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1、会计学1水文地球化学水文地球化学(d qi hu xu)电子电子第一页，共114页。地下水基本地下水基本(jbn)成因类型成因类型n n按照地下水的形成起源可分为：按照地下水的形成起源可分为：n n溶滤溶滤-渗入水渗入水n n沉积沉积-埋藏水埋藏水n n同期沉积水同期沉积水n n非同期沉积水非同期沉积水n n含有含有(hn yu)一定比例的其一定比例的其他成因水他成因水n n内生水内生水第2页/共114页第二页，共114页。n n溶滤溶滤溶滤溶滤-渗入水渗入水渗入水渗入水n n溶滤溶滤溶滤溶滤-渗入水为大气起源，溶滤作用对地下水化学渗入水为大气起源，溶滤作用对地下水化学渗入水为大气起源，溶滤作
2、用对地下水化学渗入水为大气起源，溶滤作用对地下水化学成分的形成起重要作用。成分的形成起重要作用。成分的形成起重要作用。成分的形成起重要作用。n n沉积沉积沉积沉积-埋藏水埋藏水埋藏水埋藏水n n也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆地的特点。地的特点。地的特点。地的特点。n n在沉积在
3、沉积在沉积在沉积-埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演化阶段化阶段化阶段化阶段(jidun)(jidun)(jidun)(jidun)，下面以海相地层为例说明。，下面以海相地层为例说明。，下面以海相地层为例说明。，下面以海相地层为例说明。n n以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往复许多次。由此可见，沉积复许多次。由此可见，沉积复许多次。由此可见，沉积
4、复许多次。由此可见，沉积-埋藏水的形成过程及埋藏水的形成过程及埋藏水的形成过程及埋藏水的形成过程及其水化学成分是非常复杂的。其水化学成分是非常复杂的。其水化学成分是非常复杂的。其水化学成分是非常复杂的。l挤压阶段：淤泥、粘土中的沉积水受挤压进入含水层l渗入(shnr)阶段：沉积物出露地表，大气水或地表水入渗，并驱替沉积水，发生水交替作用l下一个挤压阶段：形成新的淤泥、粘土；含水层中的水由中心向盆地两侧运移地下水基本地下水基本(jbn)(jbn)成因成因类型类型第3页/共114页第三页，共114页。地下水基本成因地下水基本成因(chngyn)类型类型n n内生水内生水内生水内生水n n19021
5、902年捷克鸩斯提出年捷克鸩斯提出年捷克鸩斯提出年捷克鸩斯提出“初生水初生水初生水初生水”，即岩浆分异出来，即岩浆分异出来，即岩浆分异出来，即岩浆分异出来(ch li)(ch li)的水（岩浆水），认为该水首次流出地表，继而参与水圈总的水（岩浆水），认为该水首次流出地表，继而参与水圈总的水（岩浆水），认为该水首次流出地表，继而参与水圈总的水（岩浆水），认为该水首次流出地表，继而参与水圈总循环。循环。循环。循环。n n19401940年苏联奥弗琴尼柯夫认为岩浆中确有水存在，并可使地年苏联奥弗琴尼柯夫认为岩浆中确有水存在，并可使地年苏联奥弗琴尼柯夫认为岩浆中确有水存在，并可使地年苏联奥弗琴尼柯夫认
6、为岩浆中确有水存在，并可使地下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加，但不能认为地下水下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加，但不能认为地下水下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加，但不能认为地下水下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加，但不能认为地下水的储量是岩浆活动造成的；他将高温条件下矿物及岩石中结的储量是岩浆活动造成的；他将高温条件下矿物及岩石中结的储量是岩浆活动造成的；他将高温条件下矿物及岩石中结的储量是岩浆活动造成的；他将高温条件下矿物及岩石中结合态转变为游离态、并转入现代水圈的水称为合态转变为游离态、并转入现代水圈的水称为合态转变为游离态、并转入现代水圈的水称为合态转变为游离态、并转入现代水圈的水
7、称为“再生水再生水再生水再生水”。n n19751975年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出“深成水深成水深成水深成水”，包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的，积极参与区域变，包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的，积极参与区域变，包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的，积极参与区域变，包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的，积极参与区域变质作用、接触交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，以及质作用、接触交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，以及质作用、接触交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，以及
8、质作用、接触交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，以及以上作用终止后从岩石中脱出的再生水。这部分水仅当存在以上作用终止后从岩石中脱出的再生水。这部分水仅当存在以上作用终止后从岩石中脱出的再生水。这部分水仅当存在以上作用终止后从岩石中脱出的再生水。这部分水仅当存在适当通道时，才溢出地表。适当通道时，才溢出地表。适当通道时，才溢出地表。适当通道时，才溢出地表。第4页/共114页第四页，共114页。地下水基本地下水基本(jbn)成因类型成因类型 渗入成因的（溶滤-渗入水）外生的 沉积成因的（沉积-埋藏水）地下水 变质成因的（变质水、再生水）内生的 岩浆成因的（初生水、岩浆水）混合第5页/共114页第五
9、页，共114页。渗入渗入(shnr)成因地下成因地下水水第6页/共114页第六页，共114页。渗入成因渗入成因(chngyn)地下水成分的形成过程地下水成分的形成过程n n渗入成因地下水的形成经历了：渗入成因地下水的形成经历了：n n大气降水阶段大气降水阶段n n植物植物-土壤影响土壤影响(yngxing)阶阶段段n n水水-岩相互作用阶段岩相互作用阶段n n蒸发浓缩阶段蒸发浓缩阶段第7页/共114页第七页，共114页。一、大气一、大气(dq)降水阶降水阶段段n n大气降雨的一般成分特征大气降雨的一般成分特征n n气体气体n n可溶性气体（可溶性气体（O2,CO2,N2等）等）及惰性气体及惰性
10、气体n n侵蚀性侵蚀性n nCO2溶于水后，形成碳酸，降溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的低了雨水的pH值，提高了它值，提高了它的侵蚀性的侵蚀性n n弱酸弱酸-中性，未饱和，矿化度中性，未饱和，矿化度低低强的溶解能力强的溶解能力n n人类活动促使大气降水聚集各人类活动促使大气降水聚集各类金属、有机化合物及各种类金属、有机化合物及各种(zhn)盐类，改变了雨水盐类，改变了雨水的矿化度、成分、氧化的矿化度、成分、氧化-还原还原性质、侵蚀性等。（例如酸雨性质、侵蚀性等。（例如酸雨pH5.65）第8页/共114页第八页，共114页。一、大气一、大气(dq)降水阶降水阶段段n n不同地区的大气降雨成分不同
11、不同地区的大气降雨成分不同n n近海地区：近海地区：n n受风卷送的海水飞沫等影响，受风卷送的海水飞沫等影响，其其Na，Cl，Br，I 等含量相对等含量相对增高，在海边的雨水的矿化度增高，在海边的雨水的矿化度可超过可超过0.1g/l。n n内陆湿润地区：内陆湿润地区：n n雨水是无色、无味雨水是无色、无味(wwi)的，的，所含离子主要为所含离子主要为Ca2+和和HCO3-，矿化度一般为，矿化度一般为0.0n克克/升。升。n n内陆干旱地区：内陆干旱地区：n n雨水中杂质比较多，矿化度可雨水中杂质比较多，矿化度可达达0.n克克/升。升。第9页/共114页第九页，共114页。二、植物二、植物(zh
12、w)-土壤影土壤影响阶段响阶段n n植物植物植物植物n n雨水流经植物根部时，经常会富集一些雨水流经植物根部时，经常会富集一些雨水流经植物根部时，经常会富集一些雨水流经植物根部时，经常会富集一些植物中的生物成因元素植物中的生物成因元素植物中的生物成因元素植物中的生物成因元素n n19551955年瑞典年瑞典年瑞典年瑞典Gorham Gorham 作了一个作了一个作了一个作了一个(y)(y)比较比较比较比较研究，在松柏针叶树树根下采的雨水样研究，在松柏针叶树树根下采的雨水样研究，在松柏针叶树树根下采的雨水样研究，在松柏针叶树树根下采的雨水样与当地空中采的雨水样相比，发现，经与当地空中采的雨水样相
13、比，发现，经与当地空中采的雨水样相比，发现，经与当地空中采的雨水样相比，发现，经过植物的雨水的钠和钙含量高出过植物的雨水的钠和钙含量高出过植物的雨水的钠和钙含量高出过植物的雨水的钠和钙含量高出3 3倍，钾倍，钾倍，钾倍，钾则高出则高出则高出则高出1717倍。倍。倍。倍。第10页/共114页第十页，共114页。二、植物二、植物-土壤土壤(trng)影响阶影响阶段段n n土壤是一个消耗水中土壤是一个消耗水中DO的的“酸性泵酸性泵”n n土壤中存在大量碳酸，来源于土壤中存在大量碳酸，来源于n n大气中的大气中的CO2n n光合作用光合作用土壤中的有机物土壤中的有机物CO2、NH3等强反应物等强反应物
14、n n根系植物的呼吸作用根系植物的呼吸作用n n嫌氧条件下硫酸盐、硝酸盐可嫌氧条件下硫酸盐、硝酸盐可被有机物还原，产生被有机物还原，产生CO2n n土壤的生物化学土壤的生物化学(shn w hu xu)作用产生许多有机酸，作用产生许多有机酸，如富里酸、腐殖酸如富里酸、腐殖酸n nDO与黄铁矿、锰结核等土壤与黄铁矿、锰结核等土壤中的矿物相反应也是酸性物质中的矿物相反应也是酸性物质的来源之一的来源之一第11页/共114页第十一页，共114页。二、植物二、植物(zhw)-土壤影土壤影响阶段响阶段n n土壤的氧化还原条件改变土壤的氧化还原条件改变(gibin)金属元素的价态金属元素的价态n n氧化条件
15、下氧化条件下n nAs、Fe、Mn形成难溶化合物，形成难溶化合物，阻碍其随地下水迁移，并减小阻碍其随地下水迁移，并减小了对农作物的危害了对农作物的危害n nCr、Zn、Cu、Cd形成易溶化形成易溶化合物，有利于其随地下水迁移，合物，有利于其随地下水迁移，并加强了对农作物的危害并加强了对农作物的危害n n还原条件下还原条件下n nAs、Fe、Mn形成易溶化合物，形成易溶化合物，有利于其随地下水迁移，并加有利于其随地下水迁移，并加强了对农作物的危害强了对农作物的危害n nCr、Zn、Cu、Cd形成难溶化形成难溶化合物，阻碍其随地下水迁移，合物，阻碍其随地下水迁移，并减小了对农作物的危害并减小了对农
16、作物的危害第12页/共114页第十二页，共114页。二、植物二、植物-土壤影土壤影响响(yngxing)阶阶段段n n经过植物经过植物-土壤的地下水的特征土壤的地下水的特征n n含有数量可观的碳酸含有数量可观的碳酸n n未被氧化的有机化合物的进一未被氧化的有机化合物的进一步分解将使水中碳酸进一步提步分解将使水中碳酸进一步提高高n n相对于碳酸盐矿物与原生相对于碳酸盐矿物与原生(yun shn)铝硅酸盐矿物，远未达铝硅酸盐矿物，远未达到饱和状态，即具有强溶解能到饱和状态，即具有强溶解能力；力；n n上述特征决定了地下水具有很上述特征决定了地下水具有很强的与围岩介质发生反应的能强的与围岩介质发生反
17、应的能力。力。第13页/共114页第十三页，共114页。三、水三、水-岩相互作用阶岩相互作用阶段段(jidun)n n水与岩石的相互作用取决于水与岩石的相互作用取决于n n岩石（或矿物）的组成岩石（或矿物）的组成n n地下水的成分地下水的成分n n环境的热力学条件环境的热力学条件(tiojin)：如温度、压力，氧化还原条件：如温度、压力，氧化还原条件(tiojin)等等n n水水-岩地球化学作用类型岩地球化学作用类型n n溶解溶解-沉淀作用沉淀作用n n离子交换作用离子交换作用n n氧化还原作用氧化还原作用第14页/共114页第十四页，共114页。n n在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区
18、，岩石中在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，岩石中在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，岩石中在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，岩石中的各种盐类在溶滤作用下依次溶出的各种盐类在溶滤作用下依次溶出的各种盐类在溶滤作用下依次溶出的各种盐类在溶滤作用下依次溶出n n 氯化物溶出，形成氯化物型水氯化物溶出，形成氯化物型水氯化物溶出，形成氯化物型水氯化物溶出，形成氯化物型水出现于含盐层及出现于含盐层及出现于含盐层及出现于含盐层及盐渍化区盐渍化区盐渍化区盐渍化区n n 硫酸盐及残余氯化物溶出，形成硫酸盐型水硫酸盐及残余氯化物溶出，形成硫酸盐型水硫酸盐及残余氯化物溶出，形成硫酸盐型水硫酸盐
19、及残余氯化物溶出，形成硫酸盐型水出出出出现于干旱、半干旱大陆区和石膏区现于干旱、半干旱大陆区和石膏区现于干旱、半干旱大陆区和石膏区现于干旱、半干旱大陆区和石膏区n n 易溶盐大部分溶出后，含易溶盐大部分溶出后，含易溶盐大部分溶出后，含易溶盐大部分溶出后，含CO2CO2的水使碳酸盐和铝硅的水使碳酸盐和铝硅的水使碳酸盐和铝硅的水使碳酸盐和铝硅酸盐产生酸盐产生酸盐产生酸盐产生(chnshng)(chnshng)不全等溶解，形成重碳酸型水不全等溶解，形成重碳酸型水不全等溶解，形成重碳酸型水不全等溶解，形成重碳酸型水出现于陆源沉积的近海区、碱土区和火山岩区出现于陆源沉积的近海区、碱土区和火山岩区出现于陆
20、源沉积的近海区、碱土区和火山岩区出现于陆源沉积的近海区、碱土区和火山岩区n n 当硅酸盐被溶滤时，可形成含硅酸、当硅酸盐被溶滤时，可形成含硅酸、当硅酸盐被溶滤时，可形成含硅酸、当硅酸盐被溶滤时，可形成含硅酸、Fe3+Fe3+较高的重较高的重较高的重较高的重碳酸型水碳酸型水碳酸型水碳酸型水出现于风化强烈的湿热气候区出现于风化强烈的湿热气候区出现于风化强烈的湿热气候区出现于风化强烈的湿热气候区三、水三、水-岩相互作用阶岩相互作用阶段段(jidun)溶滤作溶滤作用用第15页/共114页第十五页，共114页。n n阳离子交换阳离子交换(jiohun)作用作用n nCa2+2Nax 2Na+Caxn n
21、Mg2+2Nax 2Na+Mgxn n阴离子交换阴离子交换(jiohun)作用作用n nMuscovite n nKAl2 AlSi3O10 F2+2OH-=KAl2 AlSi3O10 OH2+2F-n nBiotiten nKMg3 AlSi3O10 F2+2OH-=KMg AlSi3O10 OH2+2F-三、水三、水三、水三、水-岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段离子交换离子交换离子交换离子交换(l(l z jio hun)z jio hun)作用作用作用作用第16页/共114页第十六页，共114页。n n以富含以富含以富含以富含O2O2的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为
22、例的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为例的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为例的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为例n n沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成(xngchng)Fe2+(xngchng)Fe2+与与与与SO42-SO42-n n上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成CO2CO2，并进，并进，并进，并进一步促进碳酸盐岩的溶解，形成一步促进碳酸盐岩的溶解，形成一步促进碳酸盐岩的溶解，形成一
23、步促进碳酸盐岩的溶解，形成(xngchng)SO4.HCO3(xngchng)SO4.HCO3型型型型水；若无碳酸岩存在，则形成水；若无碳酸岩存在，则形成水；若无碳酸岩存在，则形成水；若无碳酸岩存在，则形成(xngchng)SO4(xngchng)SO4型水型水型水型水n n在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，pHpH增高，可析出氢氧化铁沉淀增高，可析出氢氧化铁沉淀增高，可析出氢氧化铁沉淀增高，可析出氢氧化铁沉淀n n以沉积层中含有机物为例
24、以沉积层中含有机物为例以沉积层中含有机物为例以沉积层中含有机物为例n n地下水中的地下水中的地下水中的地下水中的SO42-SO42-被还原为被还原为被还原为被还原为H2SH2Sn n地下水中含地下水中含地下水中含地下水中含H2SH2S气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道n nSO42-+2C+2 H2O SO42-+2C+2 H2O H2S+2HCO3-H2S+2HCO3-三、水三、水三、水三、水-岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段(jidun)(jidun)氧氧氧氧化还原作用化还原作用化还原作用
25、化还原作用第17页/共114页第十七页，共114页。n nPHREEQC的应用的应用课堂课堂案例案例(n l)2：n n黄铁矿的氧化黄铁矿的氧化n nPHREEQC的应用的应用课堂课堂案例案例(n l)3：n n脱硫酸过程脱硫酸过程三、水三、水三、水三、水-岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段岩相互作用阶段(jidun)(jidun)氧氧氧氧化还原作用化还原作用化还原作用化还原作用第18页/共114页第十八页，共114页。Al,Fe,Mn的氢氧化物SiO2和粘土矿物Al,Fe,Mn的磷酸盐Ca和Mg的碳酸盐CaSO4（石膏(shgo)）Na2SO4（芒硝）Na,K的氯化物Mg的氯化物Na
26、,K和Ca的硝酸盐硅酸(u sun)-重碳酸型水重碳酸-钙镁水苏打水Na2SO4型水Cl-Na水水中盐类析出(xch)顺序地下水化学成分变化四、蒸发浓缩阶段第19页/共114页第十九页，共114页。表生带地下水化学成分表生带地下水化学成分特征特征(tzhng)n n表生带的概念表生带的概念表生带的概念表生带的概念n n地球表部存在生物活动的圈带，包括地球表部存在生物活动的圈带，包括地球表部存在生物活动的圈带，包括地球表部存在生物活动的圈带，包括(boku)(boku)大气圈、水圈、生物圈等大气圈、水圈、生物圈等大气圈、水圈、生物圈等大气圈、水圈、生物圈等n n表生带是赋存渗入成因水的主要场所表
27、生带是赋存渗入成因水的主要场所表生带是赋存渗入成因水的主要场所表生带是赋存渗入成因水的主要场所n n表生带地下水具有分带性表生带地下水具有分带性表生带地下水具有分带性表生带地下水具有分带性n n水文地球化学分带性水文地球化学分带性水文地球化学分带性水文地球化学分带性地下水化学成分地下水化学成分地下水化学成分地下水化学成分在空间变化的规律性在空间变化的规律性在空间变化的规律性在空间变化的规律性n n自然地理分带自然地理分带自然地理分带自然地理分带水平分带水平分带水平分带水平分带n n地质分带地质分带地质分带地质分带 垂直分带垂直分带垂直分带垂直分带第20页/共114页第二十页，共114页。n n
28、渗入成因的溶滤潜水渗入成因的溶滤潜水渗入成因的溶滤潜水渗入成因的溶滤潜水n n弱酸性、重碳酸钙镁淡水弱酸性、重碳酸钙镁淡水弱酸性、重碳酸钙镁淡水弱酸性、重碳酸钙镁淡水n n库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫(lu f)(lu f)式式式式n n大陆盐化的潜水大陆盐化的潜水大陆盐化的潜水大陆盐化的潜水n n微咸、弱碱、硫酸盐微咸、弱碱、硫酸盐微咸、弱碱、硫酸盐微咸、弱碱、硫酸盐-氯化物氯化物氯化物氯化物-重碳酸重碳酸重碳酸重碳酸-钠钙镁钠钙镁钠钙镁钠钙镁n n库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫(lu f)(lu f)式式式式n n两种水两种水两种水两种水4:14:1混合混合混合混合n n重碳酸重碳酸
29、重碳酸重碳酸-硫酸硫酸硫酸硫酸-钙钠镁水钙钠镁水钙钠镁水钙钠镁水n n库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫库尔洛夫(lu f)(lu f)式式式式表生带地下水的平均表生带地下水的平均(pngjn)化学成分特征化学成分特征第21页/共114页第二十一页，共114页。表生带地下水化学成分表生带地下水化学成分特征特征(tzhng)n n表生带地下水的分带性受下列表生带地下水的分带性受下列因素因素(yn s)影响影响n n一级因素一级因素(yn s)：气候：气候n n二级因素二级因素(yn s)：植被：植被n n三级因素三级因素(yn s)：岩性：岩性n n气候是控制表生带地下水分带气候是控制表生带地下水分带性最
30、宏观一级的因素性最宏观一级的因素(yn s)n n我国自东南向西北矿化度渐高，我国自东南向西北矿化度渐高，重碳酸水重碳酸水硫酸盐水硫酸盐水氯化物氯化物水水浓缩为主的卤水浓缩为主的卤水第22页/共114页第二十二页，共114页。植被植被植被植被(zhbi)(zhbi)是控制表生带地下水分带性的次一是控制表生带地下水分带性的次一是控制表生带地下水分带性的次一是控制表生带地下水分带性的次一级因素级因素级因素级因素n n所有水样点均位于粘土所有水样点均位于粘土所有水样点均位于粘土所有水样点均位于粘土矿物稳定区内，而不位矿物稳定区内，而不位矿物稳定区内，而不位矿物稳定区内，而不位于原生铝硅酸盐矿物饱于原
31、生铝硅酸盐矿物饱于原生铝硅酸盐矿物饱于原生铝硅酸盐矿物饱和区内，表明在表生带和区内，表明在表生带和区内，表明在表生带和区内，表明在表生带地下水与铝硅酸盐矿物地下水与铝硅酸盐矿物地下水与铝硅酸盐矿物地下水与铝硅酸盐矿物普遍反应普遍反应普遍反应普遍反应(fnyng)(fnyng)生生生生成粘土矿物。成粘土矿物。成粘土矿物。成粘土矿物。n n在草原区，蒙脱石化现在草原区，蒙脱石化现在草原区，蒙脱石化现在草原区，蒙脱石化现象比较常见；而在森林象比较常见；而在森林象比较常见；而在森林象比较常见；而在森林区，高岭石化现象比较区，高岭石化现象比较区，高岭石化现象比较区，高岭石化现象比较常见。常见。常见。常见
32、。n n草原区与森林草原区的草原区与森林草原区的草原区与森林草原区的草原区与森林草原区的水样对方解石表现为饱水样对方解石表现为饱水样对方解石表现为饱水样对方解石表现为饱和或接近饱和，在上述和或接近饱和，在上述和或接近饱和，在上述和或接近饱和，在上述区域易形成苏打水。区域易形成苏打水。区域易形成苏打水。区域易形成苏打水。1、大气降水；2、森林带的沼泽；3、热带(rdi)森林；4、热带(rdi)草原；5、亚热带(rdi)森林；6、亚热带(rdi)草原；7、永冻原始森林；8、高山；9、山区森林；10、山区草原；11、混合林带；12、南方原始森林；13、森林草原；14、温带草原第23页/共114页第二
33、十三页，共114页。不同岩性地区不同岩性地区地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)、演化、演化n n碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区n n复杂复杂(fz)沉积岩地区沉积岩地区n n结晶岩地区结晶岩地区第24页/共114页第二十四页，共114页。碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区(dq)地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成和特征和特征n n碳酸盐岩约占地表沉积岩分布面积的碳酸盐岩约占地表沉积岩分布面积的碳酸盐岩约占地表沉积岩分布面积的碳酸盐岩约占地表沉积岩分布面积的20%20%n n我国碳酸盐岩分布面积占整个国土面积的我国碳酸盐岩分布面积占整个国土面积的我国碳酸盐岩分布面积占整个国土面积的
34、我国碳酸盐岩分布面积占整个国土面积的1/31/3，以西南地区与华北地区最为发育。，以西南地区与华北地区最为发育。，以西南地区与华北地区最为发育。，以西南地区与华北地区最为发育。n n主要分布于主要分布于主要分布于主要分布于Z Z、OO、D D、n n C C、P P、T T及部分及部分及部分及部分J J、KK和和和和N Nn n 的海相的海相的海相的海相(hi xing)(hi xing)地层中。地层中。地层中。地层中。第25页/共114页第二十五页，共114页。第26页/共114页第二十六页，共114页。碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区(dq)地下水组分形成的影响因素地下水组分形成的影响因素n n地
35、下水化学成分的形成与地下水化学成分的形成与方解石和白云石的溶解方解石和白云石的溶解-沉沉淀过程密切相关淀过程密切相关:n n受岩溶地下水系统开、闭受岩溶地下水系统开、闭性的影响性的影响n n受水与矿物的相遇顺序影受水与矿物的相遇顺序影响响n n受其他受其他(qt)矿物的影响矿物的影响n n受地下水中其他受地下水中其他(qt)组组分的影响分的影响n n受地下水流动过程中环境受地下水流动过程中环境温度的影响温度的影响第27页/共114页第二十七页，共114页。岩溶岩溶(ynrng)地下水地下水系统系统开闭性对地下水的影响开闭性对地下水的影响n n大气圈中的大气圈中的大气圈中的大气圈中的CO2CO2
36、分压一般为分压一般为分压一般为分压一般为10-3.510-3.5巴；包气带的巴；包气带的巴；包气带的巴；包气带的CO2CO2分压在分压在分压在分压在10-10-2 2巴左右；而地下水中巴左右；而地下水中巴左右；而地下水中巴左右；而地下水中CO2CO2分压值变化较大，一般在分压值变化较大，一般在分压值变化较大，一般在分压值变化较大，一般在10-110-310-110-3巴之间，生物巴之间，生物巴之间，生物巴之间，生物(shngw)(shngw)的呼吸作用及其分解都会产生的呼吸作用及其分解都会产生的呼吸作用及其分解都会产生的呼吸作用及其分解都会产生CO2CO2。n n闭系统：系统与大气没有闭系统：
37、系统与大气没有闭系统：系统与大气没有闭系统：系统与大气没有CO2CO2交换，水与碳酸盐矿物之间的溶交换，水与碳酸盐矿物之间的溶交换，水与碳酸盐矿物之间的溶交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解反应所消耗的解反应所消耗的解反应所消耗的解反应所消耗的CO2CO2得不到补充，这类系统称为得不到补充，这类系统称为得不到补充，这类系统称为得不到补充，这类系统称为“闭系统闭系统闭系统闭系统”。其特征是，其特征是，其特征是，其特征是，Ca2+Ca2+、HCO3-HCO3-浓度较低，而浓度较低，而浓度较低，而浓度较低，而pHpH较高；达到溶解平较高；达到溶解平较高；达到溶解平较高；达到溶解平衡后，衡后，衡后，衡后，C
38、O2CO2分压值小于原始值。分压值小于原始值。分压值小于原始值。分压值小于原始值。n n开系统：系统与大气有开系统：系统与大气有开系统：系统与大气有开系统：系统与大气有CO2CO2交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解反应所消耗的反应所消耗的反应所消耗的反应所消耗的CO2CO2可不断得到补充，这类系统称为可不断得到补充，这类系统称为可不断得到补充，这类系统称为可不断得到补充，这类系统称为“开系统开系统开系统开系统”。其特征是，。其特征是，。其特征是，。其特征是，Ca2+Ca2+、HCO3-HCO3-较高，而较高，
39、而较高，而较高，而pHpH值较低；水中值较低；水中值较低；水中值较低；水中CO2CO2分压一般保持定值，其范围一般在分压一般保持定值，其范围一般在分压一般保持定值，其范围一般在分压一般保持定值，其范围一般在10-2-10-310-2-10-3巴之间。巴之间。巴之间。巴之间。第28页/共114页第二十八页，共114页。岩溶地下水系统岩溶地下水系统(xtng)开闭性对地下水的影响开闭性对地下水的影响n n开系统开系统n n特征：特征：PCO2基本基本(jbn)保持保持不变不变n n判据判据n n流量、水位动态对旱雨季响应流量、水位动态对旱雨季响应明显明显n n地下水中有来自地表的污染物地下水中有来
40、自地表的污染物（NO3、Cl、细菌）、细菌）n n地下水中的计算地下水中的计算PCO2高于大高于大气气PCO2第29页/共114页第二十九页，共114页。岩溶地下水系统岩溶地下水系统开闭开闭(ki b)性对地下水的影响性对地下水的影响n n开系统开系统开系统开系统n nPCO2PCO2保持保持保持保持(boch)(boch)不变，方解石白不变，方解石白不变，方解石白不变，方解石白云石不断溶解至饱和云石不断溶解至饱和云石不断溶解至饱和云石不断溶解至饱和n nLg(HCO3)Lg(HCO3)与与与与pHpH呈线形关系呈线形关系呈线形关系呈线形关系n nHCO3,Ca,TDSHCO3,Ca,TDS高
41、，高，高，高，pHpH低，低，低，低，SI SI 1 1n n泉华：开系统中的地下水以泉出露地泉华：开系统中的地下水以泉出露地泉华：开系统中的地下水以泉出露地泉华：开系统中的地下水以泉出露地表（从溶洞流出），表（从溶洞流出），表（从溶洞流出），表（从溶洞流出），CO2CO2溢出，溢出，溢出，溢出，Pco2Pco2降低，在泉口附近形成降低，在泉口附近形成降低，在泉口附近形成降低，在泉口附近形成CaCO3 CaCO3 或或或或 CaMg(CO3)2 CaMg(CO3)2 沉淀沉淀沉淀沉淀第30页/共114页第三十页，共114页。岩溶地下水系统岩溶地下水系统(xtng)开闭性对地下水的影响开闭性对地
42、下水的影响n n闭系统闭系统(xtng)n n特征：特征：PCO2不断下降。不断下降。n n判据判据n n流量、水位动态对旱雨季无明流量、水位动态对旱雨季无明显响应显响应n n地下水中无来自地表的污染物地下水中无来自地表的污染物（NO3、Cl、细菌）、细菌）n n地下水中计算地下水中计算PCO2较低较低第31页/共114页第三十一页，共114页。岩溶地下水系统岩溶地下水系统开闭开闭(ki b)性对地下性对地下水的影响水的影响n n闭系统闭系统闭系统闭系统n nPCO2PCO2快速下降，对方解快速下降，对方解快速下降，对方解快速下降，对方解石白云石溶解能力降低，石白云石溶解能力降低，石白云石溶解
43、能力降低，石白云石溶解能力降低，达到饱和相对困难达到饱和相对困难达到饱和相对困难达到饱和相对困难n nHCO3HCO3与与与与pHpH呈非线性呈非线性呈非线性呈非线性,pH,pH增加增加增加增加HCO3HCO3增加很少增加很少增加很少增加很少n nHCO3,Ca,TDSHCO3,Ca,TDS低，低，低，低，pHpH高，高，高，高，SI1SI88）出露地表后变化出露地表后变化形成泉华形成泉华一般无泉华一般无泉华地下水组分变化大地下水组分变化大地下水组分变化小地下水组分变化小第33页/共114页第三十三页，共114页。岩溶地下水系统岩溶地下水系统(xtng)矿物溶解顺序对地下水矿物溶解顺序对地下水
44、的影响的影响n n地下水流动过程中所遇到的矿地下水流动过程中所遇到的矿物的顺序不同，将会导致物的顺序不同，将会导致(dozh)地下水化学组分的差地下水化学组分的差异异n n3种溶解顺序种溶解顺序n n白云石白云石方解石方解石n n方解石方解石白云石白云石n n同步溶解同步溶解第34页/共114页第三十四页，共114页。n n第一种溶解顺序：白云石第一种溶解顺序：白云石方方解石解石n n先遇白云石，饱和后，再遇方先遇白云石，饱和后，再遇方解石解石n n对于以上的溶解顺序，地下水对于以上的溶解顺序，地下水温度将对水化学过程产生影响温度将对水化学过程产生影响n n原因原因n nKc=Ca2+CO32
45、-n nKd=Ca2+Mg2+CO32-2 Ca2+CO32-2n nT=10C时，时，Kd =Kcn nt Kc；即白；即白云石饱和后，水流经方解石时云石饱和后，水流经方解石时出现沉淀出现沉淀n nt 10C时，时，Kd 白云白云石，故方解石先饱和而沉淀，石，故方解石先饱和而沉淀，白云石继续溶解；白云石继续溶解；n n结果：地下水中的结果：地下水中的Ca2+与与Mg2+的摩尔浓度之比初始值的摩尔浓度之比初始值高，后来逐渐渐低；高，后来逐渐渐低；n n如果白云石含量远大于方解石如果白云石含量远大于方解石（如灰质白云岩），白云石将（如灰质白云岩），白云石将先达到饱和，此时，方解石的先达到饱和，此
46、时，方解石的溶解就更难了，最终形成的地溶解就更难了，最终形成的地下水中的下水中的Ca2+与与Mg2+的摩尔的摩尔浓度之比可能浓度之比可能(knng)小于前小于前一种情况。一种情况。n n若方解石、白云石均达到溶解若方解石、白云石均达到溶解平衡，则平衡，则第37页/共114页第三十七页，共114页。碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区其他因素其他因素(yn s)对地对地下水的影响下水的影响n n地下水温度的影响地下水温度的影响地下水温度的影响地下水温度的影响n n大多数矿物的溶解度随温度增加而增大，但碳酸盐岩区的大多数矿物的溶解度随温度增加而增大，但碳酸盐岩区的大多数矿物的溶解度随温度增加而增大，但碳酸盐岩
47、区的大多数矿物的溶解度随温度增加而增大，但碳酸盐岩区的主要矿物方解石与白云石恰好相反，而且溶解度随水温变主要矿物方解石与白云石恰好相反，而且溶解度随水温变主要矿物方解石与白云石恰好相反，而且溶解度随水温变主要矿物方解石与白云石恰好相反，而且溶解度随水温变化较大。化较大。化较大。化较大。n n对碳酸盐岩区而言，在地下水流动过程中，若沿流径水温对碳酸盐岩区而言，在地下水流动过程中，若沿流径水温对碳酸盐岩区而言，在地下水流动过程中，若沿流径水温对碳酸盐岩区而言，在地下水流动过程中，若沿流径水温增加，则水中钙、重碳酸、增加，则水中钙、重碳酸、增加，则水中钙、重碳酸、增加，则水中钙、重碳酸、TDSTDS
48、等可能不遵循含量随流程增等可能不遵循含量随流程增等可能不遵循含量随流程增等可能不遵循含量随流程增加而升高的规律；与此相反，由低温区到高温区，可能产加而升高的规律；与此相反，由低温区到高温区，可能产加而升高的规律；与此相反，由低温区到高温区，可能产加而升高的规律；与此相反，由低温区到高温区，可能产生生生生(chnshng)(chnshng)方解石和白云石沉淀，地下水的方解石和白云石沉淀，地下水的方解石和白云石沉淀，地下水的方解石和白云石沉淀，地下水的TDSTDS下降。下降。下降。下降。n n例如，融雪季节时地表附近对方解石饱和的低温水下渗至例如，融雪季节时地表附近对方解石饱和的低温水下渗至例如，
49、融雪季节时地表附近对方解石饱和的低温水下渗至例如，融雪季节时地表附近对方解石饱和的低温水下渗至地下常温带时，将达到过饱和，从而产生地下常温带时，将达到过饱和，从而产生地下常温带时，将达到过饱和，从而产生地下常温带时，将达到过饱和，从而产生(chnshng)CaCO3(chnshng)CaCO3沉淀，地下水中的沉淀，地下水中的沉淀，地下水中的沉淀，地下水中的TDSTDS将小于地表附近的入渗水。将小于地表附近的入渗水。将小于地表附近的入渗水。将小于地表附近的入渗水。第38页/共114页第三十八页，共114页。碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区其他其他(qt)因素对地下因素对地下水的影响水的影响n n含水层中
50、其他矿物的影响含水层中其他矿物的影响含水层中其他矿物的影响含水层中其他矿物的影响n n不纯不纯不纯不纯(b chn)(b chn)的灰岩与白云岩含石膏与硬石膏；的灰岩与白云岩含石膏与硬石膏；的灰岩与白云岩含石膏与硬石膏；的灰岩与白云岩含石膏与硬石膏；n n石膏与硬石膏的存在将引起同离子效应，使石膏与硬石膏的存在将引起同离子效应，使石膏与硬石膏的存在将引起同离子效应，使石膏与硬石膏的存在将引起同离子效应，使HCO3-HCO3-含量下降。含量下降。含量下降。含量下降。n n地下水中其他组分的影响地下水中其他组分的影响地下水中其他组分的影响地下水中其他组分的影响n n埋藏型碳酸盐岩区，入渗水经过土壤