标
甲烷
甲烷是由于有机质分解时的各种生物化学作用而 聚积在地下水中的。在正常温度压力下，甲烷的 溶解度很小，因此，只有在地壳深部高温高压的 条件下，甲烷才能大量溶解于地下水中。甲烷是 强还原环境的标志 。
2+
1 大气降水的化学成分
稀有气体
稀有气体的溶解度是温度的函数. 在给定的温度、
压力下，与大气平衡的水在入渗补给地下水、与
大气隔绝之后，在封闭环境下地下水中的稀有气
体浓度基本保持恒定。这是因为稀有气体基本不
与其它元素发生反应。稀有气体的这种性质，能
被用来判别地下水的成因和重建地下水补给时的
气温。
1 大气降水的化学成分
Variation in noble gas solubilities with temperature relative to their solubility at 0º C
10～n*10 mg/ L 0.01～10.0 mg/L；一般 <1 mg/L
2 元素的水文地球化学特性
宏量元素
元素
氯离子
来源
特性
盐岩的沉积层、 氯化钠、镁、钙盐的溶解度都很大， 钾盐矿床、风化 它不形成难溶的矿物； 岩浆岩；火山喷
不被胶体所吸附；
溢；降水；废水
也不能被生物积累。 具有很强的迁移能力。在高矿化度水 和盐水中占主导地位。
第6章 地下水的化学成分及其形成
② 地下水中出现H2S与CH4，其意义 恰好与出现O2相反，说明处于还原的 地球化学环境。 这两种气体的生成，均在与大气比 较隔绝的环境中，有有机物存在，微 生物参与的生物化学过程有关。其中， H2S是SO42-的还原产物。
③ 二氧化碳（CO2）
（4）氢（H2）
氢（H2）在地下水，特别是在热水和碳酸水中，经常 发现氢气。 两种成因： 常温下有机质的分解； 高温下非生物成因（如火山作用）。 －－在阿尔俾山褶皱带、现代火山区、含油气区和卤素建 造的地下水中，也发现有大量的氢气。 －－在含油气区地下水中溶解氢的含量多为n—n.10ml/l, 少数达n.100ml/l。个别大于1000ml/l。如高加索侏罗系深 部含水层中，氢含量达1531ml/l。 －－氢的挥发性极强，化学性质极为活泼，因此，封闭条 件差的地层中氢浓度很低，封闭条件好的地方才能保存较 高的氢。
半干旱的华北平原的潜山从山前冲积洪积扇到半干旱的华北平原的潜山从山前冲积洪积扇到滨海虽然有些地方也可分为重碳酸盐水硫酸盐滨海虽然有些地方也可分为重碳酸盐水硫酸盐水及氯化物水三个带但是大部分地区缺乏中间的水及氯化物水三个带但是大部分地区缺乏中间的硫酸盐水带而是出现过渡性的硫酸盐水带而是出现过渡性的重碳酸重碳酸氯化物氯化物或氯化物或氯化物重碳酸盐水带
总硬度—水中钙镁离子的总量，称为水的总硬度。 以mg/L (CaCO3) 表示。计算：Ca2+、Mg2+ 的毫克当 量总数×50 暂时硬度－当水煮沸时，一部分钙镁离子的重碳酸 盐因为失去二氧化碳而成为碳酸盐沉淀，沉淀部分 叫做暂时硬度（碳酸盐岩硬度）（与CO32-、HCO3结合的Ca2+、Mg2+ ）。
(5)人为污染：工业、生活污水中含有大量Cl-， 因此，居民点附近矿化度不高的地下水中，如 发现C1-的含量超过寻常，则说明很可能已受 到污染。
地下水化学成分
★ 地下水中SO42-的主要来源
——地下水中的SO42-来自含石膏(CaSO4•2H2O)或其它硫酸盐的 沉积岩的溶解。
——硫化物的氧化，则使本来难溶于水的S以SO42-形式大量进 入水中。例如：
2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO42-
(6-2)
煤系地层常含有很多黄铁矿，因此流经这类地层的地下 水往往以SO42-为主，金属硫化物矿床附近的地下水也常含有 大量SO42-。
t Cl84.8SO144.3 0
Na71.6Ca27.8 52
第三节、地下水的温度
——地壳表面有两个热能来源：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，地壳表层可分为变湿 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。 地温梯度的平均值约为3℃/100m。通常变化于1.54℃/100m之间，但个别新火山活动区可以很高。如 西藏羊八井的地温梯度为300℃/100m。
（1）氯离子 (Cl-)
★ 氯离子在地下水中广泛分布，但在低矿化 水中一般含量仅数毫克/升到数十毫克/升，高 矿化水中可达数克/升乃至100克/升以上。
离子与矿化度相关系数较高，Na＋为0.91，Cl－0.84
胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯（J）
★ 地下水中Cl-的主要来源
——来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； ——来自岩浆岩中含氯矿物[氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、
4、地下水的总矿化度及化学成分表示式
——地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量 称为总矿化度（总溶解固体），以每公升中所含克 数（g/L）表示。
——习惯上以105°－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。
地下水化学成分的分类及其特征分析PPT课件
meq/L: Cl-：2.17 SO4: 2 HCO3: 4 Ca: 3.4 Mg: 2 K+Na: 2.77
meq%: Cl-：2.17/8.17 = 26.6% HCO3: 4/8.17 = 48.9% SO4: 2/8.17 = 24.5% Mg: 2/8.17 = 24.5% Ca: 3.4/8.17 = 41.6% K+Na: 2.77/8.17 = 33.9%
25 - A
4
顺序命名法 按水中阴阳离子含量 > 25 meq%的顺序排列 命名，阴离子在前，阳离子在后：HCO3-SO4-Ca、 SO4-Na型水。这样命名，可以是NO3-Na-Ca、 H4SiO4-HCO3-Na型水等，应用十分广泛。
5
• 乌克兰南部某农业耕作层 土壤水（mg/L）：HCO3 为318、SO4为142、Cl为 173、NO3为800、NO2为 0.04、Na++K+为97、Ca2+ 为330、Mg2+为66、pH为 6.8、Eh (mv)为300 、M (g/l)为1.9 ，试根据苏卡列 夫分类的顺序命名法对其
按标型元素和标型化合物对地下水进行分组、分类， 是水文地球化学分类的基本原则。
17
水文地球化学分类（李学礼）
根据空气迁移标型元素进行水文地球化学分组，按水中溶解 气体分为6组：
A—氧化水组（O2为主）； B—潜育水组（生物成因CO2为主）； C—硫化氢还原水组（H2S为主，有部分生物成因CO2）； D—甲烷强还原水组（CH4为主，有部分生物成因CO2， N2
第二节 地下水化学成分分类
地下水化学成分分类，是按一定规则对地下水化学 成分（指标）相同或相近的水进行归类，是对实 际现象的一种归纳和概括。
地下水的化学成分及其形成作用
Na⁺
来源：（1）沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；
含钠矿物的风化溶解；
K⁺
来源：（1）含钾盐类沉积岩的溶解；
变质岩、岩浆岩盐中含钾矿物的风化溶解。
Ca⁺²
来源：（1）碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解；
岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。
Mg⁺²
来源：（1）碳酸盐类沉积岩的溶解；
第六节 地下水化学成分的分析内容
分析内容
地下水化学分析类别
根据工作的目的与要求不同，分析的项目与精度也不同，在一般水文地质调查中，分为简分析和全分析，为了配合专门任务，则进行专项分析。
简分析用于了解区域地下水化学成分的概貌，主要分析HCO₃⁻、SO₄⁻²、Cl⁻、Ca⁺²、总硬度、ｐH值。其目的是为了初步了解水质是否适于饮用。
六、混合作用
成分不同的两种水混合在一起，形成化学成分与原来两者都不同的地下水，这便是混合作用。 混合作用的结果 发生化学反应 例如，当以SO₄⁻²、Na⁺为主的地下水与含有Ca⁺²、HCO₃⁻为主的地下水混合时， 地下水便形成以Na⁺、HCO₃⁻为主的地下水。 不发生明显的化学反应 例如，当高矿化NaCl海水混入低矿化的重碳酸钙、镁型地下水中，基本上不产生化学反应，混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成分及其混合比例。
总之，地下水的化学成份是地下水与环境以及人类活动长期相互作用的产物。
第二节 地下水的化学特征
地下水中的主要气体成份 常见 等，尤以前三种为主。气体成份一方面能说明地下水所处的地球化学环境；另一方面，有些气体能够增强水溶解盐类的能力，促进某些化学反应。
吸附能力大小顺序：H⁺＞Fe⁺³＞Al⁺³＞Ca⁺²＞Mg⁺²＞K⁺＞Na⁺
6第六章 地下水的化学成分及其形成作用
第六章 地下水的化学成分及其形成作用6．1 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。
6．2 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： １）Cl -主要出现在高矿化水中，可达几g/L ~ 100g/L 以上。
来源：① 来自沉积岩氯化物的溶解；② 来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ③ 来自海水；④ 来自火山喷发物的溶滤；⑤ 人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl -，因此居民点附近矿化度不高的地下水中，如Cl -含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。
第一章地下水的化学成分
摩尔浓度：常见的摩尔浓度表示方法有两种， 一种是以每升溶液中所含溶质的摩尔数来表 示，另一种是以每千克溶液中所含物质的摩 尔数来表示。
当量浓度：离子的摩尔浓度(mol/L)与其离子 价的乘积。1eq/L=1000meq/L。
按水中所含成分的分布和含量：
分类
主要组分
含量
>5 mg/ L
主要成分
Cl-、SO42-、 HCO3-、 Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、SiO2 B、NO3-、CO32-、F-、Sr、Fe Br 、I 、As 、Li、Sn等
特性
钠的所有盐类都具有较高的溶解度， 因此钠的迁移性是很强的，仅次于氯。 交换吸附反应使之从溶液中析出，所 以在水的矿化度增长过程中，Na＋的 增长有时会落后于Cl－。高矿化度时 钠成为主要阳离子
钾离子
钙离子
铝硅酸盐矿物的风 化；钾盐矿床
一般只有钠含量的4～10％，动植 物有机质可以从水中吸收钾
石灰岩、白云岩 ， 硫酸钙和碳酸钙的溶解度低，天然 水中Ca2＋的含量一般很低。只有在 石膏的溶解和含钙 深层氯化钙卤水中，Ca2＋的含量才 硅酸岩的风化，阳 可以达到n*10g/L。低矿化度的水中， 离子交换 钙离子经常占优势 。 主要是白云岩、泥 灰岩和其他岩石的 溶解。 镁盐溶解度比钙盐大，但镁盐在地 壳中分布不广，易被植物吸收，所以 很少见到镁占主要成分的水。
高TDS水中主要的阳离子，含量最高可达数十g/L。
• 来源：
沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；
海水； 岩浆岩和变质岩区含钠矿物的风化溶解。
钾离子（K+）： • 钾离子的来源： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 • 低TDS水中含量甚微，高TDS水中较多。
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（1）氯离子 (Cl-)
★ 氯离子在地下水中广泛分布，但在低矿化 水中一般含量仅数毫克/升到数十毫克/升，高 矿化水中可达数克/升乃至100克/升以上。
离子与矿化度相关系数较高，Na＋为0.91，Cl－0.84
胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯（J）
★ 地下水中Cl-的主要来源
——来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； ——来自岩浆岩中含氯矿物[氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、
——大气中的惰性气体(Ar、Kr、Xe)与N2的比例恒定，即： (Ar+Kr+Xe)/N2=0.0118。比值等于此数，说明N2是大气起 源的；小于此数，则表明水中含有生物起源或变质起源 的N2。
（2）硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)
——地下水中出现H2S与CH4，其意义恰 好与出现O2相反，说明处于还原的地球化 学环境。
MgCO3+H2O+CO2→Mg2++2HCO3——Mg2+在低矿化水中含量通常较Ca2+少，通常不 成为地下水中的主要离子，部分原因是由于地壳组 中Mg比Ca少。
3、地下水中的其它成分
——地下水还有一些次要离子，如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、 NH4+、OH-、NO2-、NO3-、CO32-、SiO32-及PO43-等。 ——地下水中的微量组分，有Br、I、F、B、Sr等。
第七章 地下水化学成分
第一节、概述
1、地下水的化学成分是地下水与环境－自然地理、地质背景 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。研究地下水的化 学成分，可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史，阐明 地下水的起源与形成。 2、水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分，搬运这些 组分，并在某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球 中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程（岩溶、沉 积、成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。
——化石燃料的燃烧给大气提供了人为作用产生的SO2与氮氧 化合物（每年2－2.5×108t），氧化并吸收水分后构成富含 硫酸及硝酸的降水－“酸雨”，从而使地下水中SO42-增加。
★ 由于CaSO4的溶解度较小，限制了SO42-在水 中的含量，所以，地下水中的SO42-远不如Cl-来 得稳定，最高含量也远低于Cl-。
第二节、地下水的化学特征
地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及 微生物等。
1、地下水中主要气体成分
——地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4、及H2S等， 尤以前三种为主。
——通常情况下，地下水中气体含量不高，每公升水中只有 几毫克到几十毫克。
——地下水中的气体成分很有意义。一方面，气体成分能 够说明地下水所处的地球化学环境；另一方面，地下水 中的有些气体会增加水溶解盐类的能力，促进某些化学 反应。
（1）氧(O2)、氮(N2)
——地下水中氧气和氮气主要来源于大气。它们随同大 气降水及地表水补给地下水，因此，以入渗补给为主、 与大气圈关系密切的地下水中含O2及N2较多。
——溶解氧含量愈多，说明地下水所处的地球化学环境 愈有利于氧化作用进行。
——O2的化学性质远较N2为活泼，在较封闭的环境中，O2 将耗尽而只留下N2。因此，N2的单独存在，通常可说明地 下水起源于大气并处于还原环境。
——在少数情况下，地下水中可能富含CO2，甚至高达1g/L以 上。
——工业与生活应用化石燃料（煤、石油、天然气），使大气 中人为产生的CO2明显增加。由此引起了温室效应，使气温上 升。
——地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化 作用的能力便愈强。
2 、地下水中主要离子成分
——地下水中分布最广、含量较多的离子共七种，即： 氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根离子 (HCO3-)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)及 镁离子(Mg2+)。 ——构成这些离子的元素，或是地壳中含量较高，且 较易溶于水的(如O2、Ca、Mg、Na、K)，或是地壳中 含量虽不很大，但极易溶于水的（Cl、以SO42-形式出 现的S）。Si、Al、Fe等元素，虽然地壳中含量很大， 但由于其难溶于水，地下水中含量通常不大。
t Cl84.8SO144.3 0
Na71.6Ca27.8 52
第三节、地下水的温度
——地壳表面有两个热能来源：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，地壳表层可分为变湿 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。 地温梯度的平均值约为3℃/100m。通常变化于1.54℃/100m之间，但个别新火山活动区可以很高。如 西藏羊八井的地温梯度为300℃/100m。
到污染。
★ 氯离子不为植物及细菌所摄取，不被土 粒表面吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析 出，是地下水中最稳定的离子。它的含量 随着矿化度增长而不断增加，Cl-的含量常 可用来说明地下水的矿化程度。
(2)硫酸根离子(SO42-)
★ 在高矿化水中，硫酸根离子的含量仅次于Cl-，
可达数克/升个别达数十克/升；在低矿化水中，一 般含量仅数毫克/升到数百毫克/升；中等矿化的水 中，SO42-常成为含量最多的阴离子。
——由于K+的性质与Na+相近，含量少，分析比较费事， 所以，一般情况下，将K+归并到Na+中，不另区分。
（6）钙离子(Ca2+)
——钙是低矿化地下水中的主要阳离子，其含量一般 不超过数百毫克/升。在高矿化水中，由于阴离子主 要是Cl-，而CaCl2的溶解度相当大，故Ca2+的绝对含量 显著增大，但通常仍远低于Na+。矿化度格外高的水， 钙也可成为主要离子。
——一般情况下，随着总矿化度（总溶解固体）的 变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生 变化。低矿化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+为主；高矿 化水则以Cl-及Na+为主；中等矿化的地下水中，阴 离子常以SO42-为主，主要阳离子则可以是Na+，也可 以是Ca2+。
——地下水的矿化度与离子成分间之所以往往具有 这种对应关系，一个主要原因是水中盐类的溶解度 不同。
——岩浆岩与变质岩地区，HCO3-主要来自铝硅酸盐矿物(钠 长石和钙长石)的风化溶解，如：
Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3- + 2Na+ + H4Al2Si2O9 +4SiO2 CaO•2Al2O3•4SiO2+2CO2+5H2O→2HCO3-+ Ca2++ 2H4Al2Si2O9
——地下水中的Ca2+来源于碳酸盐类沉积物及含石 膏沉积物的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的 风化溶解。
（7）镁离子(Mg2+)
——镁的来源及其在地下水中的分布与钙相近。来 源于含镁的碳酸盐类沉积（白云岩、泥灰岩），此 外，还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解， 如：
(Mg•Fe)2SiO4+2H2O+2CO2→MgCO3+FeCO3+Si(OH)4
——这两种气体的生成，均在与大气比较 隔绝的环境中，有有机物存在，微生物参 与的生物化学过程有关。其中，H2S是 SO42-的还原产物。
(3)二氧化碳(CO2)
——地下水中的CO2主要来源于土壤。有机质残骸的发酵作用 与植物的呼吸作用使土壤中源源不断产生CO2并溶入流经土壤 的地下水中。
——含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可以变质生成CO2
（4）钠离子(Na+)
——钠离子在低矿化水中的含量一般很低，仅数毫 克/升到数十毫克/升，但在高矿化水中则是主要的 阳离子，其含量最高可达数十克/升。
——Na+来自沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解，还 可来自海水。在岩浆岩和变质岩地区，则来自含钠 矿物的风化溶解。酸性岩浆岩中有大量含钠矿物， 如钠长石；因此，在CO2和H2O的参与下，将形成低矿 化的以Na+及HCO3-为主的地下水。由于Na2CO3的溶解 度比较大，故当阳离子以Na+为主时，水中HCO3-的含 量可超过与Ca2+伴生时的上限。
3、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律， 是水文地质学的分支－水文地球化学的研究内容。 地下水中元素迁移不能脱离水的流动，因此水文地 球化学的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点，自 然地理与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深 刻影响；因此，不能从纯化学角度，孤立、静止地 研究地下水的化学成分及其形成，而必须从水与环 境长期相互作用的角度出发，去揭示地下水化学演 变的内在依据与规律。
为了简明地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫式表
示。将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量百
分数自大而小顺序排列，小于10%的离子不予表示。
横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度（以字
母M为代号），三者单位均为g/L，横线后以字母t为
代号表示以摄氏计的水温。如：
H2SiO0.073H2S0.021CO20.031M3.2
4、地下水的总矿化度及化学成分表示式
——地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量 称为总矿化度（总溶解固体），以每公升中所含克 数（g/L）表示。
——习惯上以105°－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。
方钠石NaAlSiO4•NaCl]的风化溶解； ——来自海水：海水补给地下水，或者来自海面的风