04第三章地下水的物理性质及化学成分.ppt

第三章 地下水的物理性质及化学成分 本章内容 3.1 地下水的物理性质 3.2 地下水的化学成分 3.3 地下水化学成分的形成 3.4 总矿化度与地下水化学成分分类 3.2 地下水的化学成分 地下水不是纯的H2O，而是天然溶液，含有各种组分。 水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分。在自然界水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。 化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。 水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体。研究许多地质作用时都不能不涉及地下水的化学作用。 不同的用水目的在利用地下水时，对水的质量有一定要求 （如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等） 研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合 一、地下水中常见的气体成分 氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）， 常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 二、地下水中主要离子成分 地下水中含量多的有七种离子 阴离子： HCO-3 ， SO2-4 ， Cl- 阳离子： Ca2+, Mg2+, K+, Na+ 3.2.1 气体成分 地下水中常见的气体成分 1、氧（oxygen, O2）、氮（nitrogen, N2） 起源：大气圈随降水入渗进入含水层中，如富含O2与N2 ——说明地下水是大气起源的，氮还有生物起源与变质起源 环境：在封闭环境下，氧被耗尽只剩下N2，指示水是大气起源且处于封闭环境 2、硫化氢（H2S）、甲烷（methane, CH4） 这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参与的生物化学过程中形成。还原环境下： SO2-4 → H2S，成煤过程，煤田水 成油过程，油气藏，油田水 3、二氧化碳（CO2） 大气降水中的CO2含量较低，地下水中CO2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：在深部高温下，也可变质生成CO2 人类活动：在化石燃料（煤、石油、天然气），导致大气中的CO2增加，（增长20%） 地下水中CO2增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解能力愈强！ 地下水中气体成分的意义： 气体成分——指示地下水所处的地球化学环境 氧化环境—oxidation 还原环境—deoxidation 气体成分—可以增加水对盐类的溶解能力 促进水→岩的化学反应，相互作用 3.2.2 主要离子成分 地下水中的主要离子成分 水中离子成分主要取决于： ①元素的丰度（克拉克值)：某元素在地壳化学成分中的重量百分比； ②元素组成的化合物在水中的溶解度 地壳中主要元素有哪些？ 地壳中丰度较高的元素：Si、Al、Fe （地下水中低） 地壳中丰度较低的元素：Cl、S、C （地下水中高） 地下水中主要离子有： Anion 阴离子：HCO-3、SO2-4、Cl- Cation 阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+ 这与主要离子构成的盐类溶解度有关（参见52页表6-1）： 碳酸盐类 硫酸盐类 氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物（TDS）——或矿化度有关： 矿化度(g/L) : 低(1) 中(1-10) 高(10-30) 阴 离 子: HCO-3 SO2-4 Cl- 阳 离 子: Ca2+ Ca2+,Mg2+ Na+,K+ 水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化 地下水中主要离子成分来源 低矿化度水中的常见离子： HCO-3，Ca2+，Mg2+，常来源与沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解 高矿化度水中的常见离子：Cl-,Na+,K+，沉积盐岩（钠盐、钾盐）的溶解、变质岩风化溶解，海水影响 中等矿化度的常见离子： SO42-：沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发 H2S 气体氧化、人类活动—燃烧煤产生大量SO2，SO2 氧化后形成之，大气中SO2-4过高时，降“酸雨” 3.3 地下水化学成分的形成 溶滤作用—水岩相互作用时发生 浓缩作用—蒸发排泄时发生 脱碳酸作用—在温度与压力发生变化时发生 脱硫酸作用—在还原环境下发生：SO42-→ H2S↑ 阴离子交替吸附作用—岩土表面吸附的阳离子与水中阳离子发生交换 混合作用— 2种不同类型地下水混合时发生 人类活动的作用——影响越来越大 3.3.1 溶滤作