二、地下水中主要离子成分
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 （表4-13）
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：
生物残骸
K+ Na+
Ca2+ Mg2+
岩浆岩 碎屑岩类
盐岩类 地表 其它
含氯类矿物
含氯类矿物 长石类分解成HCO3
硫化物 石膏 石灰岩
含氯类矿物
酸雨 人工污染
海水 采空区
SO42ClHCO31-
主要离子构成的盐类溶解度有关：
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：
– 微生物：细菌和病毒。
第三节 地下水主要化学性质
一、酸碱性
按pH分类（表4-9） 野外测试：pH试纸、酸度仪
pH值：溶液中H+浓度负对数来表示溶液的酸碱性。 pH值决定了水中HCO3-、CO32-、CO2的含量。 （图4-3）
（表4-7）
对于含有机质不多且矿化度不大的水来说，pH<8.4时，
pH值与游离CO2和HCO3-含量之间有如下关系：
2、氮（N2）
来源——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，另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
➢来源的判别——N2和惰性气体间的比例关系
3、二氧化碳：具有溶蚀作用
➢来源
（1）表生带的生物化学作用使有机物分解而成 （2）由地壳深部变质作用和火山作用形成 （3）工业发展而人为产生
地下水化学成分研究的意义
F、揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿
岩溶 沉积
地下水
迁移 分散
富集
富有化学成分
卤岩、金属矿产、油田
一、地下水主要的气体成分
➢1、氧（O2）：具有氧化作用
主要来源——大气、地表水和植物光合作用。 含量——通常在0-14mg/l之间。 氧化作用——若>3.5mg/l，即处于氧化环境
第二节 地下水的化学成分
地下水不是纯的H2O，而是成分复杂天然溶液。 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。 化学成分：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。
地下水化学成分研究的意义
理论上：揭示地下水的形成和起源 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，可以回溯一个地区的水文地质历 史，阐明地下水的起源与形成。
• 地下水中的其它成分
– 微量成分：Br、I、F、Ba、Li、Sr、Se、Co、Mo、 Cu、Pb、Zn、B、P、As。
– 胶体体。化合物：Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2等及有机胶
– 有机物：有机质是以碳、氢、氧为主的高分子化 合物，其他成分尚有氮、磷、硫等，存在形式为 胶体形式、悬浮状态、真溶液。
阴离子：HCO3-、SO42-、Cl阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+
➢次要离子：CO32-、NO3-、NO2-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+
岩浆岩 碎屑岩类
含钠类矿物 含钾类矿物 含钙类矿物 含镁类矿物
含钠类矿物（钠长石） 含钾类矿物（钾长石）
盐岩类 地表 其它
含钙类矿物 含镁类矿物
第一节 地下水的物理性质
一、地下水的温度 （表4-1）
TH
Байду номын сангаас
TB
H h G
H (TH TB )G h
二、地下水的颜色 （表4-2）——比色管
三、地下水的透明度 （表4-3）——量筒（高100cm，直径3cm）＋黑十字
线（粗3mm）
四、地下水的气味（表4-4） 五、地下水的味道（表4-5 ） 六、地下水的比重（表4-6 ） 七、导电性 八、水的放射性 物理性质的应用：大致判断化学性质。
第四章 地下水的物理性 质和化学成分
地下水有哪些物理性质和化学成分？ 地下水物理性质和化学成分形成的原因？ 研究地下水物理性质和化学成分的意义和方法。
本章内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
地下水的物理性质 地下水的化学成分 地下水主要化学性质 地下水化学成分的形成 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分研究方法 煤矿区地下水化学特征
18℃时
pH＝6.52+lg[HCO3-]- lg[CO2]
– 主要同位素有：氢（1H、2H、 3H）、氧（16O、 18O）、碳（12C、13C、 14C）、硫（32S、 34S、）富集程度：
18O
[
(18
O
/16 O)样 （- 18O/16O）SMOW （18O/16O）SMOW
]
D
[
(D
/
H)样
（- D/H
） SMOW
（D/H）SMOW
]
– 不同成因的地下水都有其特定 18O 和D 值变化 范围，故据此可以判断地下水成因和形成条件
矿化度(g/L) :低(<1) 中(1-10) 高(10-30)
阴 离 子: 阳 离 子:
HCO3- SO42Ca2+ Ca2+,Mg2+
ClNa+,K+
地下水水流过程的阴离子变化 Cl-
+ ++ ++
++ +++
SO42-
++
+
++ +++
HCO3-
+ +
++ +++
• 三、地下水中的同位素（表4-8）
地下水化学成分研究的意义
实际应用：水质评价 A、确定饮用水、工农业用水 B、提取化工原料 C、确定含水层之间及与地表水间的水力联系 D、查明地下水的侵蚀能力 E、查明地下水水质污染源 F、揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿 G、医疗用水、地方病 研究方法： 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、地下水主要的气体成分
4、硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）：
➢地下水中出现H2S和CH4，意义恰好和出现O2相反，说明处于
还原的地球化学环境。
➢来源
（1）生物化学作用 SO42-+2C+2H2O→2HCO3-+H2S （2）地壳深部的变质作用及火山作用
➢CH4 ，地下水是封闭构造的油田水； H2S，缺氧的还原环境