地下水化学成分课件.ppt

* 第七章 地下水化学成分 第一节概述 第二节地下水的化学特征 第三节地下水的温度 第七章 地下水化学成分 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。 第一节、概述 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。 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。 ——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。 ——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 ——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。 ——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。 2 、地下水中主要离子成分 ——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。 （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(P