文档介绍：Fundamentals of Hydrogeology 水文地质学基础 第六章地下水的化学成分 及其形成作用
本章内容
地下水的化学成分
地下水化学成分的形成作用
总矿化度与地下水化学成分分类
第六章地下水的化学成分及其形成作用
■地下水不是纯的H2O,而是天然溶液,含有各种组分。
■水是良好的溶剂,在空隙中运移时,可溶解岩石中的成分。在自然界水循环过程中,地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。
■物理性质:温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。
■化学性质:气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。
■水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体。研究许多地质作用时都不能不涉及地下水的化学作用。
■不同的用水目的在利用地下水时,对水的质量有一定要求
(如:饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等)
■研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合
地下水的化学成分
一、地下水中常见的气体成分
■氧(O2)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)
常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关
二、地下水中主要离子成分
■地下水中含量多的有七种离子
●阴离子: HCO3-、 SO42- 、 Cl-
阳离子: Ca2+ 、 Mg2+ 、 K+ 、 Na+
气体成分
地下水中常见的气体成分
1、氧(oxygen, O2)、氮(nitrogen, N2)
■起源:大气圈随降水入渗进入含水层中,如富含O2与N2 —
说明地下水是大气起源的,氮还有生物起源与变质起源
■环境:在封闭环境下,氧被耗尽只剩下N2,指示水是大气起源且
处于封闭环境
2、硫化氢(H2S)、甲烷(methane, CH4)
这两种气体都是在较封闭环境中,在有机质与微生物参与的生物化学过程中形成。还原环境下:
■SO42- → H2S,成煤过程,煤田水
成油过程,油气藏,油田水
气体成分
3、二氧化碳(CO2)
大气降水中的CO2含量较低,地下水中CO2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
■碳酸盐岩地层:在深部高温下,也可变质生成CO2
■人类活动:在化石燃料(煤、石油、天然气),导致
大气中的CO2增加,(增长20%)
地下水中CO2增加,水对碳酸盐岩的溶解与对结晶岩风化溶解能力愈强!
气体成分——研究意义
地下水中气体成分的意义:
■气体成分——指示地下水所处的地球化学环境
氧化环境—oxidation
还原环境—deoxidation
■气体成分—可以增加水对盐类的溶解能力
促进水→岩的化学反应,相互作用
主要离子成分
地下水中的主要离子成分
■水中离子成分主要取决于:
①元素的丰度(克拉克值):某元素在地壳化学成分中的重量百分比;
②元素组成的化合物在水中的溶解度
■地壳中主要元素有哪些?
地壳中丰度较高的元素:Si、Al、Fe (地下水中低)
地壳中丰度较低的元素:Cl、S、C (地下水中高)
■地下水中主要离子有:
● Anion 阴离子:HCO3-、SO42-、Cl-
● Cation 阳离子:Ca2+、Mg2+、K+、Na+
主要离子成分
这与主要离子构成的盐类溶解度有关(参见52页表6-1):
碳酸盐类< 硫酸盐类< 氯化物
常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物(TDS)—或矿化度有关:
■矿化度(g/L) : 低(<1) 中(1-10) 高(10-30)
■阴离子: HCO3- SO42- Cl-
阳离子: Ca2+ Ca2+,Mg2+ Na+,K+
水中阴离子在地下水水流过程的(分布)变化
地下水水流过程的阴离子变化