7．2 地下水化学特征
地下水中含有各种气体、离子、胶体、有机质以及微生物。 1．地下水主要气体成分 O2 、N2 、CO2 、CH4 、H2S等。尤其以前三种为主。 1）O2 、N2 地化独下存环水在境，中。的通在O常相2可对、说封N2明闭主地的要下环来水境源起中于源，大于O气大2。将气溶耗并解尽处氧而于含只还量留原多下环，N境2说。。明因地此下，水N处2的于氧单 2）H2S 、CH4 地下水中出现H2S、CH4 ，这是微生物参与的生物化学作用的结果 3）CO2 地量应下用水，中使的大CO气2主中要人来为源产于生土的壤CO。2明化显石增燃加料。（煤、石油、天然气）的大 地下水中含CO2愈多，溶解某些矿物组分的能力愈强。
地下水中存在多种同位素，最有意义的是氢(1H、2H、3H)， 氧(16O、17O、18O)，碳(12C、13C、14C).。
氘(2H或D)及氧-18(18O)是常见氢氧稳定同位素，由于质量不 同，在转化时发生分馏。例如，蒸发时重同位素(2H、18O) 不易逸出，在液态水中相对富集；凝结时，液态水中也富集 重同位素。因此，降水中氢氧重同位素丰度的分布存在多种 效应。
7．2 地下水化学特征
2．地下水主要离子成分 溶解性总固体：溶解性总固体是指溶解在水中的无机盐和有机物的总称 (不包括悬浮和溶解 气体等非固体组分)，用缩略词TDS表示。单位： mg/L或g/L 总矿化度(矿化度)是指溶于水中的离子、分子与化合物的总和。单位： g/L或mg/L 。 现已经采用溶解性总固体代替总矿化度。 按溶解性总固体含量(g/L)，将地下水分类如下： 淡水<1； 微咸水：1～3； 咸水：3～10； 盐水：10～50； 卤水：>50。
7．2 地下水化学特征
3）HCO3 几乎总是低TDS水的主要阴离子成分。 来源： ① 含碳酸盐的沉积盐与变质岩（如大理盐）：
CaCO3+H2O+CO2→2HCO3+Ca2+ MgCO3+H2O+CO2→2HCO3+Mg2+ ② 岩浆岩与变质岩地区，HCO3主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解。 4）Na+ 在高TDS水中是主要的阳离子。 来源： ① 沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解； ② 海水； ③ 在岩浆岩和变质岩地区，则来自含钠矿物的风化溶解； ④以N酸a+性及岩HC浆O岩3为中主有的大地量下含水钠。矿物，如钠长石，在CO2和H2O的参与下，将形成低TDS
第七章 地下水的化学组分及其演变
7．1 概 述 7．2 地下水化学特征 7．3 地下水中的微生物 7．4 地下水的温度 7．5 地下水化学成分形成作用
7．1 概 述
地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液。 赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，在与 大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，交换化学成分。 人类活动对地下水化学成分的影响，虽然只是悠长地质历史 的一瞬间，然而，已经深刻改变了地下水的化学面貌。 地下水水质的演变具有时间上的继承性，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、静止的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。
7．2 地下水化学特征
１）Cl 在地下水中广泛分布，但在低TDS水中，一般含量仅数毫克/升到数十毫克/升，高 TDS水中可达数克/升乃至100克/升以上。 来源： ① 沉积岩中岩盐或其他氯化物的溶解； ② 岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ③ 海水补给地下水，或者海风将细滴的海水带到陆地； ④ 火山喷发物的溶滤； ⑤ 人为污染：生活污水及粪便中含有大量Cl，因此，居民点附近的地下水TDS不高， 但是Cl含量相对较高。 特点： ① Cl不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面吸附，因此， Cl是地下水中最稳定的 离子； ② Cl含量随着TDS增大而不断增加，因此，Cl的含量常可用来说明地下水化学演变 的历程。
氚(3H)及碳-14(14C)是常见的放射性同位素，可以测定地下水 平均贮留时间(年龄)，测年范围分别为50-6他成分 除了以上主要离子成分外，地下水还有一些其他成分： 1）次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH、NO2、 NO3、CO32、SiO32、PO43等； 2）微量组分：Br、I、F、Ba、Li、Sr、Se、Co、Mo、Cu、 Pb、Zn、B、As等； 3）胶体：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3等； 4）有机化合物。
7．2 地下水化学特征
5）K+ 高TDS水中较多。 来源： ① 含钾盐类沉积岩的溶解； ② 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 虽然在地壳中K的含量与Na相近。但是，在地下水中K+的含量比Na+少得多。原因是： ① K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母）； ② 易为植物所摄取。 6）Ca2+ 是低TDS水中的主要阳离子。 来源： ① 碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； ② 岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。
7．2 地下水化学特征
2）SO42 中等矿化的水中，SO42常成为含量最多的阴离子。 来源： ① 含石膏（CaSO4·2H2O）或其它硫酸盐的沉积岩的溶解； ② 硫化物的氧化：
2FeS2 （黄铁矿） +7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO42 特点： ① 煤系地层常含有很多黄铁矿，因此流经这类地层的地下 水化学成分往往以SO42为主； ② 金属硫化物矿床附近的地下水中也常含有大量的SO42。
7．2 地下水化学特征
地K下、水Ca中2、分M布g最2。广、含量较多的离子共七种：Cl、SO42、HCO3、Na、 低TDS水：HCO3、Ca2+、Mg2+为主； 中TDS水：SO42、Na+、Ca2+为主； 高TDS水：Cl、Na+为主。 地下水的TDS与离子成分之所以具有这种对应关系，主要原因是水中盐 类的溶解度不同。
7．2 地下水化学特征
７）Mg2+ 来源： ① 含镁的碳酸盐类沉积岩（白云岩、泥灰岩）； ② 岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。 Mg2+在低TDS水中通常含量较Ca2+少。 部分原因是由于地壳组成中Mg2+比Ca2+少；碱性岩浆岩中的 地下水，含Mg2+较高。
7．2 地下水化学特征
3．地下水中的同位素组成