第四章 地下水化学成分的分类和分带

件。
根据水迁移元素的组成，水迁移环境可划分为6个类型
根据水迁移元素组成划分的水迁移环境类型
水迁移环境
强酸型(pH ﹤4)
标型离子
标型离子是H+，局部为SO42-，Fe3+等，
主要为硫化矿床氧化带的水
酸型（ 4﹤ pH ﹤6.5）
标型离子是H+，有机酸阴离子
中性和弱碱性重碳酸钙 标型离子是Ca2+和 HCO 3 型（ pH =6.5~8.5） 中性和弱碱性氯化物— 标型离子是Cl-、SO 2-和Na+ 4 硫酸盐型 中性和弱碱性石膏型
离子电位低的元素（离子）（Z/r < 3) ，自由离子（单一离子）
离子电位高的元素（离子）（Z/r > 12) , 络阴离子 离子电位中等的元素（离子）（Z/r = 3~12) ，不固定； 形成络合物
• 两性元素
Fe3+ Mn4+
不固定 氢氧化物 沉淀
• U, Th, Sn, W 形成络合物
还取决于地下水的 氧化还原电位
氧
二氧化碳； 有的地方还 有甲烷
Eh值一般﹤ 0.15 V 硫化氢还原 水中不含自由氧或其它强氧化剂，但含大量H2S； 硫化氢；甲 环境 烷和其它碳 Fe和其它许多金属不移动； 氢化合物 Eh值一般﹤ 0 V
（三）水迁移的标型元素
以真溶液或胶体迁移，Cl-、SO42-、 HCO3-、 Na+、Ca2+、 Mg2+等 水迁移的标型元素在很大程度上决定着天然水的酸-碱条
地下水是元素在地壳中迁移的重要介质； 地下水中元素的迁移：
元素从矿物、岩浆、气体、生命体等物质转移到地下水； 元素进入地下水后由于各种因素引起的迁移。
元素的迁移作用是水文地球化学分带和地下 水化学成分变化的制约因素；研究元素在地下水 中的迁移是水文地球化学研究的重要内容之一。
二、元素在地下水中的迁移形式
氧化环境；无硫化氢的还原（潜育）环境；硫化氢还原环境
由硫化氢含量所决定，而不取决于 氧化还原电位值。
根据空气迁移元素组成划分的三种氧化还原环境 氧化还原 环境
氧化环境
特点
标型元素
水中存在自由氧或其它强氧化剂； 变价元素处于高度氧化状态（Fe3+, Mn4+, Cu2+, V5+, S6+）; 岩体染成红、棕、黄色； Eh值一般﹥0.15 V 无硫化氢还原 水中不含自由氧或其它强氧化剂或只含少量氧 环境 （﹤3 mg/L), 不含H2S（﹤1 mg/L），含CO2； Fe, Mn处于低价态（ Fe2+, Mn2+），易移动； 岩体呈淡绿色、灰色和兰色；
第四章 地下水化学成分 分类和分带
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目 录
4.1 地下水中元素（组分）的迁移 4.2 地下水化学成分分类 4.3 地下水化学成分的分带性
4.1 地下水中元素（组分）的迁移
一、元素的迁移
定义：元素由一种存在形式转变为另一种存在形式， 并伴随着一定的空间位移的运动过程。 类型：
机械迁移：水，空气（流动） 化学与物理化学迁移：硅酸盐熔体，水及水溶液，气体 生物或生物地球化学迁移：植物吸收（湿地法），根系CO2
（2）胶体溶液迁移形式
胶体的性质：
比表面积大；
（因此具有很大的表面能、表面电力和吸附能力）
胶体的质点带有一定电荷
同一种胶体的质点在溶液中由于相同电荷排斥不 易凝聚和沉淀, 有利于元素迁移; 胶体质点电荷被中和时, 胶体就会发生凝聚和沉 淀; 胶体质点具有从介质中吸附各种元素的离子的能 力, 从而造成元素的集中或富集.
三、标型元素及元素的水迁移环境 （一）标型元素
对某种地球化学环境或地球化学过程的性质 具有标识性的化学元素、离子和化合物，称为标 型元素、标型离子和标型化合物。 标型元素分组（两个基本组）： 空气迁移的标型元素 水迁移的标型元素
（二）空气迁移的标型元素
以气态形式迁移，氧、二氧化碳、硫化氢、甲烷等。 空气迁移的标型元素（气体）主要影响（或反映）了 表生过程的氧化还原条件。 根据空气迁移元素的组成，可区分出表生带三种主要 的氧化—还原环境：
｝
游离离子
无机组分i 的总浓度 C i =∑C（游离离子）+ ∑C（无机络合物） ∑C （有机络合物）
主要取决于: (1) 元素的离子性质（化学性质）
元素/离子 电价低的较大阳离 子（碱金属、碱土 金属） 电价高的小阳离子 (Cr, Al) 界于上两类的其它 元素（两性元素） 的离子(Fe, Mn, ) 离子在水中同H+争 夺O2-的能力 存在形式
标型离子是Ca2+和SO42-
碱性苏打型（pH ﹥8.5） 标型离子是HCO -，Na+ 3
四、地球化学垒
定义：表生带内在短距离内元素迁移的条件明显改变，并 导致化学元素浓集的地段。 类型：根据其形成原因，分为：
(1) 机械垒：水流运动速度改变的地段，金、锡等的冲 积矿床的形成；
(2) 物理化学垒：物理化学状况、特别是酸碱与氧化还 原条件的改变而形成。氧化垒、还原垒、酸性垒、碱性垒、 蒸发垒、吸附垒 (3) 生物垒：生物累积作用形成。土壤腐殖质层，微生 物群
许多元素的络合物比简单化合物在溶液中的溶解度明显增大。 在热液和表生成矿溶液迁移过程中，这些元素呈络合物形式迁移。 例1：铀从UO2(OH)2 →[UO2(CO3)2]2-、[UO2(CO3)2(H2O)2]2- 溶解度增 大，沉淀条件也发生变化 例2： Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是锡、钨、 钼在热液中可能的迁移形式。
弱 强 稍弱或接近
自由离子
（单一离子）
络阴离子
（从OH-夺出O2- ，并与之结合形成酸 根）
不固定（随溶液酸碱度变化）
碱性溶液：络阴离子
酸性溶液：自由离子或氢氧化物
(2) 还取决于地下水的酸碱度
离子电位：以原子价单位表示的离子电荷Z（阳离 子） 与以埃表示的离子半径r之比。 离子电位 = Z（原子价）/ r（离子半径）
（二） 元素在地下水中的迁移形式 （1）元素的真溶液迁移形式
在真溶液中，元素可以以自由离子、络阴离子和 络合物的形式迁移； 许多成矿元素在溶液中是以络合物形式迁移的
成矿元素的简单化合物都是很难溶解的
（例如：成 矿元素的硫化物溶解度很低；氧化物和含氧盐很难溶解）， 因此，如果金属和硫都是呈自由离子形式，则立即会超过化合物的溶度 积而沉淀。 那么金属硫矿床形成过程中元素是以什么形式迁移的？
（一）元素在地下水中存在形式
（复习）水按所含成分的颗粒大小分类 （复习）地下水中溶解组分的存在形式
问题：在地下水中，哪些元素在什么环境条件下以 哪种形式存在呢？其主要控制因素有哪些？
颗粒大小分类
溶解组分的存在形式
单一离子形式： Ca2+， Mg2+, Na+, K+, Cl-, F络阴离子形式： HCO3-, SO42- , CO3 2 -, NO3 2 复杂络合物（离子对）：有机，无机