水在地壳中的 地球化学循环 示意图
水的分解：表生带风化作用下，铝硅酸盐水解产生新的粘土矿物，促使水的离解作用顺利进行。 水的分解：表生带风化作用下，铝硅酸盐水解产生新的粘土矿物，促使水的离解作用顺利进行。 NaAlSi3O8+CO2+H20 →Na++HCO-3+Al2Si2O5(OH) 4+H4SiO4 HCO- → H++ CO3 2-
第四章 水的地球化学循环及 水文地球化学分带
1 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 1.1 水在地球中的全循环 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 我们已经比较熟悉水文循环。 我们已经比较熟悉水文循环。
1.2 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环：在沉积 变质作用有次序有 水的地球化学循环：在沉积-变质作用有次序有 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、有机物 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、合成 等作用与现象的总和。 等作用与现象的总和。 水是通过分解和合成实现其在地壳中的地球化 学循环的。 学循环的。
Ca
Ca
沉积盆地承压含水层地下水化学成分正垂直分带
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（1） 两个承压含水层地下水补给条件不同） （两个承压含水层地下水补给条件不同）
灰岩
粉砂岩
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（2） 两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部） （两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部）
2.1 承压水盆地水文地质动力分带
按承压水盆地中水交替速度，分为： 按承压水盆地中水交替速度，分为： 水强烈交替带（上部带）：位于地方水系排泄范围内 水强烈交替带（上部带）：位于地方水系排泄范围内，水 ）：位于地方水系排泄范围内， 的运动速度相对较快，资源更新周期几十—几百年； 的运动速度相对较快，资源更新周期几十 几百年； 几百年 水缓慢交替带（中部带）：位于地方侵蚀基准面和海平面 水缓慢交替带（中部带）：位于地方侵蚀基准面和海平面 ）： 之间，地下水运动速度较慢，水交替周期几万年、 之间，地下水运动速度较慢，水交替周期几万年、甚至几十 万年； 万年； 水消极交替带（下部带）：分布在海平面以下， 水消极交替带（下部带）：分布在海平面以下，水几乎处 ）：分布在海平面以下 于滞留状态，地下水更新周期可达几百万、甚至上千万年。 于滞留状态，地下水更新周期可达几百万、甚至上千万年。
铝硅酸盐+水 粘土+ 水离解的离子与矿物固定） 铝硅酸盐 水+ CO2=粘土 碳酸盐 （水离解的离子与矿物固定） 粘土
水的分解到此并未结束。在深部，压力增大时， 水的分解到此并未结束。在深部，压力增大时，表生带风化作用形成的高岭石和蒙 脱石消失，变化为伊利石和绿泥石，这一过程伴随着十分广泛的水解作用。 脱石消失，变化为伊利石和绿泥石，这一过程伴随着十分广泛的水解作用。如蒙脱石转 化为绿泥石时，相当蒙脱石重量的35%以上的水受到分解并被固定。 以上的水受到分解并被固定。 化为绿泥石时，相当蒙脱石重量的 以上的水受到分解并被固定 水的合成：区域变质带中，变质作用过程中，大多是脱水，脱气。 水的合成：区域变质带中，变质作用过程中，大多是脱水，脱气。粘土矿物与碳酸盐重 结晶，转变为铝硅酸盐， 重新化合，生成水。岩浆形成要吸水。 结晶，转变为铝硅酸盐，H+与O2-重新化合，生成水。岩浆形成要吸水。
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（3） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） （ 两个承压含水层地下水补给区标高明显不同 ）
正垂直分带：矿化度随深度增加而增加， 正垂直分带：矿化度随深度增加而增加，水化学成分也按着水 平分带中的更替次序而变化； 平分带中的更替次序而变化； 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水， 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水，在它们 下面，水的矿化度随深度重新增加； 下面，水的矿化度随深度重新增加； 复杂垂直分带： 复杂垂直分带：水的矿化度随深度增加不只一次的增加或减少
在有有机质和微生物条件下，硫酸盐还原作用：SO4-Na→HCO3-Na； 在有有机质和微生物条件下，硫酸盐还原作用： ； Cl-, Na+: 可能来自海相封存水。 可能来自海相封存水。
沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（3）
垂直分带：承压水盆地埋藏着几个含水层时， 垂直分带：承压水盆地埋藏着几个含水层时，沿垂向 上水化学成分分带规律。 上水化学成分分带规律。
2.2 承压水盆地地下水化学成分分 水平分带：在一个含水层中水化学成分的分带规律。 水平分带：在一个含水层中水化学成分的分带规律。
水化学成 为什么 过渡类型
Ca
溶滤作用； 溶滤作用； 非海相沉积
沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（1）
2 水文地球化学分带
地下水分布的主要规律之一是它的分带性。 地下水分布的主要规律之一是它的分带性。地 下水的分带性主要表现为水文地质动力分带 水文地质动力分带和 下水的分带性主要表现为水文地质动力分带和水 文地球化学分带。 文地球化学分带。 水文地球化学分带包括潜水的纬度分带和承压 水的水平和垂直分带。 水的水平和垂直分带。
沉积盆地承压含水层 地下水化学成分形成过程示意图
Ca
过渡类型 沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分水平分带（2）
SO42-：除石膏溶解外，还有黄铁矿等的氧化； 除石膏溶解外，还有黄铁矿等的氧化； 海相沉积岩中，水中的Ca2+与岩石中的 +交换，HCO3-Ca→SO4-Na; 与岩石中的Na 交换， 海相沉积岩中，水中的