2地下水化学成分的组成.ppt

第一节 地下水化学成分的组成 在地下水中, 元素多以离子、原子、分子、络合物和化合物等形式存在；有些元素也以气体、同位素的形式存在。 1 天然水组成分类 按水中所含成分的颗粒大小： 按水中所含成分的相对浓度： 2 元素的水文地球化学特性 硅酸（可溶性SiO2) SiO2可以构成多种硅酸，常用通式：xSiO2·yH2O. 具有一定稳定性并能独立存在的硅酸有： 偏硅酸H2SiO3（x=1，y=1）， 正硅酸H4SiO4（x=1，y=2） H4SiO4在水中可以解离形成H3SiO4-和H2SiO42-。 水质分析结果中，将硅酸浓度以SiO2计（称为“可溶性SiO2 ”），实际上是可溶性硅的总量； 在水文地球化学研究中，也以偏硅酸H2SiO3表示可溶性硅的含量。分析的SiO2含量乘以1.3即为可溶性硅酸（ H2SiO3 ）的含量。 地下水中，气体以自由状态和溶解状态存在； 地下水中常见的溶解气体有：O2、 N2 、CO2、H2S、CH4、H2以及Ar、Kr、He、Ne、Xe、Rn等。 按气体来源可分为： 1）空气来源：O2、N2、CO2、Ne、Ar 2）生物化学来源：CH4、CO2、N2、H2S、H2 3）化学作用来源： CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、HCl、HF、SO2、Cl2、NH3 4）放射性衰变来源：Rn 氧气 地下水中氧的来源主要是大气，因此近地表的地下水中，其含量较大，越往深处含量越少。地下水中的溶解氧在很大程度上决定着水的氧化还原电位。 在自来水管内，使水管生锈： Fe+02→Fe2O3→Fe(OH)3 氮气 地下水中的氮气主要来源为大气；此外，来源于微生物作用下NO3－、NO2－的转化（N2）。 二氧化碳 地下水中的二氧化碳来源很复杂，包括大气，土壤生物化学作用，火山、岩浆活动和变质作用。 溶解于水中的CO2称为游离CO2。侵蚀性二氧化碳对混凝土和金属均有破坏作用。 根据《饮用天然矿泉水》国家标准（GB 8537-2008），水中游离CO2在250mg/L以上者为碳酸矿水。 硫化氢 天然水中的硫化氢既可以来自有机物，也可以来自无机物。水体底层各种有机体腐败过程中经常见到；缺氧条件下去硫菌的去硫作用可以使硫酸盐还原成硫化氢；大量的硫化氢也可以从火山喷发气体中析出。 硫化氢含量大于2mg/L的地下水，称为硫化氢矿水（《地热资源地质勘查规范》（ GB/T 11615-2010 ）） 。 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 。 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。 4 地下水中的同位素组分 同位素： 稳定同位素： 放射性同位素： 地下水中的同位素： 包括水自身的氢、氧同位素，以及水中溶质的同位素。 氢：1H、2H、3H； 氧：16O、17O 、 18O 稳定同位素：12C和13C、32S和34S、28Si和30Si等； 放射性同位素 ：14C、36Cl、238U、234U、131I等 4.1 基本概念 (1) 同位素丰度：指某一元素的各种同位素在该元素中所占的百分含量，即用百分值表示的某一元素各种同位素的原子数和该元素原子总数之比。 例如：自然界中18O的平均同位素丰度是0.205%，它表示在十万个氧原子中有205个18O原子； 又如：海水的氧同位素丰度为： 16O=99.763%, 17O=0.0375%，18O=0.1995%。 (2) 同位素比值 (R) 指物质（样品）中某元素的重同位素与常见轻同位素含量(或丰度)之比，即： 式中X*和X分别表示重同位素和常见轻同位素含量。 例如：海水氢、氧同位素的R值为： (3) 千分偏差值(δ ‰) 指实际样品的同位素比值(R样)相对于标准样品同位素比值(R标)的千分偏差，即： δ值能直接反映出实际样品同位素组成相对于标准样品的变化方