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工学水文地质学地下水的化学成分及其形成作用
2HNO3→2HNO2→2HNO→N2
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④如何判断非大气来源的氮
用氩、氪、氙与氮的比值确定
大气中它们的比值恒定(Ar+Kr+Xe)/N2=0.0118
=0.0118 大气来源
<0.0118 N2多,有非大气来源 >0.0118 一般Ar(氩)多
如果地下水中上述比值正好等于0.0118,说明氮 无其它来源,仅大气起源。
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目前研成是地质历史时期的 产物,所以要从地质历史的角度去研究;
2.水中的化学组分的存在是与地下水的起源 紧密联系在一起的,不同起源,组分不同;
3.组分在地下水中达到饱和的状态,要注意 地下水的运动过程,运动使地下水不断更 新,达到平衡而未达到饱和;
腐植质 → 暗黄色 → 鱼腥味
H2CO3 → 甜味 有机质 → 甜味(不适于饮用)
NaCl → 咸味
Na2SO4 → 涩味
MgCl2或MgSO4 → 苦味
H2S+碳酸气 → 酸味
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5.2.2 地下水的其它物理性质
1.比重 2.颜色 3.透明度 4.放射性
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§ 5.3 地下水的化学成分
4.要注意后期的变化--吸附、混合,使其 再一次发生变化。
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§5.2 地下水的物理、化学性 质(physical characteristic)
地下水的物理性质包括: 水 温 temperature、 颜 色 color、 透 明 度 transparence 、 味 道 taste、 气 味 odor、比重、放射性、导电性electric conductivity等。
§ 5.3.1 主要气体成分
地下水中气体含量尽管很少,但对其研究:
①可以帮助弄清地下水赋存的环境;
②对其它组分的存在影响很大。
地下水中的气体成分:
空气来源 N2 O2 CO2 Ne(氖) Ar(氩)
生物来源 CH4 CO2 N2 H2S H2 O2
化学来源
CO2 H2S H2 CH4 CO N2 HCl
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5.2.2 地下水的其它物理性质
一般地下水都是无色、无味、无气味、透明、低 盐量的液体。当地下水中含有某些化学成分时,其物 理性质就发生了变化。如:
含H2S → 绿色 → 臭鸡蛋味 Fe2+ → 淡红褐色 → 铁腥味
Fe3+ → 淡蓝绿色 → 淡墨水味
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一个大气压下,温度与氧含量的关系:
温度℃
氧含量
mg/l
cm3/l
0
14.56
10.19
10
11.25
7.87
15
10.06
7.04
20
9.09
6.36
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③反映的环境:地下水中氧的多少,表明了地下水
所处的氧化还原的环境。O2较N2活泼的多,当处在封 闭环境中或水源被有机物污染时,由于氧化作用,溶 液氧很快被消耗,当得不到补充时,氧缺少;厌氧细 菌繁殖并活跃起来,有机物质发生腐败作用,使水源 产生臭气。
1.帮助阐明地下水的起源、形成和分布; 2.完善成矿理论; 3.找矿标志; 4.宝贵的液体矿产和矿水; 5.工农业及饮用水等都有水质要求。
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三、水化学成分形成作用研究 方法的指导思想
以前学者们的研究偏重于分类,如 阿廖金分类,舒卡列夫分类,及各种离 子含量的比例。现在的研究趋势主要是 从水岩体系来研究。水与岩石是相互作 用的体系,我们把这归结为水文地球化 学体系,在溶液与介质的化学场中,以 热力学方法来研究溶液的平衡。
如果小于0.0118,因Ar、Kr、Xe均为惰性气体, 不会与其它物质化合而减少,所以小于0.0118时,说 明N2含量比大气来源的多,多余的N2则为非大气来源。
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§ 5.1 概述
在地下水中,就其组分而言,有:有 机物、无机物、气体、微生物和元素的同位 素组分。
就元素在水中的存在形式又有:单一 离子、分子、复阴离子、化合物和络合物。
就水溶液的类型,可以分为:真溶液、 胶体溶液和悬浮液。
所以说:地下水是一种复杂的溶液。
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二、研究地下水化学成分的意义
(2)矿化度大的水、氧含量少。对于矿化度大的水,其它离 子成分含量很高,氧作为一种氧化剂,易于氧化其它成分而 消耗,海水的溶液氧仅为淡水的80%。
(3)地下水埋藏越浅,越容易获得大气中的氧,氧含量较大, 否则则相反。
(4)温度越高,溶解氧越少。
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厌氧细菌 anaerobic bacteria
HF SO2 Cl2
放射性和核反应来源的气体 He(氦) Rn(氡)
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1.氧和氮
①来源:
主要来自大气,随大气降水和地表水的入渗一起进入地下;也 有生物来源;对氮还有化学来源。
②影响氧含量的因素:
(1)淡水含量高。氧在水中的溶液度较大,在15℃、 101324 .62Pa(一个大气压 )下,每升蒸馏水可溶解氧 10.06mg(7.04cm3/l)。
§5.1 概 述 一、地下水是一种良好的溶剂, 是十分复杂的溶液solution
水是良好的溶剂,这是水最突出的特性。
地下水运移于岩石空隙中,由于水的这种特 征,必然要和岩石发生相互作用,使岩石溶解, 就此而言,水是一种良好的溶剂。
盐分进入地下水中,因而自然界的水是非单 纯的纯净水,而成为一种溶液。由于在地下径流 的过程中,环境不断地发生变化,物理化学条件 不断改变,所以这种溶液也在不断的发生变化, 最终使地下水的化学成分变得非常复杂。
现在在2000~3000m深的卤水中,发现有高浓度 的氧(200 cm3/l),可能是由于放射性元素的放射 作用产生的。
N2 主 要 起 源 于 大 气 , 如 水 中 N2 单 独 存 在 ( 没 有 O否2)则,氧说将明得O到2已补耗充尽。,体系处于较为封闭的还原环境,
在封闭环境中,去硝化作用可将NO3-、NO2-分 解并析出自由N2,其反应式为:
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5.2.1 地下水的温度
地壳表层有两个热能来源:一个是太 阳的辐射,另一是来自地球内部的热流。根 据受热源影响的情况,地壳表层可分为变温 带、常温带及增温带。
地下水的温度受其赋存与循环处所的地 温控制。处于变温带中的浅埋地下水显示微 小的水温季节变化。常温带的地下水水温与 当地年平均气温很接近。增温带的地下水随 其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水 甚至蒸汽。