第六章 地下水的化学成分及其形成作用.doc

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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第一节 概述 ??地下水是天然溶液。地下水在参与自然界水循环过程中,与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分的交换(—水质状况)。 ??水是良好的溶剂,地下水在空隙中运移时,可以溶解岩石中的组分,使地下水的化学成分丰富多彩。 ??地下水的物理性质:温度、颜色、嗅、味、密度、导电性与放射性 ??地下水的化学性质:气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等 ??地下水的放射性、微生物成分等。 第二节 地下水的化学特征 一、地下水中常见的气体成分 ??主要有氧()、氮()、二氧化碳()、硫化氢()、甲烷(),常见的气体成分与地下水所处环境,地下水的来源有关。 ??(1)氧()、氮() ??来源:在大气成分中、含量很高,随降水一起入渗进入地下含水层中。反过来,如果地下水中富含与——也说明地下水是大气起源。由于活跃,在地下水运动中易发生氧化作用而消耗,因此,大气起源的地下水中,也可能独立存在。此外,氮还有生物起源与变质起源。 ??指示意义:含量高指示氧化环境;封闭环境下,氧被耗尽只剩下,则为大气起源封闭环境。 ????(2)硫化氢()、甲烷() ????来源:这两种气体,都是在封闭环境下生成的。如是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成,还原环境下地下水中的→,在成煤过程中,在还原作用下产生,使煤田水富含。同理,甲烷()是成油和油气藏形成过程的结果,油田水富含甲烷()。 ??指示意义:富含和的地下水,指示封闭的还原环境。 ??(3)二氧化碳() ??大气降水中的含量较低,地下水中主要来源: ??主要源于土壤层(入渗过程溶于水中):有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生 ??碳酸盐岩地层的脱碳酸作用 ??深部高温下,变质作用生成 ??人类活动,在使用化石燃料(煤、石油、天然气)时,大气中的增加 ??作用:地下水中增加,水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解的能力愈强! ??(4)地下水中气体成分特征小结: ??气体成分——指示地下水所处的地球化学环境 ??氧化环境 ??还原环境 ??气体成分增加水对盐类的溶解能力→促进水—岩的化学反应(即相互作用) 二、地下水中的主要离子成分 ??(1)概述:地下水中组分很多,而分布广、含量多的主要有七种离子 ??阴离子:,, ??阳离子:,,, ??离子成分含量与什么有关? ?? 各种元素的丰度(克拉克值)—即某元素在地壳化学成分中的重量百分比 ?? 该元素组成的化合物在水中的溶解度 ??在自然界,丰度较高的元素,如Si、Al、Fe,在水中含量很低;而某些丰度较低的,如Cl、S、C,在水中含量却很高。这说明元素组成的化合物的溶解度起主要作用。 ??(2)主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量(TDS)关系 ??常见地下水的化学成分特征,与地下水的矿化度(或TDS)具有以下关系 ??矿化度: 低 → 中 → 高 ??阴离子: ??阳离子: ??我们可以得出主要离子构成的盐类溶解度的大小为: ??碳酸盐类 硫酸盐类 氯化物(氯盐) ??(3)主要离子成分的来源 ??低矿化度水中的常见离子: ??,,常共同出现在低矿化度水中。来源沉积盐岩的溶解、岩浆岩、变质岩等的风化溶解,如风化溶解反应式: ???? ????沉积盐岩的溶解反应式: ???? ??高矿化度水中的常见离子: ??, ,常出现在高矿化度水中。来源沉积盐岩(钠盐、钾盐)的溶解,以及岩浆岩、变质岩的风化溶解,有时也有海水海风影响。变质岩的风化溶解反应式: ???? ??中等矿化度水中的常见离子: ??,常出现在中等矿化度水中。其中,来源于沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发,气体氧化、以及人类活动燃烧煤产生大量,大气中过高时,会出现降“酸雨”现象(如一些工业城市上空)。 ??(4)主要离子成分在地下含水系统(岩层)中的分布 ??插图6-1,表示了水中主要阴离子沿流程的变化特点。 ??请思考?相应的阳离子和矿化度(TDS),沿流程如何变化? ???? ????插图6-1 主要阴离子沿流程变化特点(图中+号表示含量多少) 三、地下水中的其他成分 ??次要离子:阳离子,如 ??阴离子,如及等 微量组分:有Br、I、F、B、Sr等 ??化合物构成的胶体:主要有,及等,有时可占到相当比例。 ??有机质:经常以胶体方式存在于地下水中。有机质的存在,常使地下水酸度增加,并有利于还原作用。 地下水中还存在各种微生物:如,硫细菌、铁细菌、脱硫酸细菌等; ??在污染水中,还有各种致病细菌。 第三节 地下水的温度 ??地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。 ??变温带:浅埋地下水显示微小的水温季

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