水文地质学基础 地下水的化学成分及其形成作用课件

提纲概述地下水的化学特征地下水的温度地下水化学成分形成作用地下水的基本成因类型地下水化学成分分析及其图示案例提纲水文地球化学：研究地下水中化学元素的迁移、集聚与分散规律研究意义：地下水起源和形成矿产资源的形成和勘察水质评价医疗矿水研究原则：考虑地下水水质演变所具时间上的继承性，从水与环境长期相互作用的角度出发，揭示地下水化学演变的内在依据与规律

概述水文地球化学：研究地下水中化学元素的迁移、集聚与分散规律研地下水的化学特征气体组分主要气体组分：O2、N2、CO2、CH4、H2S等

一般含量为n-n×10mg/lL研究意义:说明地下水所处的水文地球化学环境：氧化环境、还原环境有些气体增加水溶解盐类的能力，促进水岩反应地下水的化学特征气体组分主要气体组分：氧（O2）、氮（N2）来源：O2：大气：大气降水、地表水入渗补给N2：大气：大气降水、地表水入渗补给；生物、变质起源指示意义：O2与N2共存：来源于大气并处于氧化环境O2高：氧化环境N2单独存在：可能起源于大气，且为还原环境惰性气体（Ar,Kr,Xe）与N2的比值：（Ar,Kr,Xe）/N2=0.0118，则N2为大气起源（Ar,Kr,Xe）/N2

＜0.0118，则N2为生物或变质起源氧（O2）、氮（N2）指示意义：二氧化碳（CO2）来源：大气：大气降水、地表水入渗补给土壤：植物根系呼吸作用和有机质分解深部高温下，碳酸盐岩地层的变质作用CaCO3=CaO+CO2，SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2意义：溶解的CO2越多，地下水溶解某些矿物的能力越强二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）、H2S来源：在封闭还原环境，有机质与微生物参与的生物化学过程形成火山喷发

H2S还可来自硫化矿物分解指示意义：封闭还原环境H2S一般出现在深层地下水中，油田水中含量很高，常以此作为寻找石油的间接标志SO42-→H2S甲烷（CH4）、H2S离子组分地下水的化学性质指标溶解性总固体(TDS)：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成分。单位：mg/L、g/L矿化度：是指地下水中各种离子、分子与化合物的总量。单位mg/L、g/LTDS求算方法：105~110℃时将水蒸发所得的干涸残余物总量阴阳离子总和（水质全分析）减去HCO3-含量之半表征离子组分地下水的化学性质指标地下水中主要离子含量与TDS的关系地下水中主要离子成分随总溶解固体的变化而变化。溶解度由大而小的顺序是Cl->SO42->HCO3-低矿化水中HCO3-,Ca2+,Mg2+为主中等矿化水中阴离子SO42-为主，阳离子以Na+,Ca2+为主高矿化水中Cl-,Na+为主卤水中以CaCl2为主地下水中主要离子含量与TDS的关系地下水中主要CompanyLogo++++++++++Cl-++++++++SO42-+++++++HCO3-水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化CompanyLogo++++++++Cl-++++++氯离子Cl-来源沉积岩中岩盐、氯化物的溶解（钠盐、钾盐）岩浆岩含氯矿物氯磷灰石、方钠石的风化溶解；火山喷发物的溶滤海水人为污染：工业、生活污水和粪便特点溶解度大，随矿化度增大，含量增大在水中最为稳定：不为植物和细菌摄取，不被土壤颗粒表面吸附，水中迁移能力强氯离子Cl-SO42-的来源沉积岩盐类、石膏的溶解金属硫化物的氧化（煤系地层）火山喷发人类活动产生SO2“酸雨”（黄铁矿）SO42-的特点水中迁移能力很强，但次于Cl-

含量由数mg/L~数十g/L

硫酸根SO42-SO42-的来源沉积岩盐类、石膏的溶解（黄铁矿）SO42-HCO3-

、Ca2+、Mg2+碳酸盐类、石膏沉积物等的溶解岩浆岩和变质岩地区铝硅酸盐矿物的溶解（钠/钙长石、橄榄石等）泥灰岩白云岩钙长石

大理岩来源HCO3-

通常是低TDS水的主要阴离子低TDS地下水中Mg2+含量通常低于Ca2+HCO3-、Ca2+、Mg2+碳酸盐类、石膏沉积物等的

沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）岩浆岩变质岩中含钾矿物的风化溶解K+特点：含量通常较Na+低；高TDS水中含量较多为植物摄取参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母等）来源沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）K+特点：含量通常较Na+低；沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）岩浆岩和变质岩的风化溶解海水Na+酸性岩浆岩区常形成Na-HCO3型水

水中阳离子以Na+为主时，HCO3-浓度可超过与Ca2+伴生时的上限来源沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）Na+酸性岩浆岩区常形成Na-H同位素组分何为同位素稳定同位素和放射性同位素

常用稳定同位素：18O、2H（D）、13C、34S、15N、87Sr、37Cl等常用放射性同位素：3H（T）、14C、222Rn、36Cl、129I等同位素的功用：计时（时钟）和示踪（示踪剂）同位素组分何为同位素同位素：示踪剂全球大气降水同位素分布（Frankenbergetal.,2009）

水循环中的水稳定同位素分馏87Sr/86Sr识别混合关系大气降水线：GMWL与LMWL水文地质过程的识别同位素：示踪剂全球大气降水同位素分布（Frankenb放射性同位素：时钟在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法，据放射性同位素衰变原理，利用同位素衰变方程确定地下水年龄：式中：C0为补给时放射性同位素浓度（也称输入函数)C为计算时放射性同位素浓度不同定年方法适用的时间尺度放射性同位素也可用于示踪放射性同位素：时钟在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法其它组分次要离子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO-、CO32-、SiO32-、PO43-等微量组分：Br、I、F、B、Sr等胶体：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3有机质：可增加地下水的酸度，有利于还原微生物：①氧化环境：硫细菌、铁细菌等；②还原环境：脱硫酸细菌等；③污染水：致病细菌其它组分次要离子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、地下水的温度地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。地壳表层按热量平衡关系分带：

变温带：地温主要受太阳辐射影响的地表极薄的地带。下限15-30m

常温带：地温基本等于当地平均年气温的地带。通常高出大气年均温度1-2oC

增温带：地温主要受地球内热影响的地带。地温梯度为noC/100m，一般为3oC/100m，介于1.5-4.0oC/100m之间。西藏羊八井地温梯度为300oC/100m（地热异常）T=t+(H–h)×r地下水的温度地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。T=t地下水化学成分形成作用溶滤作用定义：水与岩土相互作用，使岩土中一部分物质转入地下水中，即溶滤作用。其结果是：岩土失去部分可溶物质，而地下水中相应补充了新的组分。如：CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+岩土组分溶解的决定因素矿物的溶解度

岩土的空隙特征

水的溶解能力盐类溶解与温度的关系地下水化学成分形成作用溶滤作用定义：水与岩土相互作用，使岩浓缩作用定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象必备条件：干旱半干旱的气候低平地势控制下的水位埋深小的地下水排泄区松散岩土颗粒细小，毛细作用强具有时间和空间的尺度浓缩作用定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分脱碳酸作用广西百色罗妹莲花洞钙华台地定义：脱碳酸作用是在温度升高、压力降低的情况下CO2自水中逸出而HCO3-含量则因形成碳酸盐沉淀减少的过程Ca2+/Mg2++2HCO3-→CO2↑+H2O+Ca/MgCO3↓土耳其西代尼兹利省的棉花堡钙华池脱碳酸作用广西百色罗妹莲花洞钙华台地定义：脱碳酸作用是在温度脱硫酸作用定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物和脱硫酸细菌作用下，硫酸盐分解为H2S和HCO3-的生物化学过程：SO22-+2C+2H2O→H2S+2HCO3-

封闭的地质构造为其有利环境，油水中有H2S，为找油标志反硝化作用：水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亚硝酸盐和硝酸盐、最后排出自由氮的过程，是水中富含N2和CO2硝化作用：有机质分解产生的酸在硝化菌作用下使铵氧化生成亚硝酸盐和硝酸盐的过程硝化、反硝化作用脱硫酸作用定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物阳离子交替吸附作用定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相互作用，岩石颗粒表面吸附的阳离子被水中阳离子置换，并使水化学成分发生改变的过程吸附能力：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+阳离子交替吸附作用取决于岩土的吸附能力、岩土的比表面积、离子的相对浓度阳离子交替吸附作用定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相混合作用定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合，使原水的化学成分发生改变的作用。物理混合：不发生化学反应化学混合：发生化学反应，如：Ca(HCO3)2+Na2SO4

→CaSO4↓+2NaHCO3混合作用定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合人类活动对地下水化学成分的影响污染物排放如：工业“三废”、农药化肥的使用通过改变地下水形成条件而改变地下水的化学成分，如：滨海地区过量开采地下水引起海水入侵不合理的打井采水使咸水运移干旱区不合理引入地表水灌溉，使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍化，并使浅层地下水变咸咸水区挖渠打井，降低地下水位，减少蒸发量，可使地下水淡化；或引区外淡的地表水合理补给地下水，可使地下水变淡人类活动对地下水化学成分的影响污染物排放地下基本成因类型及其化学特征溶滤水定义：由富含CO2和O2的水渗入补给并溶滤其所流经岩土而获得主要化学成分的地下水其成分受岩性、气候、地形等因素的影响。在大范围上，受气候控制而有分带性岩性石灰岩、白云岩区，水中HCO3-、Ca2+、Mg2+为主含石膏的沉积岩区，水中SO42-、Ca2+较多酸性岩浆岩区，多为HCO3—Na型水基性岩浆岩区，水中常富含Mg2+煤系地层、金属硫化物矿床分布区，多为硫酸盐水气候：控制地下水循环速率、蒸发强度

地形：控制地下水循环速率地下基本成因类型及其化学特征溶滤水定义：由富含CO2和O干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型定义：与沉积物大体同时形成由古地表水演变而成的古地下水。是在沉积过程中保存在沉积物空隙中的水例子：海相淤泥水海水：TDS~35g/L，γNa/γCl（毫克当量比）=0.85，Cl/Br（质量比）=29.3海相淤泥水：常含大量有机质和各种微生物，处于缺氧环境，利于生物化学作用。化学特征：

TDS很高，可达300g/LSO42-减少或消失出现H2S、CH4、铵、氮

pH值增高钙Ca2+含量相对增加，Na+减少，rNa/rCl<0.85

富集Br、I，Cl/Br变小 沉积水沉积水内生水定义：源自地球深部层圈的地下水，亦即来自地球内部在岩浆冷却等地质作用下形成的地下水典型化学特征不明俄罗斯花岗岩包体中水：TDS~100-200g/L

冰岛玄武岩区热蒸汽冷凝水：TDS1-2g/L，为HS·HCO3-Na型内生水地下水化学成分分析及其图示

地下水化学分析内容简分析：测试项目少、要求精度低。用于了解区域地下水化学成分概貌物理性质（温度、颜色、透明度、嗅味、味道等）、HCO3-,SO42-,Cl-,Ca2+,总硬度、pH值、TDS；NO3-,NO2-,NH4+,Fe2+,Fe3+,H2S、耗氧量。单位为mg/L,mmol/L等全分析：测试项目多、要求精度高。用于全面了解地下水化学成分化学成分HCO32-,CO32-,SO42-,Cl-,NO3-,NO2-；Ca2+,Mg2+,Na+,K+,NH4+,Fe2+,Fe3+,Mn2+；H2S、CO2、耗氧量；总硬度、pH值、TDS；微量元素、痕量元素；研究水的侵蚀性时需分水的侵蚀性CO2。单位为mg/Lmmol/L专项分析：视不同应用目的而定细菌类、放射性、重金属、有机组分等地下水化学成分分析及其图示地下水化学分析内容简分析：测水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件地下水化学特征分类及图示步骤：将阴、阳离子分别列于横线上、下，按离子含量的毫克当量百分数（meq%）自大到小依次排列毫克当量百分数小于10%的离子不予表示横线前依次表示特殊组分、气体、TDS（M），三者单位均为g/L

横线后为水温t（℃）库尔洛夫式以类似数学分式形式表示单个水样化学成分的含量和组成简明反应水化学成分特点地下水化学特征分类及图示步骤：库尔洛夫式水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件据地下水中6种主要离子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-，K+合并于Na+）及TDS划分将6种主要离子中毫克当量>25%的阴、阳离子组合为49型水，以阿拉伯数字为代号按TDS（M）的大小划分为4组A组——M≤1.5g/LB组——1.5＜M≤10g/LC组——10＜M≤40g/LD组——M＞40g/L将水化学类型用数字（1～49）与字母（A、B、C或D）组合表达，如1-A含量超过25%毫克当量的离子组合HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249舒卡列夫分类优点简明易懂，在我国广泛应用从图表的左上角向右下角大体与地下水总的矿化作用过程一致缺点以25％毫克当量为划分水型的依据带有主观性；在分类中，对大于25％毫克当量的离子未反映其大小的次序，刻画水质变化不够细致据地下水中6种主要离子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3派珀三线图(Pipertrilineardiagram)任一水样的阴阳离子的相对含量在两个三角形中以带标号的圆圈表示，引线在菱形中的交点处以圆圈表示，其大小与TDS成正比派珀三线图(PipertrilineardiagraPiper三线图分区优点不受人为影响从菱形中可看出水样的一般化学特征，在三角形中可以看出各种离子的相对含量将一个地区的水样标在图上，可以分析地下水化学成分的演变规律

老子山地热田及邻区地质图位于洪泽湖南岸、老子山东北淮河口热田区海拔12~13m；西部紧邻老子山-佛窝低山残丘区，海拔50~140m老子山地热田地层综合柱状图案例：中低温对流型地热系统成因老子山地热田及邻区地质图位于洪泽湖南岸、老子山东北淮河口老子老子山地热田T1-T2井地热地质剖面图（顾萍等,2001）

老子山地热田浅部地温等值线图（顾萍等,2001）老子山热田位于NW向张性断裂与NNE向左行压性、压扭性平移断层交汇处地下水活动对地温场产生显著扰动

热水通道老子山地热田T1-T2井地热地质剖面图（顾萍等,2001）

补给来源老子山地热田及邻区水样Langelier-Ludwig图老子山地热田及邻区水样稳定同位素组成水化学类型为Na-Ca-SO4-Cl型，TDS2000mg/L；第四系地下水存在热水混入老子山T1和T3井地热水同位素组成最为亏损补给来源老子山地热田及邻区水样Langelier-Lud老子山地热水与地下水、洪泽湖水的混合关系图补给高程H=(δ18Ogw

-

δ18Or)/gradδ18O

+Hrgradδ18O=-0.2‰δ18Or=-7.9‰和

-7.7‰Hr

=27m和15m补给高程=177m和265m补给区位于盱眙南部丘陵区热水年龄T1井水样氚浓度为13.8TU，而T3井为1.1TU选择T3井14C数据算得地下水年龄约2900~7800aB.P.T3T1T3T1T3T1T3T1老子山地热水与地下水、洪泽湖水的混合关系图补给高程T3T1

热储温度与循环深度井号井口温度Na-K温标Na-K-Ca温标K-Mg温标玉髓温标α-方英石温标β-方英石温标无定形二氧化硅温标石英温标石英温标T3601859438735222819310390据化学温标估算的热储温度老子山地热田T3井水样log(Q/K)-温度图热储温度约为73~120℃地热水循环深度约为2350~4200mZ=Z0+(TR

-T0)/gradTZ0=20mT0=14.7℃gradT=2.5℃/100m热储温度与循环深度井号井口Na-KNa-K-Ca温标K老子山地热系统属中低温对流型NNE向断裂控热，NW断裂控水补给区位于热田南部约60km处盱眙县南部至张八岭一带丘陵区热水循环深度2350~4200m，周期2900~7800年，温度73~120℃老子山地热田成因模式概念图

概念模式老子山地热系统属中低温对流型老子山地热田成因模式概念图本章小结

地下水的化学成分和同位素成分

地下水化学成分的形成作用

地下水成因分类

地下水化学分析与图示表达F-Cl-NO3-SO42-HCO3-K+Ca2+Na+Mg2+3.8754.30.91900.3230.478.0478.0704.0107.0作业天津某地热水水化学分析结果如下（浓度单位：mg/L；水温63℃）试写出其库尔洛夫式按舒卡列夫分类确定其水质类型做Piper三线图本章小结地下水的化学成分和同位素成分F-Cl-NO3ThanksforyourattentionThanksforyourattention提纲概述地下水的化学特征地下水的温度地下水化学成分形成作用地下水的基本成因类型地下水化学成分分析及其图示案例提纲水文地球化学：研究地下水中化学元素的迁移、集聚与分散规律研究意义：地下水起源和形成矿产资源的形成和勘察水质评价医疗矿水研究原则：考虑地下水水质演变所具时间上的继承性，从水与环境长期相互作用的角度出发，揭示地下水化学演变的内在依据与规律

概述水文地球化学：研究地下水中化学元素的迁移、集聚与分散规律研地下水的化学特征气体组分主要气体组分：O2、N2、CO2、CH4、H2S等

一般含量为n-n×10mg/lL研究意义:说明地下水所处的水文地球化学环境：氧化环境、还原环境有些气体增加水溶解盐类的能力，促进水岩反应地下水的化学特征气体组分主要气体组分：氧（O2）、氮（N2）来源：O2：大气：大气降水、地表水入渗补给N2：大气：大气降水、地表水入渗补给；生物、变质起源指示意义：O2与N2共存：来源于大气并处于氧化环境O2高：氧化环境N2单独存在：可能起源于大气，且为还原环境惰性气体（Ar,Kr,Xe）与N2的比值：（Ar,Kr,Xe）/N2=0.0118，则N2为大气起源（Ar,Kr,Xe）/N2

＜0.0118，则N2为生物或变质起源氧（O2）、氮（N2）指示意义：二氧化碳（CO2）来源：大气：大气降水、地表水入渗补给土壤：植物根系呼吸作用和有机质分解深部高温下，碳酸盐岩地层的变质作用CaCO3=CaO+CO2，SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2意义：溶解的CO2越多，地下水溶解某些矿物的能力越强二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）、H2S来源：在封闭还原环境，有机质与微生物参与的生物化学过程形成火山喷发

H2S还可来自硫化矿物分解指示意义：封闭还原环境H2S一般出现在深层地下水中，油田水中含量很高，常以此作为寻找石油的间接标志SO42-→H2S甲烷（CH4）、H2S离子组分地下水的化学性质指标溶解性总固体(TDS)：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成分。单位：mg/L、g/L矿化度：是指地下水中各种离子、分子与化合物的总量。单位mg/L、g/LTDS求算方法：105~110℃时将水蒸发所得的干涸残余物总量阴阳离子总和（水质全分析）减去HCO3-含量之半表征离子组分地下水的化学性质指标地下水中主要离子含量与TDS的关系地下水中主要离子成分随总溶解固体的变化而变化。溶解度由大而小的顺序是Cl->SO42->HCO3-低矿化水中HCO3-,Ca2+,Mg2+为主中等矿化水中阴离子SO42-为主，阳离子以Na+,Ca2+为主高矿化水中Cl-,Na+为主卤水中以CaCl2为主地下水中主要离子含量与TDS的关系地下水中主要CompanyLogo++++++++++Cl-++++++++SO42-+++++++HCO3-水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化CompanyLogo++++++++Cl-++++++氯离子Cl-来源沉积岩中岩盐、氯化物的溶解（钠盐、钾盐）岩浆岩含氯矿物氯磷灰石、方钠石的风化溶解；火山喷发物的溶滤海水人为污染：工业、生活污水和粪便特点溶解度大，随矿化度增大，含量增大在水中最为稳定：不为植物和细菌摄取，不被土壤颗粒表面吸附，水中迁移能力强氯离子Cl-SO42-的来源沉积岩盐类、石膏的溶解金属硫化物的氧化（煤系地层）火山喷发人类活动产生SO2“酸雨”（黄铁矿）SO42-的特点水中迁移能力很强，但次于Cl-

含量由数mg/L~数十g/L

硫酸根SO42-SO42-的来源沉积岩盐类、石膏的溶解（黄铁矿）SO42-HCO3-

、Ca2+、Mg2+碳酸盐类、石膏沉积物等的溶解岩浆岩和变质岩地区铝硅酸盐矿物的溶解（钠/钙长石、橄榄石等）泥灰岩白云岩钙长石

大理岩来源HCO3-

通常是低TDS水的主要阴离子低TDS地下水中Mg2+含量通常低于Ca2+HCO3-、Ca2+、Mg2+碳酸盐类、石膏沉积物等的

沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）岩浆岩变质岩中含钾矿物的风化溶解K+特点：含量通常较Na+低；高TDS水中含量较多为植物摄取参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母等）来源沉积岩中岩盐的溶解（钾盐）K+特点：含量通常较Na+低；沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）岩浆岩和变质岩的风化溶解海水Na+酸性岩浆岩区常形成Na-HCO3型水

水中阳离子以Na+为主时，HCO3-浓度可超过与Ca2+伴生时的上限来源沉积岩中岩盐的溶解（钠盐）Na+酸性岩浆岩区常形成Na-H同位素组分何为同位素稳定同位素和放射性同位素

常用稳定同位素：18O、2H（D）、13C、34S、15N、87Sr、37Cl等常用放射性同位素：3H（T）、14C、222Rn、36Cl、129I等同位素的功用：计时（时钟）和示踪（示踪剂）同位素组分何为同位素同位素：示踪剂全球大气降水同位素分布（Frankenbergetal.,2009）

水循环中的水稳定同位素分馏87Sr/86Sr识别混合关系大气降水线：GMWL与LMWL水文地质过程的识别同位素：示踪剂全球大气降水同位素分布（Frankenb放射性同位素：时钟在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法，据放射性同位素衰变原理，利用同位素衰变方程确定地下水年龄：式中：C0为补给时放射性同位素浓度（也称输入函数)C为计算时放射性同位素浓度不同定年方法适用的时间尺度放射性同位素也可用于示踪放射性同位素：时钟在确定地下水年龄上，常采用放射性同位素方法其它组分次要离子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO-、CO32-、SiO32-、PO43-等微量组分：Br、I、F、B、Sr等胶体：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3有机质：可增加地下水的酸度，有利于还原微生物：①氧化环境：硫细菌、铁细菌等；②还原环境：脱硫酸细菌等；③污染水：致病细菌其它组分次要离子：包括H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、地下水的温度地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。地壳表层按热量平衡关系分带：

变温带：地温主要受太阳辐射影响的地表极薄的地带。下限15-30m

常温带：地温基本等于当地平均年气温的地带。通常高出大气年均温度1-2oC

增温带：地温主要受地球内热影响的地带。地温梯度为noC/100m，一般为3oC/100m，介于1.5-4.0oC/100m之间。西藏羊八井地温梯度为300oC/100m（地热异常）T=t+(H–h)×r地下水的温度地壳表层的热源：太阳辐射+地球内部的热流。T=t地下水化学成分形成作用溶滤作用定义：水与岩土相互作用，使岩土中一部分物质转入地下水中，即溶滤作用。其结果是：岩土失去部分可溶物质，而地下水中相应补充了新的组分。如：CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+岩土组分溶解的决定因素矿物的溶解度

岩土的空隙特征

水的溶解能力盐类溶解与温度的关系地下水化学成分形成作用溶滤作用定义：水与岩土相互作用，使岩浓缩作用定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象必备条件：干旱半干旱的气候低平地势控制下的水位埋深小的地下水排泄区松散岩土颗粒细小，毛细作用强具有时间和空间的尺度浓缩作用定义：蒸发浓缩作用是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分脱碳酸作用广西百色罗妹莲花洞钙华台地定义：脱碳酸作用是在温度升高、压力降低的情况下CO2自水中逸出而HCO3-含量则因形成碳酸盐沉淀减少的过程Ca2+/Mg2++2HCO3-→CO2↑+H2O+Ca/MgCO3↓土耳其西代尼兹利省的棉花堡钙华池脱碳酸作用广西百色罗妹莲花洞钙华台地定义：脱碳酸作用是在温度脱硫酸作用定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物和脱硫酸细菌作用下，硫酸盐分解为H2S和HCO3-的生物化学过程：SO22-+2C+2H2O→H2S+2HCO3-

封闭的地质构造为其有利环境，油水中有H2S，为找油标志反硝化作用：水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亚硝酸盐和硝酸盐、最后排出自由氮的过程，是水中富含N2和CO2硝化作用：有机质分解产生的酸在硝化菌作用下使铵氧化生成亚硝酸盐和硝酸盐的过程硝化、反硝化作用脱硫酸作用定义：脱硫酸作用是在封闭缺氧的还原环境中，有机物阳离子交替吸附作用定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相互作用，岩石颗粒表面吸附的阳离子被水中阳离子置换，并使水化学成分发生改变的过程吸附能力：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+阳离子交替吸附作用取决于岩土的吸附能力、岩土的比表面积、离子的相对浓度阳离子交替吸附作用定义：阳离子交替吸附作用是地下水与岩石相混合作用定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合，使原水的化学成分发生改变的作用。物理混合：不发生化学反应化学混合：发生化学反应，如：Ca(HCO3)2+Na2SO4

→CaSO4↓+2NaHCO3混合作用定义：混合作用是指两种或两种以上不同成分水之间的混合人类活动对地下水化学成分的影响污染物排放如：工业“三废”、农药化肥的使用通过改变地下水形成条件而改变地下水的化学成分，如：滨海地区过量开采地下水引起海水入侵不合理的打井采水使咸水运移干旱区不合理引入地表水灌溉，使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍化，并使浅层地下水变咸咸水区挖渠打井，降低地下水位，减少蒸发量，可使地下水淡化；或引区外淡的地表水合理补给地下水，可使地下水变淡人类活动对地下水化学成分的影响污染物排放地下基本成因类型及其化学特征溶滤水定义：由富含CO2和O2的水渗入补给并溶滤其所流经岩土而获得主要化学成分的地下水其成分受岩性、气候、地形等因素的影响。在大范围上，受气候控制而有分带性岩性石灰岩、白云岩区，水中HCO3-、Ca2+、Mg2+为主含石膏的沉积岩区，水中SO42-、Ca2+较多酸性岩浆岩区，多为HCO3—Na型水基性岩浆岩区，水中常富含Mg2+煤系地层、金属硫化物矿床分布区，多为硫酸盐水气候：控制地下水循环速率、蒸发强度

地形：控制地下水循环速率地下基本成因类型及其化学特征溶滤水定义：由富含CO2和O干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型干旱区山间盆地地下水化学分带最为典型定义：与沉积物大体同时形成由古地表水演变而成的古地下水。是在沉积过程中保存在沉积物空隙中的水例子：海相淤泥水海水：TDS~35g/L，γNa/γCl（毫克当量比）=0.85，Cl/Br（质量比）=29.3海相淤泥水：常含大量有机质和各种微生物，处于缺氧环境，利于生物化学作用。化学特征：

TDS很高，可达300g/LSO42-减少或消失出现H2S、CH4、铵、氮

pH值增高钙Ca2+含量相对增加，Na+减少，rNa/rCl<0.85

富集Br、I，Cl/Br变小 沉积水沉积水内生水定义：源自地球深部层圈的地下水，亦即来自地球内部在岩浆冷却等地质作用下形成的地下水典型化学特征不明俄罗斯花岗岩包体中水：TDS~100-200g/L

冰岛玄武岩区热蒸汽冷凝水：TDS1-2g/L，为HS·HCO3-Na型内生水地下水化学成分分析及其图示

地下水化学分析内容简分析：测试项目少、要求精度低。用于了解区域地下水化学成分概貌物理性质（温度、颜色、透明度、嗅味、味道等）、HCO3-,SO42-,Cl-,Ca2+,总硬度、pH值、TDS；NO3-,NO2-,NH4+,Fe2+,Fe3+,H2S、耗氧量。单位为mg/L,mmol/L等全分析：测试项目多、要求精度高。用于全面了解地下水化学成分化学成分HCO32-,CO32-,SO42-,Cl-,NO3-,NO2-；Ca2+,Mg2+,Na+,K+,NH4+,Fe2+,Fe3+,Mn2+；H2S、CO2、耗氧量；总硬度、pH值、TDS；微量元素、痕量元素；研究水的侵蚀性时需分水的侵蚀性CO2。单位为mg/Lmmol/L专项分析：视不同应用目的而定细菌类、放射性、重金属、有机组分等地下水化学成分分析及其图示地下水化学分析内容简分析：测水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件地下水化学特征分类及图示步骤：将阴、阳离子分别列于横线上、下，按离子含量的毫克当量百分数（meq%）自大到小依次排列毫克当量百分数小于10%的离子不予表示横线前依次表示特殊组分、气体、TDS（M），三者单位均为g/L

横线后为水温t（℃）库尔洛夫式以类似数学分式形式表示单个水样化学成分的含量和组成简明反应水化学成分特点地下水化学特征分类及图示步骤：库尔洛夫式水文地质学基础地下水的化学成分及其形成作用课件据地下水中6种主要离子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-，K+合并于Na+）及TDS划分将6种主要离子中毫克当量>25%的阴、阳离子组合为49型水，以阿拉伯数字为代号按TDS（M）的大小划分为4组A组——M≤1.5g/LB组——1.5＜M≤10g/LC组——10＜M≤40g/LD组——M＞40g/L将水化学类型用数字（1～49）与字母（A、B、C或D）组合表达，如1-A含量超过25%毫克当量的离子组合HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClClCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na7142128354249舒卡列夫分类优点简明易懂，在我国广泛应用从图表的左上角向右下角大体与地下水总的矿化作用过程一致缺点以25％毫克当量为划分水型的依据带有主观性；在分类中，对大于25％毫克当量的离子未反映其大小的次序，刻画水质变化不够细致据地下水中6种主要离子（Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3派珀三线图(Pipertrilineardiagram)任一水样的阴阳离子的相对含量在两个三角形中以带标号的圆圈表示，引线在菱形