第4章 地下水的化学成分及其形成作用

1、第4章 地下水的化学成分及其形成作用 地质工程水文地质学幻灯片 第四章 地下水的物理性 质和化学成分 地质工程水文地质学幻灯片 本章内容 第一节 其次节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 地下水的物理性质 地下水的化学成分 地下水主要化学性质 地下水化学成分的形成 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分讨论方法 煤矿区地下水化学特征 地质工程水文地质学幻灯片 第一节 地下水的物理性质 company logo 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水的温度1、地温影响地温的热源：太阳辐射和地热 地温可分三个带：变温带 常温带增温带 地热增温率oc/100m 地热增温级m/oc 年常温带

2、深度 z ln a0 ln a x kt 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水的温度 地热增温率：oc/100m 地热增温级：m/不同地区由干岩石的导热性、地壳运动和水文地质条件的不同， 地热增温级有所变化。 我国部分地区地热增温级 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水的温度2、地下水的温度 计算地下深处的水温(温泉水的循环深度) h h th tb g thh深度处地下水的温度，oc tb年常温带温度，oc h地下水循环深度，m 地下水按温度分类 h年常温带深度，m g地热增温级，m/oc 地质工程水文地质学幻灯片 二、地下水的颜色 地下水一般无色 地下水的颜色的测定比色管 三、地下水的透亮

3、度 透亮度分级： 测定方法：量筒(高100cm,直径3cm)+黑十字线(粗3mm) 透亮的无悬浮物，60cm水深见图像 半透亮的少量悬浮物，3060cm水深见图像微透亮的有较多悬浮物，30cm水深见图像 不透亮的大量悬浮物，似乳状，水深很小也看不清图像 地质工程水文地质学幻灯片 四、地下水的气味 取决于水中所含的气体成分和有机质的含量 气味强度等级：0 i ii iii iv 无 极微弱 弱 显著 强 没有任何气味 有阅历分析者能察觉 留意辨别时，一般人能察觉 易察觉，不处理不能饮用 气味引人留意，不能饮用 v 极强 气味剧烈扑鼻，不能饮用 地质工程水文地质学幻灯片 其次节 地下水的化学成分

4、地质工程水文地质学幻灯片 地下水化学成分的特点：地下水不是纯的h2o,而是成分简单自然溶液。 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。 化学成分：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。 地质工程水文地质学幻灯片 地下水化学成分讨论的意义理论上：揭示地下水的形成和起源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化。 讨论地下水的化学成分，可以回溯一个地区的水文地质历史， 阐明地下水的起源与形成。 实际应用

5、：水质评价不同的用水目的在利用地下水时，对水 的质量有肯定要求(如： 饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等) 讨论方法：讨论地下水的化学成分与作用必需与地下水的流淌条件结合 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水主要的气体成分氧(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+ 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水主要的气体成分地下水中常见的气体成分1、氧(oxygen,

6、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(ch4) 这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参加的生物 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 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水主要的气体成分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

7、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、自然气),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、结晶岩风 化溶解力量愈强！ 地质工程水文地质学幻灯片 一、地下水主要的气体成分4、硫化氢(h2s) 地下水中消失h2s和ch4,意义恰好和消失o2相反，说明处于还原的地球化学环境。 来源(1)生物化学作用so42-+2c+2h2o2hco3-+h2s (2)地壳深部的变质作用及火山作用 地质工程水文地质学幻灯片 二、地下水中主要离子成分水中离子成分主要取决于：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； 元素

8、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：阴离子：hco3-、so42-、cl- 阳离子：ca2+、mg2+、k+、na+ 地质工程水文地质学幻灯片 二、地下水中主要离子成分主要离子构成的盐类溶解度有关：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) 阴 离 子: 阳 离 子: hco3ca2+ 中(1-10) so42ca2+,mg2+ 高(10-30) clna+,k+ 水中阴离子在地下水水流过程的(分布)变化 地质工程水文地质学幻灯片 二、地下水中主要离子成分地下水水流过程的阴离子变化 cl+ + + + so42+ + + hco3+ + + 地质工程水文地质学幻灯片 二、地下水中主要离子成 分地下水中主要离子成分来源 低矿化度水中的常见离子： hco3-,ca2+,mg2+,常来源 于沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解高矿化度水中的常见离子：cl-,na+,k+,沉积盐岩(钠 盐、钾盐)的溶解、变质岩风化溶解，海水影响，人为污染 中等矿化度的常见离子： so42-:沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发 h2s气体氧化、人类活动燃烧煤