第四章 地下水化学成分的分类和分带

第四章地下水化学成分的分类和分带第1页，共19页，2023年，2月20日，星期三4.1地下水中元素（组分）的迁移4.2地下水化学成分分类4.3地下水化学成分的分带性目录第2页，共19页，2023年，2月20日，星期三4.1地下水中元素（组分）的迁移一、元素的迁移定义：元素由一种存在形式转变为另一种存在形式，并伴随着一定的空间位移的运动过程。

类型：机械迁移：水，空气（流动）化学与物理化学迁移：硅酸盐熔体，水及水溶液，气体生物或生物地球化学迁移：植物吸收（湿地法），根系CO2第3页，共19页，2023年，2月20日，星期三地下水是元素在地壳中迁移的重要介质；地下水中元素的迁移：

元素从矿物、岩浆、气体、生命体等物质转移到地下水；元素进入地下水后由于各种因素引起的迁移。元素的迁移作用是水文地球化学分带和地下水化学成分变化的制约因素；研究元素在地下水中的迁移是水文地球化学研究的重要内容之一。第4页，共19页，2023年，2月20日，星期三二、元素在地下水中的迁移形式

（一）元素在地下水中存在形式

（复习）水按所含成分的颗粒大小分类（复习）地下水中溶解组分的存在形式

问题：在地下水中，哪些元素在什么环境条件下以哪种形式存在呢？其主要控制因素有哪些？第5页，共19页，2023年，2月20日，星期三颗粒大小分类第6页，共19页，2023年，2月20日，星期三溶解组分的存在形式单一离子形式：Ca2+，

Mg2+,Na+,K+,Cl-,F-络阴离子形式：HCO3-,SO42-,

CO32

-,NO3

2

-复杂络合物（离子对）：有机，无机

无机组分i的总浓度Ci=∑C（游离离子）+∑C（无机络合物）∑C（有机络合物）｝游离离子第7页，共19页，2023年，2月20日，星期三主要取决于:(1)元素的离子性质（化学性质）

元素/离子离子在水中同H+争夺O2-的能力存在形式电价低的较大阳离子（碱金属、碱土金属）弱自由离子（单一离子）电价高的小阳离子(Cr,Al)强络阴离子（从OH-夺出O2-，并与之结合形成酸根）界于上两类的其它元素（两性元素）的离子(Fe,Mn,)稍弱或接近不固定（随溶液酸碱度变化）碱性溶液：络阴离子酸性溶液：自由离子或氢氧化物(2)还取决于地下水的酸碱度第8页，共19页，2023年，2月20日，星期三离子电位：以原子价单位表示的离子电荷Z（阳离子）与以埃表示的离子半径r之比。离子电位=Z（原子价）/r（离子半径）离子电位低的元素（离子）（Z/r<3)，自由离子（单一离子）离子电位高的元素（离子）（Z/r>12),络阴离子离子电位中等的元素（离子）（Z/r=3~12)，不固定；形成络合物第9页，共19页，2023年，2月20日，星期三

两性元素Fe3+Mn4+

U,Th,Sn,W形成络合物

不固定氢氧化物沉淀还取决于地下水的氧化还原电位第10页，共19页，2023年，2月20日，星期三（二）元素在地下水中的迁移形式（1）元素的真溶液迁移形式

在真溶液中，元素可以以自由离子、络阴离子和络合物的形式迁移；

许多成矿元素在溶液中是以络合物形式迁移的

第11页，共19页，2023年，2月20日，星期三成矿元素的简单化合物都是很难溶解的

（例如：成矿元素的硫化物溶解度很低；氧化物和含氧盐很难溶解），因此，如果金属和硫都是呈自由离子形式，则立即会超过化合物的溶度积而沉淀。那么金属硫矿床形成过程中元素是以什么形式迁移的？

许多元素的络合物比简单化合物在溶液中的溶解度明显增大。在热液和表生成矿溶液迁移过程中，这些元素呈络合物形式迁移。

例1：铀从UO2(OH)2

→[UO2(CO3)2]2-、[UO2(CO3)2(H2O)2]2-溶解度增大，沉淀条件也发生变化

例2：Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是锡、钨、钼在热液中可能的迁移形式。第12页，共19页，2023年，2月20日，星期三（2）胶体溶液迁移形式

胶体的性质：

比表面积大；（因此具有很大的表面能、表面电力和吸附能力）

胶体的质点带有一定电荷同一种胶体的质点在溶液中由于相同电荷排斥不易凝聚和沉淀,有利于元素迁移;胶体质点电荷被中和时,胶体就会发生凝聚和沉淀;胶体质点具有从介质中吸附各种元素的离子的能力,从而造成元素的集中或富集.第13页，共19页，2023年，2月20日，星期三三、标型元素及元素的水迁移环境（一）标型元素

对某种地球化学环境或地球化学过程的性质具有标识性的化学元素、离子和化合物，称为标型元素、标型离子和标型化合物。

标型元素分组（两个基本组）：

空气迁移的标型元素

水迁移的标型元素第14页，共19页，2023年，2月20日，星期三（二）空气迁移的标型元素

以气态形式迁移，氧、二氧化碳、硫化氢、甲烷等。空气迁移的标型元素（气体）主要影响（或反映）了表生过程的氧化还原条件。根据空气迁移元素的组成，可区分出表生带三种主要的氧化—还原环境：

氧化环境；无硫化氢的还原（潜育）环境；硫化氢还原环境

由硫化氢含量所决定，而不取决于氧化还原电位值。第15页，共19页，2023年，2月20日，星期三氧化还原环境特点标型元素氧化环境水中存在自由氧或其它强氧化剂；变价元素处于高度氧化状态（Fe3+,Mn4+,Cu2+,V5+,S6+）;岩体染成红、棕、黄色；Eh值一般﹥0.15V氧无硫化氢还原环境水中不含自由氧或其它强氧化剂或只含少量氧（﹤3mg/L),不含H2S（﹤1mg/L），含CO2；Fe,Mn处于低价态（Fe2+,Mn2+），易移动；岩体呈淡绿色、灰色和兰色；Eh值一般﹤0.15V二氧化碳；有的地方还有甲烷硫化氢还原环境水中不含自由氧或其它强氧化剂，但含大量H2S；Fe和其它许多金属不移动；Eh值一般﹤0V硫化氢；甲烷和其它碳氢化合物根据空气迁移元素组成划分的三种氧化还原环境第16页，共19页，2023年，2月20日，星期三（三）水迁移的标型元素

以真溶液或胶体迁移，Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Ca2+、Mg2+等

水迁移的标型元素在很大程度上决定着天然水的酸-碱条件。根据水迁移元素的组成，水迁移环境可划分为6个类型第17页，共19页，2023年，2月20日，星期三水迁移环境标型离子强酸型(pH﹤4)

标型离子是H+，局部为SO42-，Fe3+等，主要为硫化矿床氧化带的水酸型（4﹤

pH﹤6.5）标型离子是H+，有机酸阴离子中性和弱碱性重碳酸钙型（pH=6.5~8.5）标型离子是Ca2+和HCO3-中性和弱碱性氯化物—硫酸盐型标型离子是Cl-、SO42-和Na+中性和弱碱性石膏型标型离子是Ca2+和SO42-碱性苏打型（pH﹥8.5）

标型离子是HCO3-，Na+根据水迁移元素组成划分的水迁移环境类型第18页，共19页，2023年，2月20日，星期三四、地球化学垒

定义：表生带内在短距离内元素迁移的条件明显改变，并导致化学元素浓集的地段。

类