水文地质第三章(1)
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第三章 地下水的物理性质和化学成分
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1
自然地理 地质背景
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人类活动 2
地下水的物理性质，化学成分和生物化学 地下水与环境长期相互作用的结果 揭示地下水形成的地质历史条件和过程
反映土壤和岩石的影响，揭示矿床及其它地质体 影响岩石的强度，影响了人类对地下水的使用
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3
水文地球化学——主要研究地下水中化学 元素迁移，聚集与分散规律，探讨地下水 水质的形成理论和地下水化学成分的基本 成因类型及其水-岩相互作用规律
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17
4、钠离子（Na）
含量变化最大的阳离子，mg/L——数 100g/L； 钠离子是地下水溶解盐岩及含钠岩石的结 果。 含大量钠离子的水用于灌溉，可引起土壤 盐渍化。 农业灌溉用水的水质评价
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18
5.钾离子（K）
来源同钠离子
钾盐的溶解度很大， 但由于容易被植物吸 收，和容易形成难溶 于水的水云母矿物， 及易被粘土胶体吸收， 因此，地下水中的含 量不大
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22
（二）氢离子浓度
地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子 浓度的大小。用pH来表示 大多数地下水的pH值在6.5~8.5之间，北方地区多 为pH=7~8的弱碱性
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23
PH计
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24
（三）硬度
总硬度：地下水中所有钙离子，镁离子的总含量 暂时硬度：指将水加热至沸腾后，由于形成碳酸 盐沉淀而失去的那一部分钙离子和镁离子的数量 永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的钙离子和镁 离子的含量
2、天然气：指与油气田有关的烃类气体 ；天然 气的主要成分是烃类；通常甲烷占优势，并有数 量不等的重烃气 。
浅层地下水二氧化碳的来源：大气降水和地表 水补给；
深层地下水二氧化碳的来源：在地壳深处或火 山活动区的碳酸盐类岩石，经高温分解生成二 氧化碳而进入水中
CaCO3——CO2 +CaO
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白云石， [Ca,Mg(CO3)2]
可编辑pptຫໍສະໝຸດ Baidu
大理岩：主要矿物 组成为方解石和白 云石
20
二、地下水化学成分的性质——评价指标
（一）总含盐量和总溶解固体（TDS）
总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒之 总含量称为地下水中的总含盐量，g/L
总溶解固体（TDS）：通常在105℃~110℃温度下 将水样蒸干后所得干涸残余物的总量， g/L
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15
2.硫酸根离子
含量仅次于氯离子，m g/L— g/L；由于Ca的限制 主要来源于地下水溶解石膏及其他硫酸盐类沉积岩 或含硫矿物；工业污染
石膏：CaSO.2H,O 可编辑ppt
硬石膏：CaSO 16
3、重碳酸根离子
其含量一般不超过1g/L。 来源于碳酸盐类矿物； 通常以HCO3为主要成分的地下水含盐量较少，一 般均为淡水
味：纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分 及气体；如重碳酸钙，重碳酸镁及碳酸；氯化物； 硫酸钠和硫酸镁；氧化铁
气味：一般地下水是无气味的。如硫化氢，腐殖 质，氧化亚铁；在40℃左右时气味最显著 导电性：取决于水中所含电解质的数量和性质
放射性：取决于所含放射性元素的数量
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9
第二节 地下水的化学成分
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5
地热
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腾冲地热
6
西藏羊八井地热温泉
位于藏北羊井草原深处的羊八井地热电厂，是当
今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发
电的电厂。到去年底，共为西藏发电12亿千瓦小
时， 年发电量在拉萨电网中占45％。
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7
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8
地下水的物理性质
颜色：一般地下水是无色的
透明度：一般是透明的，按此分类：透明的，半 透明的，微透明的，不透明的
2HCO3
CO3+CO2+H2O
TDS=总含盐量—1/2HCO3
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21
地下水中随着总溶解固体的变化，主要离子的种类也相应地 改变；
TDS低的淡水常以HCO3-为主要成分； TDS中等的盐质水常 以SO42-为主要成分; TDS高的盐水和卤水常以Cl-为主要成分 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
一、地下水中常见的化学成分 地下水中含有各种气体，离子，胶体物质及有机 物质等 各种元素在地下水中的含量主要取决于它们在地 壳中的含量及其在地下水中的溶解度。 如氧，钙，钾，钠，镁；分布广，溶解度高 如硅，铁；分布广，但溶解度低 如氯；分布少，但溶解度大
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10
（一）地下水中的气体成分
地下水中溶解的气体有N2，O2，H2S，CH4等
12
海上油气田
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13
（二）地下水中的离子及分子成分
阳离子：H，Na，K，NH4，Ca，Mg，Fe 阴离子：OH，Cl，SO4，NO3， NO2,HCO3,CO3 主要离子：Na，Ca，Mg，Cl，SO4,HCO3
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14
1、氯离子
地下水中含量较大，有mg/L到数100g/L。 在含盐量较多的地下水中，CI-含量常占优 势，因此CI-常是水中含盐量多寡的标志 氯离子来源主要是地下水溶解盐岩及含氯 化物的其他矿物的结果；海水入侵；工农 业和生活污染
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4
第一节 地下水的物理性——温度
气温 变温带——受气温的控制呈周期性
的昼夜变化和年变化，
年常温带——是气温的影响趋于零的 深度，该带的地温略高于所在地区的 年平均气温1-2℃。
增温带——随着深度的增加而有规律 地升高；地热增温级
地热增温级：温度每增加1℃所需要的深度称为地热增温
级，一般为33m/℃；但各地有很大差别。
水云母：(K, H3O)(Fe, Mg)3
[Al Si3O10](OH)2
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19
钙离子（Ca）：含量不高，主要是地下水溶解碳酸 盐类岩石（石灰岩，大理岩，白云岩）的结果，溶 解度低；
镁离子（Mg)：主要是白云岩及泥灰岩溶解的结果； 镁离子容易被植物吸收。
石灰岩：方解 石（CaCO3） 组成
1.氧气和氮气：主要来源于大气，随同大气降水补 给地下水。
地下水中氧的含量一般约在0~14mg/l，并随深度的 增加而递减
地下水中的氮气可能来源于大气，也可能存在生物 起源和变质起源的氮
Ar+Kr+Xe
N2
=0.0118
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11
地下水中含有H2S，说明处于缺氧的还原 状态。
1、地下水中含有大量的甲烷时，表明这种水 是封闭构造的油田水
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1
自然地理 地质背景
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人类活动 2
地下水的物理性质，化学成分和生物化学 地下水与环境长期相互作用的结果 揭示地下水形成的地质历史条件和过程
反映土壤和岩石的影响，揭示矿床及其它地质体 影响岩石的强度，影响了人类对地下水的使用
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水文地球化学——主要研究地下水中化学 元素迁移，聚集与分散规律，探讨地下水 水质的形成理论和地下水化学成分的基本 成因类型及其水-岩相互作用规律
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4、钠离子（Na）
含量变化最大的阳离子，mg/L——数 100g/L； 钠离子是地下水溶解盐岩及含钠岩石的结 果。 含大量钠离子的水用于灌溉，可引起土壤 盐渍化。 农业灌溉用水的水质评价
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5.钾离子（K）
来源同钠离子
钾盐的溶解度很大， 但由于容易被植物吸 收，和容易形成难溶 于水的水云母矿物， 及易被粘土胶体吸收， 因此，地下水中的含 量不大
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22
（二）氢离子浓度
地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子 浓度的大小。用pH来表示 大多数地下水的pH值在6.5~8.5之间，北方地区多 为pH=7~8的弱碱性
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23
PH计
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24
（三）硬度
总硬度：地下水中所有钙离子，镁离子的总含量 暂时硬度：指将水加热至沸腾后，由于形成碳酸 盐沉淀而失去的那一部分钙离子和镁离子的数量 永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的钙离子和镁 离子的含量
2、天然气：指与油气田有关的烃类气体 ；天然 气的主要成分是烃类；通常甲烷占优势，并有数 量不等的重烃气 。
浅层地下水二氧化碳的来源：大气降水和地表 水补给；
深层地下水二氧化碳的来源：在地壳深处或火 山活动区的碳酸盐类岩石，经高温分解生成二 氧化碳而进入水中
CaCO3——CO2 +CaO
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白云石， [Ca,Mg(CO3)2]
可编辑pptຫໍສະໝຸດ Baidu
大理岩：主要矿物 组成为方解石和白 云石
20
二、地下水化学成分的性质——评价指标
（一）总含盐量和总溶解固体（TDS）
总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒之 总含量称为地下水中的总含盐量，g/L
总溶解固体（TDS）：通常在105℃~110℃温度下 将水样蒸干后所得干涸残余物的总量， g/L
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15
2.硫酸根离子
含量仅次于氯离子，m g/L— g/L；由于Ca的限制 主要来源于地下水溶解石膏及其他硫酸盐类沉积岩 或含硫矿物；工业污染
石膏：CaSO.2H,O 可编辑ppt
硬石膏：CaSO 16
3、重碳酸根离子
其含量一般不超过1g/L。 来源于碳酸盐类矿物； 通常以HCO3为主要成分的地下水含盐量较少，一 般均为淡水
味：纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分 及气体；如重碳酸钙，重碳酸镁及碳酸；氯化物； 硫酸钠和硫酸镁；氧化铁
气味：一般地下水是无气味的。如硫化氢，腐殖 质，氧化亚铁；在40℃左右时气味最显著 导电性：取决于水中所含电解质的数量和性质
放射性：取决于所含放射性元素的数量
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第二节 地下水的化学成分
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5
地热
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腾冲地热
6
西藏羊八井地热温泉
位于藏北羊井草原深处的羊八井地热电厂，是当
今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发
电的电厂。到去年底，共为西藏发电12亿千瓦小
时， 年发电量在拉萨电网中占45％。
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8
地下水的物理性质
颜色：一般地下水是无色的
透明度：一般是透明的，按此分类：透明的，半 透明的，微透明的，不透明的
2HCO3
CO3+CO2+H2O
TDS=总含盐量—1/2HCO3
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21
地下水中随着总溶解固体的变化，主要离子的种类也相应地 改变；
TDS低的淡水常以HCO3-为主要成分； TDS中等的盐质水常 以SO42-为主要成分; TDS高的盐水和卤水常以Cl-为主要成分 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
一、地下水中常见的化学成分 地下水中含有各种气体，离子，胶体物质及有机 物质等 各种元素在地下水中的含量主要取决于它们在地 壳中的含量及其在地下水中的溶解度。 如氧，钙，钾，钠，镁；分布广，溶解度高 如硅，铁；分布广，但溶解度低 如氯；分布少，但溶解度大
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10
（一）地下水中的气体成分
地下水中溶解的气体有N2，O2，H2S，CH4等
12
海上油气田
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13
（二）地下水中的离子及分子成分
阳离子：H，Na，K，NH4，Ca，Mg，Fe 阴离子：OH，Cl，SO4，NO3， NO2,HCO3,CO3 主要离子：Na，Ca，Mg，Cl，SO4,HCO3
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14
1、氯离子
地下水中含量较大，有mg/L到数100g/L。 在含盐量较多的地下水中，CI-含量常占优 势，因此CI-常是水中含盐量多寡的标志 氯离子来源主要是地下水溶解盐岩及含氯 化物的其他矿物的结果；海水入侵；工农 业和生活污染
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4
第一节 地下水的物理性——温度
气温 变温带——受气温的控制呈周期性
的昼夜变化和年变化，
年常温带——是气温的影响趋于零的 深度，该带的地温略高于所在地区的 年平均气温1-2℃。
增温带——随着深度的增加而有规律 地升高；地热增温级
地热增温级：温度每增加1℃所需要的深度称为地热增温
级，一般为33m/℃；但各地有很大差别。
水云母：(K, H3O)(Fe, Mg)3
[Al Si3O10](OH)2
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钙离子（Ca）：含量不高，主要是地下水溶解碳酸 盐类岩石（石灰岩，大理岩，白云岩）的结果，溶 解度低；
镁离子（Mg)：主要是白云岩及泥灰岩溶解的结果； 镁离子容易被植物吸收。
石灰岩：方解 石（CaCO3） 组成
1.氧气和氮气：主要来源于大气，随同大气降水补 给地下水。
地下水中氧的含量一般约在0~14mg/l，并随深度的 增加而递减
地下水中的氮气可能来源于大气，也可能存在生物 起源和变质起源的氮
Ar+Kr+Xe
N2
=0.0118
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11
地下水中含有H2S，说明处于缺氧的还原 状态。
1、地下水中含有大量的甲烷时，表明这种水 是封闭构造的油田水