【全套精品课件】水文地球化学基础.pptVIP

问题一：水文地球化学的基本含义 “水文地球化学”这一术语，1938年初次见之于文献，随后得到广泛的承认和使用，到二十世纪50年代成为一门独立的学科，但到目前为止尚无统一公认的定义。就目前本学科发展情况而言，其基本含义可以用四句话概括： 无论是内生循环还是外生循环都有地下水的参与。实际上，地下水本身是一种地质营力，它对地壳上部的风化、冲刷、淋滤、溶蚀、成岩、成盐、表生成矿和成壤以及对地壳深部的岩浆活动、变质、内生成矿和成岩，都有各种不同的影响。因此，水文地球化学的研究对象不仅是地下水本身，而且还应揭示地下水活动过程中各种水文地球化学作用对各种地质现象的影响和关系。 规律 1.高氧化态物质一般位于相应的低氧化态物质之上。 2.固态组分一般位于相应液态组分的右侧。 锰 在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿物有蔷薇辉石(MnSiO3)、锰橄榄石(Mn2SiO4) 、菱锰矿(MnCO3) 、软锰矿(MnO2) 、黑锰矿(Mn3O4) 、硫锰矿(MnS) 、方锰矿(MnO)及氢氧化物Mn(OH)3、 Mn(OH)2沉淀等。 锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受Eh-pH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形式有：Mn2+、MnO2、MnO(OH)、Mn3O4、MnCO3、Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 在简单的水溶液中， Mn2+在pH=8时开始水解并形成Mn(OH)+，高浓度时聚合成Mn2(OH)3+、Mn2(OH)3+。Mn3+不稳定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时， Mn6+可以MnO42-形式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH值得溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿(MnO2)及黑锰矿(Mn3O4) 。黑锰矿在酸性条件下可形成Mn2+及MnO2 。反应如下： 有关地下水中锰的含量如前所述，他们的较高含量是在酸性水中，它们可以在不同pH值、不同矿化度、不同的水化学类型中出现。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 2.3.2 宏量元素 钙、镁、钠、钾 这些元素都广泛分布于地壳中，主要存在于硅酸盐、碳酸盐及易溶盐类地层。 这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作用程度。 Ca2+、Mg2+在水中行为受CO2影响极大，碳酸平衡控制了它们的溶解、沉淀或过饱和状态。他们在水中的简单络合离子形式为：Ca2+、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、CaCl+、Ca(OH)+、Mg2+、Mg(OH)+、MgSO40、MgCO30、MgF+、MgHCO3+、MgCl+、MgCl20。 2.3.2 宏量元素 钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。他们的离子电位低，在水中大多呈水合离子形式。在简单水溶液中有下列络合离子形式：Na+、NaSO4-、NaCl0、Na2CO30、NaHCO30、NaOH0、NaCO3-、K+、KCl0、KOH0、KSO4-。 Na+及Cl-为高矿化水中的主要成分，钠在地壳中占2.36%，而在海水中，Na+占总含盐量的30%左右；钾在地壳中含量与钠类似，为2.09%，但在天然水中K+Na+，只有Na+含量的4%-10%，这是因为K+为营养元素易被植物吸收，但K+在海水中含量增高，可达390mg/L。 2.3.2 宏量元素 碳、硫 由于碳和硫的离子电位高，在水中易形成酸性络阴离子及络阴离子。 碳 碳主要来源于石灰岩、白云岩、泥灰岩等，其溶解度小，故在水中绝对含量低，含量的变化范围小。 碳是地下水中主要化学成分，受pH值影响很大。 2.3.2 宏量元素 在天然水中，当pH5时，碳主要以H2CO3出现；当pH=5-8时，主要以HCO3-形式出现；当pH8时，主要以CO32-形式出现。 在地下水中溶解的CO2气体，在水文地球化学环境中起重要作用，它控制了水的酸碱性，直接影响水中许多化学平衡，CO2-碳酸盐体系在研究大气圈、水圈、岩石圈的演变史上有特别重要的意义。 自然界中也广泛存在着有机碳成分，它们积极参与生物地球化学作用及碳的循环。 2.3.2 宏量元素 硫 SO42-是天然水中重要成分之一，它广泛分布了地表水、浅层地下水及承压水中。它来源于石膏等硫酸盐的溶解、硫化矿床氧化带氧化产物的溶解及低热温泉水中。 硫在水中有较多价态(-2、+4、+6)，形式多样。如： 2.3.2 宏量元素 硫在水中行为受Eh-pH平衡控制。在天然水稳定场内，主要是两个体系起作用，即H2S→SO42-及HS- →SO42-，可写出各种硫的平衡方程式： 假定∑S=10-3mol，并据ΔGf的热力学数据，