水文地质学基础中国地质大学武汉地下水物理性质与化学性质PPT课件

1、6.1 6.1 概述概述 储存、运移于岩石空隙中的地下水，不断与其周围的介质相互储存、运移于岩石空隙中的地下水，不断与其周围的介质相互作用，交换着物质和能量；地下水作为自然界水循环的一部分，作用，交换着物质和能量；地下水作为自然界水循环的一部分，在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，也交换着物质在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时，也交换着物质和能量。因而地下水具有非常复杂的物理性质与化学性质。可见，和能量。因而地下水具有非常复杂的物理性质与化学性质。可见，地下水的物理性质和化学性质是地下水形成过程的产物。地下水的物理性质和化学性质是地下水形成过程的产物。 人类活动对地下水物理性质

2、和化学性质的影响，在时间上虽然非人类活动对地下水物理性质和化学性质的影响，在时间上虽然非常短，然而，在许多情况下这种影响已经深刻地改变了地下水的常短，然而，在许多情况下这种影响已经深刻地改变了地下水的面貌！面貌！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。第1页/共59页 在实际生产和科研工作中，对地下水的物理性在实际生产和科研工作中，对地下水的物理性质和化学性质的研究，有着重要意义：质和化学性质的研究，有着重要意义： 阐明地下水的起源与形成；阐明地下水的起源与形成； 揭示许多地质过程；揭示许多地质过程； 水质评价。水质评价。研究地下水中化学元素的时空分布特征和迁移转化研究地下水中

3、化学元素的时空分布特征和迁移转化规律的学科是规律的学科是水文地球化学水文地球化学。第2页/共59页6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质 地下水的物理性质主要指地下水的物理性质主要指密度、温度、颜色、透明度、嗅、密度、温度、颜色、透明度、嗅、味及放射性味及放射性等几方面的性质。等几方面的性质。密度密度 地下水的密度决定于其中所溶解盐分的含量。地下水的密度决定于其中所溶解盐分的含量。 地下淡水的密度通常可认为与化学纯水的密度相同，其数值约地下淡水的密度通常可认为与化学纯水的密度相同，其数值约等于等于1.0g/cm1.0g/cm3 3。 地下水中溶解的盐分愈多，其密度愈大，有时可高达地下

4、水中溶解的盐分愈多，其密度愈大，有时可高达1.2-1.2-1.3g/cm1.3g/cm3 3。第3页/共59页第4页/共59页温度温度 埋藏在不同深度的地下水，其温度变化规律不同。根据受热源埋藏在不同深度的地下水，其温度变化规律不同。根据受热源影响的不同，地壳表层可分为影响的不同，地壳表层可分为变温带、常温带及增温带变温带、常温带及增温带。变温带变温带受太阳辐射影响的地表极薄的带。近地表的地下水温度受太阳辐射影响的地表极薄的带。近地表的地下水温度受气温的影响较大受气温的影响较大，具有周期性的昼夜变化和季节变化：具有周期性的昼夜变化和季节变化：温度具有昼夜变化的地下水，其埋藏深度一般在温度具有昼

5、夜变化的地下水，其埋藏深度一般在3-5m 3-5m (1-2m)以内，以内，即日常温带以上；即日常温带以上；温度具有季节变化的地下水，其埋藏深度一般在地表以下温度具有季节变化的地下水，其埋藏深度一般在地表以下50m50m以内，以内，即年常温带以上。即年常温带以上。 6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质第5页/共59页 常温带常温带处于年常温带以下，厚度极小，下限深度一般为处于年常温带以下，厚度极小，下限深度一般为15-30m15-30m；地温；地温一般比当地年平均气温高一般比当地年平均气温高1-21-2。 增温带增温带处于常温带以下，地下水的温度随深度的加大而逐渐升高，成处于常温带

6、以下，地下水的温度随深度的加大而逐渐升高，成为热水甚至蒸汽，其变化规律取决于地温梯度为热水甚至蒸汽，其变化规律取决于地温梯度(/100m)(/100m)。地温梯度的平均值。地温梯度的平均值约为约为3 3/100m/100m，通常变化在，通常变化在1.51.54 4/100m/100m之间，但个别新火山活动区可以很之间，但个别新火山活动区可以很高。高。 因此，地下水的温度变化范围非常大。因此，地下水的温度变化范围非常大。第6页/共59页 按照温度，通常把地下水分为六类，见下表。按照温度，通常把地下水分为六类，见下表。 地下水按温度分类地下水按温度分类地下水类型地下水类型水温水温()()过冷水过冷

7、水0100100 地下水的温度测定利用温度计地下水的温度测定利用温度计就地就地进行，测定泉水的温度，进行，测定泉水的温度，应尽量靠近泉的出口，测井水温度时则应靠近井底。应尽量靠近泉的出口，测井水温度时则应靠近井底。第7页/共59页颜色颜色 地下水的颜色主要由其成分和悬浮于其中的杂质所决定：地下水的颜色主要由其成分和悬浮于其中的杂质所决定：一般的地下水为无色；一般的地下水为无色；含硫化氢气体的水，在氧化后由于有硫磺胶体产生，故常呈翠绿色；含硫化氢气体的水，在氧化后由于有硫磺胶体产生，故常呈翠绿色；硬度大的水为浅蓝色，含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色，含氧化铁的水硬度大的水为浅蓝色，含氧化亚铁的水呈浅蓝绿

8、色，含氧化铁的水呈褐红色；呈褐红色； 6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质第8页/共59页含腐殖质的水多呈暗黄褐色。含腐殖质的水多呈暗黄褐色。含有悬浮杂质的水，其颜色决定于悬浮物的颜色，颜色深浅则取含有悬浮杂质的水，其颜色决定于悬浮物的颜色，颜色深浅则取决于悬浮物的多少。决于悬浮物的多少。测定地下水的颜色可在试管中进行：测定地下水的颜色可在试管中进行：取两个试管，将蒸馏水注入其中一管，地下水注入另一管中。在取两个试管，将蒸馏水注入其中一管，地下水注入另一管中。在管下衬以白纸，自上而下观之，即能比较出地下水的颜色。管下衬以白纸，自上而下观之，即能比较出地下水的颜色。第9页/共59页透

9、明度透明度 地下水的透明度取决于水中的固体矿物质、有机物和胶体悬浮地下水的透明度取决于水中的固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。物的含量。 按透明度可将地下水分为四级。按透明度可将地下水分为四级。地下水透明度野外分级地下水透明度野外分级6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质分分 级级说说 明明透明的透明的无悬浮物，无悬浮物，60cm60cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线的粗线微浊的微浊的有少量悬浮物，大于有少量悬浮物，大于30cm30cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线的粗线浑浊的浑浊的有较多的悬浮物，小于有较多的悬浮物，小于30cm30cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线

10、的粗线极浊的极浊的有大量的悬浮物，水深很小也不能看见有大量的悬浮物，水深很小也不能看见3mm3mm的粗线的粗线第10页/共59页嗅嗅( (气味气味) ) 地下水的气味取决于它所含有的气体成分与有机物质的气味：地下水的气味取决于它所含有的气体成分与有机物质的气味：地下水一般无气味；地下水一般无气味；硫化氢气体使水具有臭鸡蛋气味，含有氧化亚铁时水具有铁腥味，腐殖质使水具有硫化氢气体使水具有臭鸡蛋气味，含有氧化亚铁时水具有铁腥味，腐殖质使水具有鱼腥气味、沼泽气味。鱼腥气味、沼泽气味。气味之强弱，地下水所含气体成分以及有机物质的含量。气味之强弱，地下水所含气体成分以及有机物质的含量。 6.2 6.2

11、地下水的物理性质地下水的物理性质 在一般温度下，地下水中的气味不宜辨别，而在在一般温度下，地下水中的气味不宜辨别，而在4040左右左右气味最为显著，故在测定地下水的气味时，应将水稍加热，以气味最为显著，故在测定地下水的气味时，应将水稍加热，以使气味明显易辩。使气味明显易辩。第11页/共59页 根据气味的强度，地下水的气味分为六级。根据气味的强度，地下水的气味分为六级。地下水气味的等级强度地下水气味的等级强度强度强度程度程度说明说明0 0无无没有任何气味没有任何气味极微弱极微弱有经验分析者能觉察有经验分析者能觉察弱弱注意辨别时一般人能觉察注意辨别时一般人能觉察显著显著易觉察，不加处理不能饮用易觉

12、察，不加处理不能饮用强强引人注意的气味，不适饮用引人注意的气味，不适饮用极强极强具有强烈扑鼻的气味，不能饮用具有强烈扑鼻的气味，不能饮用第12页/共59页地下水的味道地下水的味道(口味口味)取决于它的化学成分：取决于它的化学成分：纯水是淡而无味的；纯水是淡而无味的；含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或氯化镁的水具有苦含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或氯化镁的水具有苦味，含氧化亚铁的水具有味，含氧化亚铁的水具有“墨水味墨水味”，含氧化铁的具有铁锈味；，含氧化铁的具有铁锈味；地下水中含有地下水中含有CO2时清凉可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水则美味适口；时清凉

13、可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水则美味适口；大量有机质的存在使地下水具有甜味。大量有机质的存在使地下水具有甜味。味味( (味道、口味味道、口味) )地下水各种味道的强弱，取决于其中各种成分的浓度、温度以及人的味觉神经的地下水各种味道的强弱，取决于其中各种成分的浓度、温度以及人的味觉神经的敏感性、个人口味的不同。敏感性、个人口味的不同。 测定地下水的味道时，应将水加温到测定地下水的味道时，应将水加温到2030，这时水的味道最明显。，这时水的味道最明显。第13页/共59页放射性放射性 地下水的放射性取决于其中所含放射性元素的数量。地下水的放射性取决于其中所含放射性元素的数量。 地下水在不同程度上或

14、多或少地都具有放射性，但一般地下水地下水在不同程度上或多或少地都具有放射性，但一般地下水的放射性极微弱，埋藏和运动于放射性矿床以及酸性火成山岩分布的放射性极微弱，埋藏和运动于放射性矿床以及酸性火成山岩分布的地下水，其放射性显著增强。的地下水，其放射性显著增强。6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质 某些元素通过原子核衰变自发地放出某些元素通过原子核衰变自发地放出或或射线射线( (有时还放出有时还放出射线射线) )的性质。的性质。第14页/共59页地下水的化学成分地下水的化学成分 地下水是一种复杂的天然水溶液，含有各种气体、离子、地下水是一种复杂的天然水溶液，含有各种气体、离子、胶体物

15、质、有机质以及微生物等。胶体物质、有机质以及微生物等。主要气体成分主要气体成分 地下水中常见的气体成分有地下水中常见的气体成分有O O2 2、N N2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S，尤，尤其以前三种为主。其以前三种为主。 通常情况下，地下水中的气体含量不高，每升水中的气通常情况下，地下水中的气体含量不高，每升水中的气体成分只有几毫克到几十毫克。体成分只有几毫克到几十毫克。 6.3 6.3 地下水的化学特征地下水的化学特征第15页/共59页 研究地下水中气体成分的意义在于：研究地下水中气体成分的意义在于： 说明地下水所处的地球化学环境；说明地下水所处的地球化学环境； 增

16、强水对岩石的溶解能力，促进某些化学反应。增强水对岩石的溶解能力，促进某些化学反应。第16页/共59页主要离子成分主要离子成分 地下水分布最广，含量最多的有地下水分布最广，含量最多的有七种离子七种离子： Cl Cl- -、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3- -，CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +。 地壳中含量高、且比较容易溶于水中的元素地壳中含量高、且比较容易溶于水中的元素(O(O2 2、CaCa、MgMg、NaNa、K)K)；或者地壳中含量虽不大、但极易溶于水中的元素；或者地壳中含量虽不大、但极易溶于水中的元素(Cl(Cl、以以SOSO4 42-2-形式

17、出现的形式出现的S)S)，以这些元素构成的离子在地下水中的含量，以这些元素构成的离子在地下水中的含量比较多。比较多。 在地壳中含量很大的一些元素在地壳中含量很大的一些元素(Si(Si、AlAl、Fe)Fe)，但由于其难溶，但由于其难溶于水，以这些元素构成的离子在地下水中含量通常不大。于水，以这些元素构成的离子在地下水中含量通常不大。第17页/共59页其它成分其它成分 次要离子成分：次要离子成分：H H+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+、NHNH4 4+ +、OHOH- -、NONO2 2- -、NONO3 3- -、COCO3 32-2-、SiOSiO3 32-2-、

18、POPO4 43-3-等；等；微量组分：有微量组分：有BrBr、I I、F F、B B、SrSr等；等；胶体：主要有胶体：主要有Fe(OH)Fe(OH)3 3、Al(OH)Al(OH)3 3、H H2 2SiOSiO3 3等；等；有机物：以胶体方式存在于地下水中；有机物：以胶体方式存在于地下水中；微生物。微生物。 第18页/共59页6.3 6.3 地下水的化学特征地下水的化学特征地下水化学成分表示式地下水化学成分表示式 为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。 将阴阳离子分别标注在横线上下，按毫克当量百分数自大而小将阴阳离子分别标注在横线

19、上下，按毫克当量百分数自大而小顺序排列，小于顺序排列，小于10%10%的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度特殊成分及矿化度( (以字母以字母M M为代号为代号) )，三者单位均为，三者单位均为g/Lg/L，横线后为，横线后为以字母以字母t t为代号表示摄氏计的温度。例如：为代号表示摄氏计的温度。例如：。525 .276 .7143 .148 .8432. 02031. 0021. 02307. 02tCaNaSOClMCOSHSiOH第19页/共59页地下水的酸碱度、硬度、矿化度地下水的酸碱度、硬度、矿化度地下水的酸碱度地下水的酸碱度

20、 地下水的酸碱程度用氢离子浓度或用地下水的酸碱程度用氢离子浓度或用pHpH值来衡量。值来衡量。 纯水中的氢离子是由水分子离解产生的。水的离解度很小，在纯水中的氢离子是由水分子离解产生的。水的离解度很小，在水温水温2222时，一千万时，一千万(10(107 7) )个水分子中仅有一个水分子离解成一个个水分子中仅有一个水分子离解成一个氢离子氢离子(H(H+ +) )和一个氢氧离子和一个氢氧离子(OH(OH- -) )，这时水的离子浓度积为，这时水的离子浓度积为1010-14-14。6.3 6.3 地下水的化学特征地下水的化学特征第20页/共59页 在纯水中，在纯水中，H H+ +和和OHOH- -

21、的浓度是相等的，均为的浓度是相等的，均为1010-7-7，水呈中性反，水呈中性反应；应； 当水中当水中H H+ +的浓度大于的浓度大于OHOH- -的浓度，水呈酸性反应；的浓度，水呈酸性反应； 当水中当水中H H+ +的浓度小于的浓度小于OHOH- -的浓度，水呈碱性反应。的浓度，水呈碱性反应。 水的酸碱度通常用水的酸碱度通常用pHpH值来表示。值来表示。pHpH值是水中氢离子浓度值值是水中氢离子浓度值的负对数值，即：的负对数值，即： pH=-lgHpH=-lgH+ + 当当HH+ + 为为1010-7-7，pH=7pH=7，说明水为中性；，说明水为中性； 当当HH+ + 大于大于1010-7

22、-7，pH7pH7pH7，说明水呈碱性反应。，说明水呈碱性反应。第21页/共59页 按照按照pHpH值，可将地下水分为强酸性、弱酸性、中性、弱碱性、值，可将地下水分为强酸性、弱酸性、中性、弱碱性、强碱性五类，见下表。强碱性五类，见下表。 地下水的酸碱度地下水的酸碱度水的类别水的类别pHpH值值强酸性水强酸性水599 地下水地下水pHpH值一般用离子酸度计进行，也可用试纸做简易测定。值一般用离子酸度计进行，也可用试纸做简易测定。第22页/共59页地下水的硬度地下水的硬度 地下水中含有大量地下水中含有大量CaCa+ +、MgMg2+2+时，对生活和工业用水都较大的时，对生活和工业用水都较大的影响：

23、影响： 用硬水洗衣，肥皂气泡少，造成浪费；用硬水洗衣，肥皂气泡少，造成浪费； 用硬水煮饭做菜，不易煮熟；用硬水煮饭做菜，不易煮熟； 硬水在锅炉中易成水垢，而水垢不易传热，浪费燃料，甚至引硬水在锅炉中易成水垢，而水垢不易传热，浪费燃料，甚至引起锅炉爆炸。起锅炉爆炸。 因此，人们对水中的因此，人们对水中的CaCa+ +、MgMg2+2+含量给予重视。含量给予重视。第23页/共59页 水中水中CaCa+ +、MgMg2+2+含量的多少用含量的多少用“硬度硬度”概念来表示。硬度概念来表示。硬度可区分为总硬度、暂时硬度和永久硬度：可区分为总硬度、暂时硬度和永久硬度： 水中所含水中所含CaCa+ +、Mg

24、Mg2+2+的总量称为总硬度；的总量称为总硬度； 在水加热沸腾时，由于形成碳酸盐沉淀而使水失去一部分在水加热沸腾时，由于形成碳酸盐沉淀而使水失去一部分CaCa+ +、MgMg2+2+，这些失去的，这些失去的CaCa+ +、MgMg2+2+的数量称为暂时硬度；的数量称为暂时硬度； 水沸腾之后仍留在水中的水沸腾之后仍留在水中的CaCa+ +、MgMg2+2+的含量，它等于总硬度的含量，它等于总硬度与暂时硬度之差，称为永久硬度。与暂时硬度之差，称为永久硬度。第24页/共59页 水的硬度的大小，可用毫克当量水的硬度的大小，可用毫克当量(meq)(meq)和德国度和德国度(H(H) )为单为单位来表示。

25、位来表示。 一个德国度相当于一个德国度相当于1 1升水中含有升水中含有10mg CaO10mg CaO或或7.2mg MgO7.2mg MgO。 由于由于1meq CaO=28mg CaO1meq CaO=28mg CaO，所以，所以，1meq=2.8H1meq=2.8H。 我国目前广泛采用德国度表示方法。我国目前广泛采用德国度表示方法。第25页/共59页 按照硬度，地下水可分为极软水、软水、微硬水、硬水、按照硬度，地下水可分为极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水五类，见下表。极硬水五类，见下表。地下水的硬度分类地下水的硬度分类水的类别水的类别硬硬 度度meq/lmeq/lH H极软水极软水1.

26、51.54.29.09.025.225.2第26页/共59页地下水的矿化度地下水的矿化度矿化度的概念：矿化度的概念： 存在于地下水中各种离子、分子与化合物的总含量，称为地下水的存在于地下水中各种离子、分子与化合物的总含量，称为地下水的矿化度，矿化度，g/Lg/L。其中包括所有呈溶解状态及胶体状态的成分，但不包括。其中包括所有呈溶解状态及胶体状态的成分，但不包括游离状态的气体成分。矿化度表示地下水中含盐量的多少，即地下水的游离状态的气体成分。矿化度表示地下水中含盐量的多少，即地下水的矿化程度。矿化程度。矿化度的表征方法：矿化度的表征方法： 习惯上以习惯上以105105110110时将水蒸干所得的

27、干涸残余物总量来表征；时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征； 将分析所得的水中阴阳离子含量相加，求得理论上干涸残物值。由将分析所得的水中阴阳离子含量相加，求得理论上干涸残物值。由于在蒸干时，有将近一半的于在蒸干时，有将近一半的HCOHCO3 3- -分解生成分解生成COCO2 2和和H H2 2O O而逸失，因此阴阳离而逸失，因此阴阳离子相加时，子相加时， HCOHCO3 3- -只取重量的一半。只取重量的一半。 第27页/共59页 按照矿化度可将地下水分为淡水、微咸水、咸水、盐水及按照矿化度可将地下水分为淡水、微咸水、咸水、盐水及卤水五类，见下表。卤水五类，见下表。地下水按矿化度的分类地下水

28、按矿化度的分类地下水类别地下水类别矿化度矿化度(g/L)(g/L)淡淡 水水15050第28页/共59页矿化度的变化矿化度的变化高高中中低低主要离子主要离子成分变化成分变化阴离子阴离子ClCl- -SOSO4 42-2-HCOHCO3 3- -阳离子阳离子NaNa+ +NaNa+ +或或CaCa2+2+CaCa2+2+、MgMg2+2+矿化度变化与离子成分之间的对应关系矿化度变化与离子成分之间的对应关系 地下水的矿化度变化与其离子成分之间的对应关系。地下水的矿化度变化与其离子成分之间的对应关系。 矿化度与离子成分具有对应关系的一个主要原因是水中盐类矿化度与离子成分具有对应关系的一个主要原因是水

29、中盐类的溶解度不同的溶解度不同( (表表6-1)6-1)。第29页/共59页盐类盐类溶解度溶解度(0(0，g/L)g/L)NaClNaCl350350KClKCl290290MgClMgCl2 2558.1(18558.1(18）CaClCaCl2 2739.1(18)739.1(18)NaNa2 2SOSO4 45050MgSOMgSO4 4270270CaSOCaSO4 41.91.9NaNa2 2COCO3 3193.9(18)193.9(18)MgCOMgCO3 30.10.1表表6-16-1 地下水中常见盐类的溶解度地下水中常见盐类的溶解度 总的说来，氯盐的溶解度最大，总的说来，氯盐

30、的溶解度最大，硫酸盐的溶解度次之，碳酸盐的溶解硫酸盐的溶解度次之，碳酸盐的溶解度最小；钙的硫酸盐，特别是钙、镁度最小；钙的硫酸盐，特别是钙、镁的碳酸盐的溶解度最小。的碳酸盐的溶解度最小。 随着矿化度的增加，钙镁的碳酸随着矿化度的增加，钙镁的碳酸盐首先达到饱和析出，继续增大时，盐首先达到饱和析出，继续增大时，钙的硫酸盐也饱和析出，因此，高矿钙的硫酸盐也饱和析出，因此，高矿化水中便以易溶的氯和钠占优势了，化水中便以易溶的氯和钠占优势了，由于氯化钙的溶解度更大，因此在矿由于氯化钙的溶解度更大，因此在矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主。化度异常高的地下水中以氯和钙为主。第30页/共59页6.4 6.4

31、 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用 地下水主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入地下水主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入含水层之前已经含有某些物质：含水层之前已经含有某些物质： 靠近海岸处的大气降水中，靠近海岸处的大气降水中，NaNa+ +、ClCl- -含量较高；含量较高； 内陆的大气降水中，一般以内陆的大气降水中，一般以CaCa2+2+与与HCOHCO3 3- -为主，初降雨水或干旱区为主，初降雨水或干旱区雨水中杂质较多，而雨季后期与湿润地区的雨水杂质较少。雨水中杂质较多，而雨季后期与湿润地区的雨水杂质较少。 大气降水的矿化度一般为大气降水的矿化度一般为

32、0.02-0.05g/L0.02-0.05g/L，海边和干旱地区较，海边和干旱地区较高，分别可达高，分别可达0.1g/L0.1g/L，及，及n n0.1g/L0.1g/L。第31页/共59页溶滤作用溶滤作用定义定义 地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转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。移的过程。 溶滤作用的结果，岩土失去部分可溶物质，地下水获得新溶滤作用的结果，岩土失去部分可溶物质，地下水获得新的组分，地下水的矿化度升高。的组分，地下水的矿化度升高。6.4 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第32页/共59页岩土成分岩土成分 化学组

33、分的可溶性化学组分的可溶性(溶解度、溶解速度溶解度、溶解速度)：盐分溶解度的差异：盐分溶解度的差异导致易溶的先进入地下水中，而难溶的后进入地下水中。导致易溶的先进入地下水中，而难溶的后进入地下水中。岩土的空隙特征岩土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基岩，地下水难以与矿物类接触，溶滤作用缺乏裂隙的致密基岩，地下水难以与矿物类接触，溶滤作用便无从发生。便无从发生。水的溶解能力水的溶解能力 水中已溶组分的多少水中已溶组分的多少随着盐分在水中的含量增高，溶解能力降低；随着盐分在水中的含量增高，溶解能力降低； 水中某些气体组分水中某些气体组分O2增加硫化物的氧化；增加硫化物的氧化；CO2增加碳酸盐和硅酸盐类增

34、加碳酸盐和硅酸盐类的溶解能力。的溶解能力。影响因素影响因素第33页/共59页水的流动状况水的流动状况 通常刚渗入到地下的水通常刚渗入到地下的水TDSTDS低，随着水在含水岩层的运移低，随着水在含水岩层的运移不断有新的盐分溶解到水中，水中不断有新的盐分溶解到水中，水中TDSTDS升高，水溶解能力降低，升高，水溶解能力降低，最终水的溶解能力降为最终水的溶解能力降为0 0，溶滤作用停止。，溶滤作用停止。 地下水如何保持它的溶解能力？地下水如何保持它的溶解能力？ 地下水径流速度与交替强度是决定溶滤作用强度最活跃最地下水径流速度与交替强度是决定溶滤作用强度最活跃最关键的因素：关键的因素： 地下水流动速度

35、快，水交替地下水流动速度快，水交替( (更新更新) )迅速，迅速，COCO2 2、O O2 2不断补不断补充，低充，低TDSTDS水不断更新溶解能力降低的水，溶滤作用强烈；滞水不断更新溶解能力降低的水，溶滤作用强烈；滞流与流动缓慢的地下水，溶解能力最终降为流与流动缓慢的地下水，溶解能力最终降为0 0，溶解停止。，溶解停止。第34页/共59页特点特点 时间上的阶段性时间上的阶段性 溶滤作用很强烈，长期作用下去，地下水以低溶滤作用很强烈，长期作用下去，地下水以低TDSTDS的难溶离子的难溶离子为主，即为主，即HCOHCO3 3-CaMg-CaMg水，这是由溶滤作用的阶段性决定的水，这是由溶滤作用的

36、阶段性决定的: : 地下水是不断运动的，溶解的组分会被带走。开始地下水是不断运动的，溶解的组分会被带走。开始ClCl盐最易盐最易溶于水溶于水随水带走；随后，随水带走；随后，SOSO4 42-2-盐被溶入水中盐被溶入水中随水带走；随水带走；最后，只剩下较难溶的碳酸盐类和硅酸盐了。最后，只剩下较难溶的碳酸盐类和硅酸盐了。 因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的TDSTDS愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。第35页/共59页空间上的差异性空间上的差异性 气候愈是潮湿多雨，地质构造的开启性愈好，岩层的导水气

37、候愈是潮湿多雨，地质构造的开启性愈好，岩层的导水能力愈强，地形切割愈强烈，地下水径流与水交替愈迅速，岩能力愈强，地形切割愈强烈，地下水径流与水交替愈迅速，岩层经受的溶率愈充分，岩层中可保留的易溶盐类便愈贫乏，地层经受的溶率愈充分，岩层中可保留的易溶盐类便愈贫乏，地下水的矿化度愈低，难溶离子的相对含量也就越高。下水的矿化度愈低，难溶离子的相对含量也就越高。 因此，溶滤作用是从地质历史发展的眼光来理解因此，溶滤作用是从地质历史发展的眼光来理解它是它是地质历史长期作用的结果。地质历史长期作用的结果。第36页/共59页6.4 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 定

38、义定义 地下水在蒸发作用下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起地下水在蒸发作用下，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，结果形成高的一系列地下水化学成分的变化过程，结果形成高TDSTDS，易溶离子，易溶离子为主的地下水为主的地下水(Cl(Cl- -、NaNa+ +为主为主) )。形成条件形成条件 干旱半干旱的气候；低平地势控制较浅的地下水埋深，有利于干旱半干旱的气候；低平地势控制较浅的地下水埋深，有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土；地下水系统的势汇毛细作用的颗粒细小的松散岩土；地下水系统的势汇排泄区。排泄区。第37页/共59页脱碳酸作用脱碳酸作用 温度升高或压力降

39、低时温度升高或压力降低时COCO2 2溶解度降低，游离的溶解度降低，游离的COCO2 2从水中逸出，从水中逸出，这就是脱碳酸作用。脱碳酸作用的结果，地下水中这就是脱碳酸作用。脱碳酸作用的结果，地下水中HCOHCO3 3- -及及CaCa2+2+、MgMg2+2+减少，减少，TDSTDS降低：降低： CaCa2+2+2HC0+2HC03 3- -COCO2 2+H+H2 20+CaCO0+CaCO3 3 Mg Mg2+2+2HC0+2HC03 3- -COCO2 2+H+H2 20+MgCO0+MgCO3 3 例如，深部地下水上升成泉，泉口形成钙华，这是脱碳酸作用例如，深部地下水上升成泉，泉口形

40、成钙华，这是脱碳酸作用的结果；温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用，使的结果；温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用，使HCOHCO3 3- -、CaCa2+2+、MgMg2+2+从水中析出，结果地下水中的阳离子通常以从水中析出，结果地下水中的阳离子通常以NaNa+ +为主。为主。6.4 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第38页/共59页6.4 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脱硫酸作用脱硫酸作用 在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使SOSO4 42-2-还原还原为为H H2 2S S： SOSO

41、4 42-2-+2C+2H+2C+2H2 20H0H2 2S+2HCOS+2HCO3 3- - 结果，结果，SOSO4 42-2-降低，降低，HCOHCO3 3- -升高，升高，pHpH值增高。值增高。 封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸的有利环境。封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸的有利环境。因此，某些油田中出现因此，某些油田中出现H H2 2S S，而，而SOSO4 42-2-含量很低。这一特征可作为寻含量很低。这一特征可作为寻找油田的辅助标志。找油田的辅助标志。第39页/共59页阳离子的交替吸附作用阳离子的交替吸附作用 表面带负电荷的岩土颗粒吸附地下水中某些阳离子，而将其原表

42、面带负电荷的岩土颗粒吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子的交替吸来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子的交替吸附作用。附作用。 不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能力，不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能力，自大而小顺序为：自大而小顺序为： H H+ +FeFe3+3+AlAl3+3+CaCa2+2+MgMg2+2+KK+ +NaNa+ +。6.4 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第40页/共59页 离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半

43、径愈小，则吸附能力愈大。吸附能力愈大。H H+ +则是例外。则是例外。 地下水中某种离子的相对浓度增大，则该种离子的交地下水中某种离子的相对浓度增大，则该种离子的交换吸附能力也随之增大。换吸附能力也随之增大。 显然，阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附显然，阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力；而岩土的吸附能力取决于岩土的比表面积：颗粒愈能力；而岩土的吸附能力取决于岩土的比表面积：颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。第41页/共59页混合作用混合作用 成分不同的两种地下水混合后，形成化学成分与原来两者都不成分不同的两种地

44、下水混合后，形成化学成分与原来两者都不同的地下水，这变是混合作用。同的地下水，这变是混合作用。 混合作用的结果，可能发生化学反应而形成化学类型完全不同混合作用的结果，可能发生化学反应而形成化学类型完全不同的地下水，也可能不产生明显的化学反应。的地下水，也可能不产生明显的化学反应。6.4 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第42页/共59页6.4 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人类活动人类活动 近年来，随着社会生产力与人口的增长，人类活动对地下水化近年来，随着社会生产力与人口的增长，人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大：学成分的影响愈来愈大： 一

45、方面，人类活动产生的大量废弃物进入地下水而导致地下水一方面，人类活动产生的大量废弃物进入地下水而导致地下水污染；污染； 另一方面，人为作用大规模地改变了地下水的补给、径流、排另一方面，人为作用大规模地改变了地下水的补给、径流、排泄条件和时空分布，从而使地下水的成分发生变化。泄条件和时空分布，从而使地下水的成分发生变化。 人类干预地下水的能力日益增强人类干预地下水的能力日益增强! !第43页/共59页6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地下水化学成分的分析方法 地下水化学成分的分析是研究的基础。工作目的与要求不同，地下水化学成分的分析是研究的基础。工作目的与要求不同，分析项目与精度也不相同。

46、分析项目与精度也不相同。 简分析简分析 简分析用于了解区域地下水化学成分的概貌，这种分析可在野外简分析用于了解区域地下水化学成分的概貌，这种分析可在野外利用专门的水质分析箱就地进行。利用专门的水质分析箱就地进行。 简分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易简分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易掌握。掌握。第44页/共59页 分析项目：分析项目： 物理性质物理性质温度、颜色、透明度、嗅味、味道等。温度、颜色、透明度、嗅味、味道等。 定量分析项目定量分析项目HCOHCO3 3- -、SOSO4 42-2-、ClCl- -、CaCa2+2+、总硬度、总硬度、pHpH值

47、。值。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。 定性分析项目定性分析项目不固定，较经常的有不固定，较经常的有NONO3 3- -、NONO2 2- -、NHNH4 4+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+、H H2 2S S、耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水、耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水质是否适宜饮用。质是否适宜饮用。第45页/共59页全分析全分析 全分析项目较多，要求精度高。全分析项目较多，要求精度高。 通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行，以比较全面地通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行，以比较全面地了解地下水

48、化学成分，并对简分析结果进行检核。了解地下水化学成分，并对简分析结果进行检核。 全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析以下各项：全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析以下各项： HCOHCO3 3- -、SOSO4 42-2-、ClCl- -、CaCa2+2+、NONO3 3- -、NONO2 2- -、NHNH4 4+ +、CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +、NHNH4 4+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+、H H2 2S S、COCO2 2、耗氧量、耗氧量、pHpH值及干涸残余物体。值及干涸残余物体。6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地下水化学成分的分析方法第46页/共59页注意事项注意事项 在进行地下水的化学成分的同时，必须进行对有关的地表水体在进行地下水的化学成分的同时，必须进行对有关的地表水体取样分析。因为，地表水体可能是地下水的补给来源，或者排泄去取样分析。因为，地表水体可能是地下水的补给来源，或者排泄去路。路。 对于作为地下水主要补给来源的大气降水的化学成分，也要注对于作为地下水主要补给来源的大气降水的化学成分，也要注意。在某些情况下，不考虑大气降水的成分，就不能正确地阐明地意。在某些情况下，不考虑大气降水的成分，就不能正确地阐明地下水化学成分的形成。下水化学成分的形成。6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地