地下水形成作用.ppt

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1、第六章第六章地下水化学成分及其形成地下水化学成分及其形成作用作用第六章第六章地下水的化学成分及其形成作用地下水的化学成分及其形成作用主要内容：掌握主要内容：掌握地下水中主要气体成分地下水中主要气体成分，了解它们的来源，了解它们的来源及环境指示意义；掌握及环境指示意义；掌握水中七种主要离子成分和它们的来水中七种主要离子成分和它们的来源，以及七种主要离子成分与矿化度变化的关系源，以及七种主要离子成分与矿化度变化的关系；了解水；了解水化学成分的主要形成作用：溶滤作用、浓缩作用、脱硫酸化学成分的主要形成作用：溶滤作用、浓缩作用、脱硫酸作用、脱碳酸作用、阳离子吸附交替作用、混合作用和人作用、脱碳酸作用、

2、阳离子吸附交替作用、混合作用和人类活动的作用，及其对地下水化学成分的影响；了解水化类活动的作用，及其对地下水化学成分的影响；了解水化学成分的表达方式与分类。学成分的表达方式与分类。重难点：水中七种主要离子成分的来源，主要离子成分与重难点：水中七种主要离子成分的来源，主要离子成分与矿化度变化的关系；溶滤作用和浓缩作用的过程、结果以矿化度变化的关系；溶滤作用和浓缩作用的过程、结果以及影响因素及影响因素6.1概述概述地下水是天然溶液。地下水在参与自然界水循环过程中，地下水是天然溶液。地下水在参与自然界水循环过程中，与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量

3、交换、化学成分的交换（的交换（水质状况）。受到人类活动的影响。水质状况）。受到人类活动的影响。地下水的化学成分是地下水与环境地下水的化学成分是地下水与环境-自然地理、地质背景自然地理、地质背景及人类活动及人类活动-长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学长期相互作用的产物。一个地区地下水的化学面貌，反应了该地区地下水的历史演变。研究地下水的化面貌，反应了该地区地下水的历史演变。研究地下水的化学成分，可以帮助我们回溯地区地下水的水文地质历史，学成分，可以帮助我们回溯地区地下水的水文地质历史，阐明地下水的起源与形成阐明地下水的起源与形成。水是最为常见的良好溶剂。水是地球元素迁移、分散与富水是最为常

4、见的良好溶剂。水是地球元素迁移、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）都涉及地下水的作用。矿）都涉及地下水的作用。第六章第六章地下水的物理性质及化学成分地下水的物理性质及化学成分水质确定，水的用途：水质确定，水的用途：工业原料，矿泉水，地下水元素的分散晕工业原料，矿泉水，地下水元素的分散晕-找矿（盐矿，找矿（盐矿，油田及金属矿床）或污染源油田及金属矿床）或污染源研究角度：研究角度：水文地质学的分支水文地质学的分支水文地球化学，研究内容是水文地球化学，研究内容是地下水中化学元素分散、迁移与富集的规律。地下水中化学元素分散、

5、迁移与富集的规律。不能从纯化学、孤立、静止地研究地下水的化学成不能从纯化学、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，揭分及其形成，而必须从水与环境长期相互作用的角度，揭示地下水化学演变的内在依据及规律。示地下水化学演变的内在依据及规律。第六章第六章地下水的物理性质及化学成分地下水的物理性质及化学成分6.2地下水的化学特征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以及微生物等一、地下水中常见的气体成分一、地下水中常见的气体成分主要有氧（主要有氧（O2）、氮（）、氮（N2）、二氧化碳（）

6、、二氧化碳（CO2）、硫化氢（）、硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4），常见的气），常见的气体成分与地下水所处环境，地下水的来源有关。体成分与地下水所处环境，地下水的来源有关。第六章第六章地下水的物理性质及化学成分地下水的物理性质及化学成分（1）氧（）氧（O2）、氮（）、氮（N2）、）、来源：来源：如果地下水中富含如果地下水中富含O2与与N2也说明地下水也说明地下水是大气起源是大气起源(随降水一起入渗进入地下含水层中随降水一起入渗进入地下含水层中)。大气起源的地下水中，大气起源的地下水中，N2也可能独立存在。也可能独立存在。此外，氮还有生物起源与变质起源。此外，氮还有生物起源与变质起源。

7、指示意义指示意义：O2含量高指示氧化环境；含量高指示氧化环境；N2单独存在，单独存在，地下水起源于大气并处于封闭环境。地下水起源于大气并处于封闭环境。(2）硫化氢（）硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4）来源：这两种气体，都是在封闭环境下生成的。来源：这两种气体，都是在封闭环境下生成的。如如H2S是在有机物与微生物参与的生物化学过程是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成，还原环境下地下水中的中形成，还原环境下地下水中的SO42-H2S，在，在成煤过程中，成煤过程中，SO42-在还原作用下产生在还原作用下产生H2S，使，使煤煤田水富含田水富含H2S。同理，甲烷是成油和油气藏形成。同理，甲

8、烷是成油和油气藏形成过程的结果，过程的结果，油田水富含甲烷（油田水富含甲烷（CH4）。）。指示意义：富含指示意义：富含H2S和和CH4的地下水，的地下水，指示封指示封闭的还原环境闭的还原环境。（3）二氧化碳（）二氧化碳（CO2）大气降水中的大气降水中的含量较低，地下水中含量较低，地下水中主要来源：主要来源：主要源于土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发主要源于土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生酵产生、植物呼吸作用产生碳酸盐岩地层的脱碳酸作用碳酸盐岩地层的脱碳酸作用深部高温下，变质作用生成深部高温下，变质作用生成人类活动，在使用化石燃料（煤、石油、天然气）时，人类

9、活动，在使用化石燃料（煤、石油、天然气）时，大气中的大气中的增加增加作用：地下水中作用：地下水中增加，水对碳酸盐岩的溶解、增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化结晶岩风化溶解溶解的能力愈强！的能力愈强！（4）地下水中气体成分特征小结：）地下水中气体成分特征小结：气体成分气体成分指示地下水所处的地球化学环境指示地下水所处的地球化学环境氧化环境氧化环境还原环境还原环境气体成分增加水对盐类的溶解能力气体成分增加水对盐类的溶解能力促进水促进水岩的化学反应（即相互作用）岩的化学反应（即相互作用）二、地下水中主要离子成分二、地下水中主要离子成分（1）概述：地下水中组分很多，而分布广、含量多的主要）概述：地下

10、水中组分很多，而分布广、含量多的主要有七种离子：有七种离子：阴离子：阴离子：HCO3-，SO42-，Cl-，阳离子：阳离子：Ca2+，Mg2+，K+，Na+离子成分含量与什么有关？离子成分含量与什么有关？各种元素的丰度（克拉克值）各种元素的丰度（克拉克值）即某元素在地壳化学成即某元素在地壳化学成分中的重量百分比分中的重量百分比OSiAlFeCaNaKMgTiH该元素组成的化合物在水中的溶解度该元素组成的化合物在水中的溶解度在自然界，丰度较高的元素，如在自然界，丰度较高的元素，如Si、Al、Fe，在水中含量很低；而某，在水中含量很低；而某些丰度较低的，如些丰度较低的，如Cl、S、C，在水中含量却

11、很高。这说明元素组成的，在水中含量却很高。这说明元素组成的化合物的溶解度起主要作用。化合物的溶解度起主要作用。6.2地下水的化学特征地下水的化学特征（2）主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量（）主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量（TDS）关系关系常见地下水的化学成分特征，与地下水的矿化度（或常见地下水的化学成分特征，与地下水的矿化度（或TDS）具有以下关系）具有以下关系：矿化度：矿化度：低低中中高高阴离子：阴离子：HCO3-，SO42-，Cl-，阳离子：阳离子：Ca2+Ca2+、Mg2+，Na+K+为什么？先看看表为什么？先看看表6-1，找出表中规律。，找出表中规律。我们可以得出主要离子

12、构成的盐类溶解度的大小为：我们可以得出主要离子构成的盐类溶解度的大小为：碳酸盐类碳酸盐类硫酸盐类硫酸盐类氯化物（氯盐）氯化物（氯盐）从表从表6-1，可以理解地下水水中主要离子含量与水的矿化，可以理解地下水水中主要离子含量与水的矿化度（或度（或TDS）之间的关系。）之间的关系。表表6地下水中常见盐类的溶解度（地下水中常见盐类的溶解度（0，单位：，单位：g/L）1、氯离子、氯离子(Cl-)（1）特点：）特点：是地下水中分布最广的离子，每升水中由数毫是地下水中分布最广的离子，每升水中由数毫克至数百克不等。克至数百克不等。在高矿化度水中，在高矿化度水中，C1-常占优势。常占优势。不被植物吸收、不被土壤

13、颗粒吸附、不易沉淀析出，不被植物吸收、不被土壤颗粒吸附、不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子，因此是地下水中最稳定的离子，因此Cl-常常是水中常常是水中含盐量多含盐量多寡的标志寡的标志。（2）来源：）来源：A、含岩盐的沉积岩或氯化物溶解；、含岩盐的沉积岩或氯化物溶解；B、含氯化物的岩浆岩风化溶解；、含氯化物的岩浆岩风化溶解；C、海水补给；、海水补给；D、火山堆积物的溶滤；、火山堆积物的溶滤；E、人为污染：工业、生活污水及粪便。、人为污染：工业、生活污水及粪便。2、硫酸根离子硫酸根离子(SO42-)（1）特点：高矿化度水中，）特点：高矿化度水中，SO42-含量仅次于含量仅次于Cl-；中等矿化；中

14、等矿化度的水中，度的水中，SO42-常称为含量最多的阴离子。常称为含量最多的阴离子。（2）来源：）来源：A、主要为石膏及其它含硫酸盐的沉积物。、主要为石膏及其它含硫酸盐的沉积物。B、天然硫和硫化物矿物的氧化作用（含黄铁、天然硫和硫化物矿物的氧化作用（含黄铁矿的煤系地层）也可以给地下水带来矿的煤系地层）也可以给地下水带来SO42-，如：，如：2S十十3O2十十2H2O4H+十十2SO42-2FeS2十十7O2十十2H2O2FeSO4十十4H+十十2SO42-C、化石燃料，产生大量、化石燃料，产生大量SO2，形成，形成“酸雨酸雨”3、重碳酸根离子、重碳酸根离子(HCO3-)（1）特点：）特点：地下

15、水中含量一般不超过地下水中含量一般不超过1gL，因为，因为HCO3-主主要来源于碳酸盐类岩石，而它的溶解度很小，只有当地下要来源于碳酸盐类岩石，而它的溶解度很小，只有当地下水中存在水中存在CO2时才较易溶于水。通常以时才较易溶于水。通常以HCO3-为主要成分为主要成分的地下水含盐量都不高，因此它是的地下水含盐量都不高，因此它是淡水的特征淡水的特征。（2）来源：）来源：A、在水中有一定量的、在水中有一定量的CO2存在时，碳酸盐溶解。存在时，碳酸盐溶解。CaO3+H2O+CO22HCO3-+Ca2MgO3+H2O+CO22HCO3-+Mg2B、铝硅酸盐风化溶解。、铝硅酸盐风化溶解。Na2Al2Si

16、6O16十十3H2O十十2CO22HCO3-H4A12Si2O9十十2CO3-十十4SiO22Na+(钠长石钠长石)CaO2Al2O34SiO2+2CO2+5H2O2HCO3-+Ca22H4Al2Si2O3(钙长石钙长石)4、钠离子钠离子(Na+)（1）特点：）特点：地下水中分布最广泛的阳离子，其含量可由地下水中分布最广泛的阳离子，其含量可由每升数毫克至数十克。是高矿化度中主要阳离子。每升数毫克至数十克。是高矿化度中主要阳离子。（2）来源：）来源：A、沉积岩中岩盐及其它的钠盐；、沉积岩中岩盐及其它的钠盐；B、海水或古海水的残余；、海水或古海水的残余；C、火成岩与变质岩中某些含钠矿物、火成岩与变

17、质岩中某些含钠矿物(如钠长石如钠长石)的风的风化溶解。化溶解。2NaAlSi3O8十十2H2O十十CO24H4A12Si2O9十十Na2CO3十十4SiO2Na2CO3十十H2O2Na十十HCO3-十十OH-所以，在所以，在酸性火山岩酸性火山岩地区可以形成地区可以形成HCO3-Na+型水。型水。5、钾离子、钾离子(K+)（1）特点：）特点：钾离子钾离子(K+)的来源与的来源与Na+相似。在低矿化相似。在低矿化度中甚微，而在高矿化度中多。度中甚微，而在高矿化度中多。虽然地壳中钾的含量高，且钾盐的溶解度也很虽然地壳中钾的含量高，且钾盐的溶解度也很大，但是因为大，但是因为K+容易被粘土吸附，被植物吸

18、收，同容易被粘土吸附，被植物吸收，同时参与形成难溶于水的次生矿物时参与形成难溶于水的次生矿物(如水云母、蒙脱石如水云母、蒙脱石等等)，所以在地下水中含量不如，所以在地下水中含量不如Na+大。大。由于由于K+、Na+性质相近，性质相近，K+含量低，在地下含量低，在地下水分析中，两者合并计算。水分析中，两者合并计算。（2）来源：）来源：A、钾盐沉积岩的溶解；、钾盐沉积岩的溶解；B、岩浆岩、变质岩的钾岩矿物风化溶解。、岩浆岩、变质岩的钾岩矿物风化溶解。6、钙离子、钙离子(Ca2+)（1）特点：）特点：Ca2+在地下水中分布广，一般含量低。很少超过在地下水中分布广，一般含量低。很少超过lg/L。因为因

19、为Ca2+主要来源于地下水溶解碳酸盐类岩石，而这主要来源于地下水溶解碳酸盐类岩石，而这类岩石的溶解度很低。类岩石的溶解度很低。Ca2+的随着含盐量的增高，的随着含盐量的增高，相对含相对含量很快减少。量很快减少。由于由于CaCl2的溶解度相当大，所以矿化度格外高时，的溶解度相当大，所以矿化度格外高时，Ca2+可以时主要阳离子（可以时主要阳离子（10者，且按递减的顺序排列，主要的阴阳离子分居者，且按递减的顺序排列，主要的阴阳离子分居于横线上下。于横线上下。分式的前端表示矿化度分式的前端表示矿化度(M)及各种气体成分和特殊成及各种气体成分和特殊成分分(Br-、I-等等)，单位为，单位为g/L，后端表

20、示水的温度，后端表示水的温度t。含量标于符号的右下角，含量标于符号的右下角，Cl20.8。若右下角有原子数。若右下角有原子数时，将其移至右上角。时，将其移至右上角。6.3地下水的温度地下水的温度地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。地下水的热量地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。地下水的热量来源于太阳辐射与地球内部的热流。来源于太阳辐射与地球内部的热流。1、地壳温度的分带性、地壳温度的分带性地壳按热力状态从上而下分为地壳按热力状态从上而下分为变温带、年常温带变温带、年常温带和和增温带增温带。变温带变温带变温带变温带地温受气温的影响呈周期性的昼夜、季节和年变化。地温受气温的影响呈周期性的昼

21、夜、季节和年变化。地温受气温的影响呈周期性的昼夜、季节和年变化。地温受气温的影响呈周期性的昼夜、季节和年变化。随着深度的增加，变化幅度减小。随着深度的增加，变化幅度减小。随着深度的增加，变化幅度减小。随着深度的增加，变化幅度减小。常温带：常温带：常温带：常温带：温度变化幅度趋于零的温度相对稳定深度带。温度变化幅度趋于零的温度相对稳定深度带。温度变化幅度趋于零的温度相对稳定深度带。温度变化幅度趋于零的温度相对稳定深度带。常温带的最大深度为常温带的最大深度为常温带的最大深度为常温带的最大深度为303040m40m，在气温变化较小的海洋性，在气温变化较小的海洋性，在气温变化较小的海洋性，在气温变化较

22、小的海洋性气候地区，常温带深度较小，可为气候地区，常温带深度较小，可为气候地区，常温带深度较小，可为气候地区，常温带深度较小，可为10m10m左右。左右。左右。左右。变温带变温带 增温带增温带常温带常温带变温带12m，昼夜变化1530m地温年变化只有0.1增温带：增温带：常温带以下的地温，主要受地球内部热力的影响，常温带以下的地温，主要受地球内部热力的影响，随着深度增加而有规律地升高的地带。随着深度增加而有规律地升高的地带。2.地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。变温带变温带：浅埋地下水显示微小的水温季节变化。：浅埋地下水显示微小的水温季节变化。

23、常温带常温带：地下水水温与当地年平均气温很接近，：地下水水温与当地年平均气温很接近，这两带的地下水，常给人以这两带的地下水，常给人以“冬暖夏凉冬暖夏凉”的感觉。的感觉。增温带增温带：地下水随其赋存与循环深度的加大而提：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。如西藏羊八井的钻孔，高，成为热水甚至蒸汽。如西藏羊八井的钻孔，获得温度为获得温度为160的热水与蒸汽。的热水与蒸汽。地下水水温的计算：地下水水温的计算：已知年平均气温（已知年平均气温（t）、年常温带深度（）、年常温带深度（h）、地温梯度）、地温梯度（r）时，可概略计算某一深度（）时，可概略计算某一深度（H）的地下水水温（）的

24、地下水水温（T），），即：即：地下水循环深度计算地下水循环深度计算：利用地下水水温（：利用地下水水温（T），可以推算），可以推算其大致循环深度（其大致循环深度（H），即：），即：地温梯度的平均值约为地温梯度的平均值约为3100m。通常变化于。通常变化于1.54l00m之间，但个别新火山活动区可以很高。如西藏羊八之间，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井的地温梯度为300100m。地下水按温度分类地下水按温度分类1、过冷水：、过冷水：100地下水温度的测定地下水温度的测定泉水的温度，测测量泉的出口泉水的温度，测测量泉的出口处；井水温度则测近井底处。处；井水温度则测近井底处。6.

25、4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用本节讨论的地下水化学成分的形成作用包括：本节讨论的地下水化学成分的形成作用包括：溶滤作用溶滤作用水与岩的相互作用，经常发生水与岩的相互作用，经常发生浓缩作用浓缩作用蒸发排泄条件下发生蒸发排泄条件下发生脱碳酸作用脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生在温度与压力发生变化时发生脱硫酸作用脱硫酸作用在还原环境下发生，在还原环境下发生，阴离子交替吸附作用阴离子交替吸附作用岩土表面吸附阳离子与水中岩土表面吸附阳离子与水中阳离子的作用阳离子的作用混合作用混合作用2种或以上不同类型地下水交汇种或以上不同类型地下水交汇混合时发生混合时发生人为活动的作用人为活动的

26、作用一、溶滤作用一、溶滤作用1、定义：在地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向、定义：在地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的过程，其结果是，岩土失去部分可溶物质，地下水中转移的过程，其结果是，岩土失去部分可溶物质，地下水中获得相应的化学组分，通常水的矿化度会增高。地下水中获得相应的化学组分，通常水的矿化度会增高。如：如：2、影响因素（水和岩两个方面考虑）、影响因素（水和岩两个方面考虑）u岩土的化学组分及组分的可溶性岩土的化学组分及组分的可溶性：通常流经什么样岩土，：通常流经什么样岩土，就会有什么样的水化学特征；与组分的溶解度和溶解速度就会有什么样的水化学特征；与组分的溶解度

27、和溶解速度有关：盐分溶解度的差异，使易溶组分很快进入水中，而有关：盐分溶解度的差异，使易溶组分很快进入水中，而难溶组分缓慢进入水中。难溶组分缓慢进入水中。如：石灰岩地区常见如：石灰岩地区常见HCO3-+Ca2+水、花岗岩地区常见水、花岗岩地区常见HCO3-+Na+水水6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-溶滤作用溶滤作用u水的溶解能力：水的溶解能力：与水的矿化度（与水的矿化度（TDS）、气体组分）、气体组分(CO2、O2)含量有关含量有关a.水中已溶组分的多少水中已溶组分的多少即水的矿化度大小，随着盐即水的矿化度大小，随着盐份在水中的含量增高，水的溶解能力逐渐降低；份在水中的

28、含量增高，水的溶解能力逐渐降低；b.水中某些气体组分含量越高水中某些气体组分含量越高，如，如CO2、O2，可以增相，可以增相应盐类的溶解度应盐类的溶解度(碳酸盐类碳酸盐类,硫化物的氧化）硫化物的氧化）通常，入渗到地下的水（如降水、河水等），矿化度通常，入渗到地下的水（如降水、河水等），矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，与岩土发生溶滤作很低，随着水在地下含水岩层的运移，与岩土发生溶滤作用后，不断有新的盐份被溶解到水中，地下水的矿化度用后，不断有新的盐份被溶解到水中，地下水的矿化度（TDS）增高，水的溶解能力就会下降。）增高，水的溶解能力就会下降。请思考：如此下请思考：如此下去，最终地下水的

29、溶解能力去，最终地下水的溶解能力0，溶滤作用将会停止吗？，溶滤作用将会停止吗？为什么？地下水是如何保持它的溶解能力的为什么？地下水是如何保持它的溶解能力的6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-溶滤作用溶滤作用地下水的流动（交替）性地下水的流动（交替）性：地下水的流动性是维系水的溶解能力的条件。地下水的流动性是维系水的溶解能力的条件。而地下水的流动性取决于水的径流和交替强度（即而地下水的流动性取决于水的径流和交替强度（即V与与Q）：）：停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降低为零，停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降低为零，溶滤作用很弱溶滤作用很弱;地下水流动速度快，

30、水交替（更新）迅速，地下水流动速度快，水交替（更新）迅速，CO2,O2不断被不断被补充，低补充，低TDS水不断更新已经降低溶解能力的水，保持水水不断更新已经降低溶解能力的水，保持水的溶解能力。的溶解能力。请思考：如果某一地区，地下水流动很快，水交替（循环）请思考：如果某一地区，地下水流动很快，水交替（循环）迅速，水化学特征如何？迅速，水化学特征如何？也就是说，某一地区溶滤作用进也就是说，某一地区溶滤作用进行的很强烈，行的很强烈，长期作用结果地下水中的矿化度高（长期作用结果地下水中的矿化度高（TDS）如何？水中阴离子和水中阳离子以什么为主？如何？水中阴离子和水中阳离子以什么为主？6.4地下水化学

31、成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-溶滤作用溶滤作用3、溶滤作用的结果：、溶滤作用的结果：长期强烈溶滤作用的结果，长期强烈溶滤作用的结果，地下水以地下水以低矿化度的难溶离子为主，如低矿化度的难溶离子为主，如HCO3-Ca或或HCO3-CaMg水。水。这是由溶滤作用的阶段性决定的！这是由溶滤作用的阶段性决定的！设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。盐等各种矿物盐类。开始阶段水流作用，开始阶段水流作用，Cl盐最易溶水中盐最易溶水中随水带去，随水带去，不断不断转入岩层中转入岩层中Cl盐贫化盐贫化随后，相对易溶的随后，

32、相对易溶的SO42-盐也被溶入水中盐也被溶入水中随水带走，岩随水带走，岩层中层中SO42-盐也贫化盐也贫化最后（岩土中），只剩较难溶的碳酸盐类，溶滤的结果水最后（岩土中），只剩较难溶的碳酸盐类，溶滤的结果水中的化学成分就以较难溶的中的化学成分就以较难溶的碳酸盐（或硅酸盐）为主碳酸盐（或硅酸盐）为主。6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-溶滤作用溶滤作用4、溶滤作用小结：、溶滤作用小结：溶滤作用需要从地质历史发展的眼光（角度）来理解的，溶滤作用需要从地质历史发展的眼光（角度）来理解的，即长期的过程，是地质历史时期长期作用的结果。即长期的过程，是地质历史时期长期作用的结果。地下水

33、是不断运动的，溶解的组分会被水流带走。地下水是不断运动的，溶解的组分会被水流带走。前期溶滤作用，地下水中成分体现水流经的地层岩性特前期溶滤作用，地下水中成分体现水流经的地层岩性特征；后期溶滤作用的结果征；后期溶滤作用的结果长期强烈溶滤作用的结果，长期强烈溶滤作用的结果，地下水呈低矿化的难溶组分特点。地下水呈低矿化的难溶组分特点。6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-溶滤作用溶滤作用u定义定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。

34、发生浓缩作用的条件是，以蒸发作用为主的干旱办干旱地发生浓缩作用的条件是，以蒸发作用为主的干旱办干旱地区，集中排泄的地带。区，集中排泄的地带。u浓缩作用的结果浓缩作用的结果：往往形成高矿化度的以易溶离子为主的：往往形成高矿化度的以易溶离子为主的地下水（地下水（Cl-，Na+为主的）为主的）HCO3-、Ca2+、Mg2+SO42-、Na+Cl-、Na+低矿化度低矿化度中矿化度中矿化度高矿化度高矿化度浓缩作用的影响因素浓缩作用的影响因素-与蒸发排泄的影响因素相同。因与蒸发排泄的影响因素相同。因此，地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件此，地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响，

35、地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间的影响，地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。上的）。二、二、浓缩作用浓缩作用6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-浓缩作用浓缩作用u浓缩作用的基本条件：浓缩作用的基本条件：干旱或半干旱的气候干旱或半干旱的气候低平地势控制下较浅的地下水位埋深低平地势控制下较浅的地下水位埋深有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土最后一个必备的条件是地下水流动系统的势汇最后一个必备的条件是地下水流动系统的势汇排泄排泄处，因为只有水分源源不断地向某一范围供应，才能从别处，因为只有水分源源不断地向某一范围供应，才能从

36、别处带来大量的盐分，并使之集聚。处带来大量的盐分，并使之集聚。6.4地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用-浓缩作用浓缩作用1、发生条件发生条件：环境的温度和压力变化。：环境的温度和压力变化。水中水中CO2的溶解度受环境的温度和压力控制。的溶解度受环境的温度和压力控制。CO2的的溶解度随环境温度升高或压力降低而减小，水中部分溶解度随环境温度升高或压力降低而减小，水中部分CO2逸出，逸出，HCO3-会与会与Ca2+、Mg2+形成形成CaCO3、MgCO3沉淀析出，称为沉淀析出，称为脱碳酸作用脱碳酸作用。Ca2+十十2HCO3-CO2十十H2O十十CaCO3Mg2+十十2HCO3-CO2

37、十十H2O十十MgCO32.脱碳酸作用的结果脱碳酸作用的结果：水中：水中HCO3-及及Ca2+、Mg2+减少，减少，矿化度降低，矿化度降低，PH值值（略低），地下水中溶解碳酸盐石（略低），地下水中溶解碳酸盐石的能力降低。的能力降低。三、三、脱碳酸作用脱碳酸作用（钟乳石、石笋、泉华均是脱碳酸作用的结果）（钟乳石、石笋、泉华均是脱碳酸作用的结果）灰岩区深部地下水上升到泉口附近形成泉华，就是脱碳酸灰岩区深部地下水上升到泉口附近形成泉华，就是脱碳酸作用的产物。岩溶的堆积物也是此类。作用的产物。岩溶的堆积物也是此类。温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用使温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用使Ca2+、M

38、g2+从水中析出，阳离子通常以从水中析出，阳离子通常以Na+为主。为主。SpringSinterintheYellowstoneNationalPark,USA(1)四四、脱硫酸作用、脱硫酸作用 在深部缺氧的还原环境中，存在有机质时，脱硫酸在深部缺氧的还原环境中，存在有机质时，脱硫酸细菌能使细菌能使SO42-还原为还原为H2S。结果使地下水中结果使地下水中SO42-减少甚至消失，减少甚至消失，HCO3-增加，增加，pH变大。这种作用称为变大。这种作用称为脱硫酸作用脱硫酸作用（微生物与有机质（微生物与有机质参与的生物化学反应）。参与的生物化学反应）。在封闭储油构造中，是脱硫酸作用有利环境。某在封

39、闭储油构造中，是脱硫酸作用有利环境。某些些深层地下水中深层地下水中SO42-含量低，富含含量低，富含H2S气体，作为寻气体，作为寻找油田的辅助标志找油田的辅助标志。五、五、阳离子交替吸附作用阳离子交替吸附作用l定义：定义：岩土颗粒表面往往带有负电荷，可以吸附某些岩土颗粒表面往往带有负电荷，可以吸附某些阳离子。当地下水与岩土表面接触时，地下水中某些阳阳离子。当地下水与岩土表面接触时，地下水中某些阳离子会与被吸附的阳离子发生交换，从而导致地下水的离子会与被吸附的阳离子发生交换，从而导致地下水的化学成分发生变化。化学成分发生变化。2Na+Ca2+Ca2+2Na+l等价交换和质量作用定律等价交换和质量

40、作用定律吸附力顺序：吸附力顺序：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+。除。除H+以外，离子半径愈大，价愈高，吸附能力愈大。以外，离子半径愈大，价愈高，吸附能力愈大。u交替吸附作用决定于离子的吸附力和离子的浓度。交替吸附作用决定于离子的吸附力和离子的浓度。如如,海水入侵陆相，海水入侵陆相，Na+浓度大，可以替代吸附在颗粒表面浓度大，可以替代吸附在颗粒表面的的Ca2+。吸附作用是可逆的。吸附作用是可逆的。u阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力：阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力：岩土中粘土矿物含量及颗粒大小岩土中粘土矿物含量及颗粒大小 六、混合作用六、混合作用当两种或两

41、种以上不同成分的地下水相遇后，产当两种或两种以上不同成分的地下水相遇后，产生化学反应，导致地下水在成分与矿化度发生变化生化学反应，导致地下水在成分与矿化度发生变化海水入侵；热、冷水混合；不同含水层地下水海水入侵；热、冷水混合；不同含水层地下水混合混合在滨海地区，地下水往往是海水与大气降水渗入在滨海地区，地下水往往是海水与大气降水渗入补给混合作用的产物；多层含水层结构的地下水，补给混合作用的产物；多层含水层结构的地下水，不同层地下水之间的补给也可发生混合作用。不同层地下水之间的补给也可发生混合作用。CaCl2Na2SO4CaSO4+2NaCl2、作用结果：、作用结果：混合作用，发生化学作用可能形

42、成化学类型完全不同的混合作用，发生化学作用可能形成化学类型完全不同的地下水；地下水；两种水的混合，也可能不产生明显的化学反应，此时，两种水的混合，也可能不产生明显的化学反应，此时，混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成分及其混合比例分及其混合比例分析地下水的化学成分，不能用孤立的，静止的方法分析地下水的化学成分，不能用孤立的，静止的方法去套上述去套上述“作用作用”，应视具体条件，用综合的、发展的观，应视具体条件，用综合的、发展的观点，抓住主要的问题去分析，把握。点，抓住主要的问题去分析，把握。七、人类对在地下水化学成分的影响七、人类

43、对在地下水化学成分的影响（一）废弃物污染地下水（一）废弃物污染地下水工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等。酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等。（二）改变地下水形成条件（二）改变地下水形成条件滨海地区过量开采地下水引起海水入侵，淡含水层变咸。滨海地区过量开采地下水引起海水入侵，淡含水层变咸。干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，会使浅层地下干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，会使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍

44、化，导致浅层地下水变咸。水位上升，引起大面积次生盐渍化，导致浅层地下水变咸。人类干预自然的能力正在迅速增强，因此，防止人类活人类干预自然的能力正在迅速增强，因此，防止人类活动对地下水水质的不利影响，采用人为措施使地下水水质动对地下水水质的不利影响，采用人为措施使地下水水质向有利方向演变，愈来愈重要了。向有利方向演变，愈来愈重要了。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型从形成地下水化学成分的基本成分出发，地下水分从形成地下水化学成分的基本成分出发，地下水分为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。一、溶滤水一、溶滤水1、定义：

45、、定义：富含富含CO2与与O2的入渗的地下水，溶滤它所流的入渗的地下水，溶滤它所流经的岩土获得其主要化学成分，称之为溶滤水。绝大部经的岩土获得其主要化学成分，称之为溶滤水。绝大部分地下水属于溶滤水。绝大部分地下水属于溶滤水。这分地下水属于溶滤水。绝大部分地下水属于溶滤水。这即包括潜水，也包括大部分承压水。即包括潜水，也包括大部分承压水。2、影响因素：、影响因素：溶滤水的成分受到岩性、气候、地貌等溶滤水的成分受到岩性、气候、地貌等因素的影响。因素的影响。u岩性的影响岩性的影响石灰岩、白云岩区的地下水，石灰岩、白云岩区的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+为为其主要成分。其主要成分。膏岩区，水中

46、膏岩区，水中SO42-与与Ca2+均较多。均较多。酸性岩浆岩区的地下水，大都为酸性岩浆岩区的地下水，大都为HCO3Na型水。型水。基性岩浆岩区，地下水中常富含基性岩浆岩区，地下水中常富含Mg2+。煤系地层区与金属矿床区多形成硫酸盐水。煤系地层区与金属矿床区多形成硫酸盐水。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型溶滤水溶滤水u从大范围说，溶滤作用主要受控于气候，显示受从大范围说，溶滤作用主要受控于气候，显示受气候控制的分带性。气候控制的分带性。潮湿气候区潮湿气候区，易溶盐类，易溶盐类(NaCl、CaSO4)充分溶滤，充分溶滤，最后地下水主要是难以迁移的组分最后地下水主要是难

47、以迁移的组分(CaCO3、MgCO3、SiO2)。因此，在潮湿气候区，其浅表部最终。因此，在潮湿气候区，其浅表部最终浅层地下水很浅层地下水很可能都是低矿化重碳酸水可能都是低矿化重碳酸水，难溶的，难溶的SiO2在水中占到相当比在水中占到相当比重。重。干旱气候区盆地干旱气候区盆地，水分不断蒸发，盐分不断积累于浅，水分不断蒸发，盐分不断积累于浅部，最终都将形成部，最终都将形成高矿化的氯化物水高矿化的氯化物水。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型溶滤水溶滤水u地形因素是通过干扰气候，而控制和影响溶滤水地形因素是通过干扰气候，而控制和影响溶滤水的分带性的分带性在切割强烈的山区，

48、地下水径流条件好，流动迅速、在切割强烈的山区，地下水径流条件好，流动迅速、即使在干旱地区也不会发生浓缩作用，因此常形成低矿即使在干旱地区也不会发生浓缩作用，因此常形成低矿化的以难溶离子为主地下水。化的以难溶离子为主地下水。地势低平的平原或盆地，地下水径流缓慢，水更新缓地势低平的平原或盆地，地下水径流缓慢，水更新缓慢，地下水的矿化度与含易溶离子均较高。慢，地下水的矿化度与含易溶离子均较高。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型溶滤水溶滤水u干旱地区的山间堆积盆地，气候、岩性、地形表干旱地区的山间堆积盆地，气候、岩性、地形表现为统一的分带性，地下水化学分带也最为典型现为统一

49、的分带性，地下水化学分带也最为典型。山前地区气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度山前地区气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度也大；向盆地中心，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势也大；向盆地中心，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势低平。因此，从低平。因此，从盆地边缘洪积扇顶部盆地边缘洪积扇顶部的的低矿化重碳酸盐水低矿化重碳酸盐水带带，到，到过渡地带过渡地带的的中等矿化硫酸盐水中等矿化硫酸盐水，盆地中心盆地中心则是则是高矿高矿化的氯化物水化的氯化物水。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型溶滤水溶滤水u构造与水动力条件构造与水动力条件位置较浅或构造开启性好的含水系统，由于其径流

50、途位置较浅或构造开启性好的含水系统，由于其径流途径短，流动相对较快，溶滤作用发育，多形成低矿化的重径短，流动相对较快，溶滤作用发育，多形成低矿化的重碳酸盐水。碳酸盐水。构造较为封闭的，位置较深的含水系统，则形成矿化构造较为封闭的，位置较深的含水系统，则形成矿化度较高，易溶离子为主的地下水。度较高，易溶离子为主的地下水。同一含水系统的不同部位，由于径流条件与流程长短同一含水系统的不同部位，由于径流条件与流程长短不同，水交替程度不同，从而出现水平的或垂向的水化学不同，水交替程度不同，从而出现水平的或垂向的水化学分带。分带。6.5地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型溶滤水溶滤水6