5第五章 地下水与化.ppt

第五章 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 地下水的主要物理、化学性质 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分的分析内容、资料整理与分类图示 地下水的水质评价 概 述 地下水成分复杂 ①来源（补给成分复杂） ②下渗过程中与周围岩土产生溶滤作用（岩土成分复杂） 研究地下水化学成分的意义： ① 阐明地下水的起源、形成与分布规律； ② 阐明成矿机制，完善与丰富找矿理论 ； ③ 地下水质量评价。 研究学科 水文地球化学：研究地下水中化学元素迁移、集聚和分布规律的科学。 研究重点：地下水水质变化。 研究地下水化学成分应注意的问题： ⅰ 离不开地下水动力学的研究 ⅱ 要从与周围环境长期作用的观点出发 第1节 地下水的化学成分 组成地壳的87种主要元素，地下水中已发现70余种。分别以气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等形式存在于地下水中。 一、主要的气体成分 常见的有O2、 N2、CO2、CH4 及 H2S 氧（O2）、氮（N2） 来源： O2 主要来源于大气； N2 三个来源：大气、生物成因、变质成因。 氧（O2）、氮（N2）  来源：  O2 主要来源于大气；  N2 三个来源：大气、生物成因、变质成因。 二氧化碳（CO2） 来源： 大气：但含量较低，工业化城区含量高 生物：土壤有机质残骸的发酵作用与植物的呼吸作用 变质成因：地球深部高温高压下变质生成 人为CO2 ：工业发展造成（温室效应） 作用: 地下水中CO2越多，其溶解碳酸盐岩和对结晶岩进行风化作用的能力越强。 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4） H2S来源： 硫酸盐还原： 硫化矿物分解： 火山喷发。 H2S和CH4的存在表明还原环境 。 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。 二、主要离子成分 主要离子成分七种： 1、氯离子( ) （1）特点： 地下水中分布最广的离子，每升水中由数毫克至数百克不等。 在高矿化度水中， 常占优势。 不被植物吸收、不被土壤颗粒吸附、不易沉淀，最稳定，是水中含盐量多寡的标志。 图6-1 地下水流与矿化度关系 （三）、脱碳酸作用 概念：水中CO2的溶解度受环境的温度和压力控制。CO2的 溶解度随温度升高或压力降低而减小，一部分CO2便成为 游离CO2从水中逸出，这便是脱碳酸作用。 结果： 地下水中HCO3-及Ca2+、Mg2+减少，矿化度降低 ； Ca2++ 2HCO3-→CO2↑+ H2O+ CaCO3↓ Mg2++2HCO3-→CO2↑+ H2O+ MgCO3↓ 应用：深部地下水上升成泉，泉口往往形成钙华。 （四）、脱硫酸作用 概念：在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能 使SO42-还原为H2S，这就是脱硫酸作用 。在岩石含有 有机物质的情况下，碳氢化合物也可使硫酸盐还原。 SO42-+2C+2 H2O→H2S+2HCO3- 结果： 水中SO42-减少以至消失，HCO3-增加，PH值变大。 应用：封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸作用 的有利环境。因此，某些油田中出现H2S，而SO42-含量很低。 这一特征可以作为寻找油田的辅助标志。 （五）、阳离子交替吸附作用 概念：一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子， 而将原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，即为 阳离子交替吸附作用。 影响因素： ①岩土颗粒的比表面积 ； ②阳离子吸附于颗粒表面的能力： H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+ ③地下水中某种离子的相对浓度: 如, 海水入侵陆相，Na+浓度大，可以替代吸附在颗粒表面的Ca2+。 （六）、混合作用 概念： 成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来 两者都不相同的地下水，便是混合作用。 应用：在滨海地区，地下水往往是海水与大气降水渗入补给 混合作用的产物； 多层含水层结构的地下水，不同层地下水之间的补给 也可发生混合作用。 CaCl2＋Na2SO4 → CaSO4 ↓ +2NaCl 说明：对于不同成分的地下水，混合后是否发生混合作用， 取决于