第七章 地下水的化学组分及其演变
1 概述 2 地下水化学特征 3 地下水中的微生物 4 地下水的温度 5 地下水化学组分形成作用 6 地下水基本成因类型及其化学特征 7 地下水化学式成分分析及其图示
§7 地下水的化学组分及其演变
第一节. 概述
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§7 地下水的化学组分及其演变
概述 • 地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液。 • 天然： • 人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。 • 地下水的化学成分是地下水与环境、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。 • 水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。水是地球中元 素迁移富集的载体。 • 利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。
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对地下水的研究
1）水量→地下水动力学 2）水质→水文地球化学
→水文地质学的理论基础
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第二节. 地下水化学特征
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§7 地下水的化学组分及其演变
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．地下水中主要气体成分 • O2 、N2 、CO2 、CH4 、H2S等。 • 1）O2 、N2 • 地下水中的O2 、N2主要来源于大气。地下水中的O2含量多→说明地下水处于
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§7 地下水的化学组分及其演变
•５）K+ • 高矿化水中含量较多。 • 来源与分布特点与Na+相近： • 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。 • 在地壳中K与Na的含量相近，但在地下水中K+的含量比Na+少得多，这是因为 • 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。 • 由于K+含量少，分析比较费事，所以一般将K+归并到Na+中，不另区分。
• 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+7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO42
• （黄铁矿）
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§7 地下水的化学组分及其演变
• 注意： • ① 由于煤系地层（C–P）常含有很多黄铁矿（硫铁矿），因此流经这类地层
的地下水往往以SO42为主； • ② 金属硫化物矿床附近的地下水中常含有大量的SO42； • ③ 煤的燃烧产生大量SO2，与大气中的水汽结合形成含硫酸的降雨→酸雨，
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• 总硬度––––水中所含钙离子和镁离子的总量。
• 按照溶解性总固体含量，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
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• 7大离子：Cl、SO42、HCO3、Na、 K、Ca2、Mg2。 • 低TDS水中：HCO3、Ca2+、Mg2+为主 （难溶物质为主）；
• 中矿化水中：SO42、Na+、Ca2+为主； • 高矿化水中：Cl、Na+为主（易溶物质 为主）。 • 造成这种现象的主要原因是水中盐类 溶解度的不同：
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• １）Cl
• 主要出现在高矿化水中，可达几g/L 100g/L以上。 • 来源： • ① 来自沉积岩氯化物的溶解； • ② 来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； • ③ 来自海水； • ④ 来自火山喷发物的溶滤； • ⑤ 人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl，因此居民点附近矿 化度不高的地下水中，如Cl含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。
从而使地下水中SO42增加； • ④ 在我国能源消耗中，煤占70%以上，我国每年向大气排放的SO2已达
1800104t之多，因此，地下水中SO42的这一来源不容忽视。
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３）HCO3 • 低矿化水的主要阴离子。 • 来源： • ① 含碳酸盐的沉积盐（石灰岩、白云岩）与变质岩（大理盐）： • CaCO3+H2O+CO2→2HCO3+Ca2+ • MgCO3+H2O+CO2→2HCO3+Mg2+ • ② 岩浆岩与变质岩地区，HCO3主要来源于铝硅酸盐矿物的风化溶解。
→温室效应→全球变暖。 • 地下水中含CO2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。ห้องสมุดไป่ตู้
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§7 地下水的化学组分及其演变
2．地下水中主要离子成分
• 溶解性总固体(total dissolved solids)：溶解性总固体是指溶解在水中的无机盐 和有机物的总称(不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分)，用缩略词TDS表示 • 测定： • ① 一般以105 110C时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表示溶解性总固 体（TDS） • ② 将分析所得阴阳离子含量相加，相加时HCO3只取重量的一半，因为在蒸 干时，有近一半的HCO3分解为CO2、H2O而逸失。 • 总矿化度：溶于水中的离子、分子与化合物的总和。
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• 特点： • ① Cl不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面所吸附，氯盐溶解度大，不易
沉淀析出，是地下水中最稳定的离子； • ② Cl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化
学演变的历程。
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•2）SO42
• 中等矿化的地下水中，SO42为主要阴离子。 • 来源：
氧化环境。在较封闭的环境中O2耗尽，只留下N2，通常说明地下水起源于大 气，并处于还原环境。
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• 2）H2S 、甲烷（CH4） • 地下水中出现H2S、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。 • 3）CO2 • CO2主要来源于土壤。化石燃料（煤、石油、天然气）→CO2（温室气体）
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•４）Na+
• 高矿化水中的主要阳离子。 • 来源： • ① 沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解； • ② 海水； • ③ 岩浆岩和变质岩地区含钠矿物的风化溶解； • ④ 酸性岩浆岩中大量含钠矿物，在CO2、H2O的参与下，将形成低矿化的 以Na+、HCO3为主的地下水。