（1）氯离子 (Cl-)
★ 氯离子在地下水中广泛分布，但在低矿化 水中一般含量仅数毫克/升到数十毫克/升，高 矿化水中可达数克/升乃至100克/升以上。
离子与矿化度相关系数较高，Na＋为0.91，Cl－0.84
胜利、苏北、酒泉、鄂尔多斯（J）
★ 地下水中Cl-的主要来源
——来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解； ——来自岩浆岩中含氯矿物[氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、
——大气中的惰性气体(Ar、Kr、Xe)与N2的比例恒定，即： (Ar+Kr+Xe)/N2=0.0118。比值等于此数，说明N2是大气起 源的；小于此数，则表明水中含有生物起源或变质起源 的N2。
（2）硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)
——地下水中出现H2S与CH4，其意义恰 好与出现O2相反，说明处于还原的地球化 学环境。
MgCO3+H2O+CO2→Mg2++2HCO3——Mg2+在低矿化水中含量通常较Ca2+少，通常不 成为地下水中的主要离子，部分原因是由于地壳组 中Mg比Ca少。
3、地下水中的其它成分
——地下水还有一些次要离子，如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、 NH4+、OH-、NO2-、NO3-、CO32-、SiO32-及PO43-等。 ——地下水中的微量组分，有Br、I、F、B、Sr等。
第七章 地下水化学成分
第一节、概述
1、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，可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史，阐明 地下水的起源与形成。 2、水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分，搬运这些 组分，并在某走些情况下将某些组分从水中析出。水是地球 中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程（岩溶、沉 积、成岩、变质、成矿）都涉及地下水的化学作用。
——化石燃料的燃烧给大气提供了人为作用产生的SO2与氮氧 化合物（每年2－2.5×108t），氧化并吸收水分后构成富含 硫酸及硝酸的降水－“酸雨”，从而使地下水中SO42-增加。
★ 由于CaSO4的溶解度较小，限制了SO42-在水 中的含量，所以，地下水中的SO42-远不如Cl-来 得稳定，最高含量也远低于Cl-。
第二节、地下水的化学特征
地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及 微生物等。
1、地下水中主要气体成分
——地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4、及H2S等， 尤以前三种为主。
——通常情况下，地下水中气体含量不高，每公升水中只有 几毫克到几十毫克。
——地下水中的气体成分很有意义。一方面，气体成分能 够说明地下水所处的地球化学环境；另一方面，地下水 中的有些气体会增加水溶解盐类的能力，促进某些化学 反应。
（1）氧(O2)、氮(N2)
——地下水中氧气和氮气主要来源于大气。它们随同大 气降水及地表水补给地下水，因此，以入渗补给为主、 与大气圈关系密切的地下水中含O2及N2较多。
——溶解氧含量愈多，说明地下水所处的地球化学环境 愈有利于氧化作用进行。
——O2的化学性质远较N2为活泼，在较封闭的环境中，O2 将耗尽而只留下N2。因此，N2的单独存在，通常可说明地 下水起源于大气并处于还原环境。
——在少数情况下，地下水中可能富含CO2，甚至高达1g/L以 上。
——工业与生活应用化石燃料（煤、石油、天然气），使大气 中人为产生的CO2明显增加。由此引起了温室效应，使气温上 升。
——地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩与对晶岩进行风化 作用的能力便愈强。
2 、地下水中主要离子成分
——地下水中分布最广、含量较多的离子共七种，即： 氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根离子 (HCO3-)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)及 镁离子(Mg2+)。 ——构成这些离子的元素，或是地壳中含量较高，且 较易溶于水的(如O2、Ca、Mg、Na、K)，或是地壳中 含量虽不很大，但极易溶于水的（Cl、以SO42-形式出 现的S）。Si、Al、Fe等元素，虽然地壳中含量很大， 但由于其难溶于水，地下水中含量通常不大。
t Cl84.8SO144.3 0
Na71.6Ca27.8 52
第三节、地下水的温度
——地壳表面有两个热能来源：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，地壳表层可分为变湿 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。 地温梯度的平均值约为3℃/100m。通常变化于1.54℃/100m之间，但个别新火山活动区可以很高。如 西藏羊八井的地温梯度为300℃/100m。
到污染。
★ 氯离子不为植物及细菌所摄取，不被土 粒表面吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析 出，是地下水中最稳定的离子。它的含量 随着矿化度增长而不断增加，Cl-的含量常 可用来说明地下水的矿化程度。
(2)硫酸根离子(SO42-)
★ 在高矿化水中，硫酸根离子的含量仅次于Cl-，
可达数克/升个别达数十克/升；在低矿化水中，一 般含量仅数毫克/升到数百毫克/升；中等矿化的水 中，SO42-常成为含量最多的阴离子。
——由于K+的性质与Na+相近，含量少，分析比较费事， 所以，一般情况下，将K+归并到Na+中，不另区分。
（6）钙离子(Ca2+)
——钙是低矿化地下水中的主要阳离子，其含量一般 不超过数百毫克/升。在高矿化水中，由于阴离子主 要是Cl-，而CaCl2的溶解度相当大，故Ca2+的绝对含量 显著增大，但通常仍远低于Na+。矿化度格外高的水， 钙也可成为主要离子。
——一般情况下，随着总矿化度（总溶解固体）的 变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生 变化。低矿化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+为主；高矿 化水则以Cl-及Na+为主；中等矿化的地下水中，阴 离子常以SO42-为主，主要阳离子则可以是Na+，也可 以是Ca2+。
——地下水的矿化度与离子成分间之所以往往具有 这种对应关系，一个主要原因是水中盐类的溶解度 不同。
——岩浆岩与变质岩地区，HCO3-主要来自铝硅酸盐矿物(钠 长石和钙长石)的风化溶解，如：
Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3- + 2Na+ + H4Al2Si2O9 +4SiO2 CaO•2Al2O3•4SiO2+2CO2+5H2O→2HCO3-+ Ca2++ 2H4Al2Si2O9
——地下水中的Ca2+来源于碳酸盐类沉积物及含石 膏沉积物的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的 风化溶解。
（7）镁离子(Mg2+)
——镁的来源及其在地下水中的分布与钙相近。来 源于含镁的碳酸盐类沉积（白云岩、泥灰岩），此 外，还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解， 如：
(Mg•Fe)2SiO4+2H2O+2CO2→MgCO3+FeCO3+Si(OH)4
——这两种气体的生成，均在与大气比较 隔绝的环境中，有有机物存在，微生物参 与的生物化学过程有关。其中，H2S是 SO42-的还原产物。
(3)二氧化碳(CO2)
——地下水中的CO2主要来源于土壤。有机质残骸的发酵作用 与植物的呼吸作用使土壤中源源不断产生CO2并溶入流经土壤 的地下水中。
——含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可以变质生成CO2
（4）钠离子(Na+)
——钠离子在低矿化水中的含量一般很低，仅数毫 克/升到数十毫克/升，但在高矿化水中则是主要的 阳离子，其含量最高可达数十克/升。
——Na+来自沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解，还 可来自海水。在岩浆岩和变质岩地区，则来自含钠 矿物的风化溶解。酸性岩浆岩中有大量含钠矿物， 如钠长石；因此，在CO2和H2O的参与下，将形成低矿 化的以Na+及HCO3-为主的地下水。由于Na2CO3的溶解 度比较大，故当阳离子以Na+为主时，水中HCO3-的含 量可超过与Ca2+伴生时的上限。
3、地下水中化学元素迁移、聚集与分散的规律， 是水文地质学的分支－水文地球化学的研究内容。 地下水中元素迁移不能脱离水的流动，因此水文地 球化学的研究必须与地下水运动的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点，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、静止地 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。
为了简明地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫式表
示。将阴阳离子分别标示在横线上下，按毫克当量百
分数自大而小顺序排列，小于10%的离子不予表示。
横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度（以字
母M为代号），三者单位均为g/L，横线后以字母t为
代号表示以摄氏计的水温。如：
H2SiO0.073H2S0.021CO20.031M3.2
4、地下水的总矿化度及化学成分表示式
——地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量 称为总矿化度（总溶解固体），以每公升中所含克 数（g/L）表示。
——习惯上以105°－110℃时将水蒸干所得的干涸 残余物总量来表征总矿化度。也可以将分析所得阴 阳离子含量相加，求得理论干涸残余物值。因为在 蒸干时有将近一半的HCO3-分解生成CO2及H2O而逸失。 所以，阴阳离子相加时，HCO3-只取重量的半数。
方钠石NaAlSiO4•NaCl]的风化溶解； ——来自海水：海水补给地下水，或者来自海面的风