水文地球化学总复习

地下水：

水文循环： 地质循环：
贮存于地下岩土空隙中的水；地球内部各种相态水的总称。 地壳中水的地球化学循环含义：在沉积-变质过程（作用）有次序、有方向的发展
中，在岩石、有机物、气体经历的地球化学改造中，导致水的直接参与，产生水的分 解和合成等作用与现象的总和。
地下水圈的水文物理分带：
固体水带、 液体水带、 具有聚群态结构的实流体带 单分子带、 离解分子带。
水的结构
良好的溶解性能
天然水 组成复杂的溶液

第一组指标 体现水的质量 总溶解固体、含盐量、 硬度 第二组指标 水体环境状态 COD、BOD、TOC、Eh 第三组指标 表征水酸碱平衡 碱度(碳酸盐碱度)、 酸度(离子酸度)


水质分析结果的可靠性检验
库尔洛夫式
1.阴阳离子平衡的检验： 2. 分析结果中一些计算值的检验 总溶解固体、总硬度、25 3.根据碳酸平衡关系的检验 pH=8.34
水强烈交替带（上部带）、水缓慢交替带（中部带）、水消极交替带（下部带）
承压水盆地三个水文地质动力分带：
承压水盆地的水化学成分的分带
水平分带：同一含水层中水化学成分分带规律。
垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律。 按矿化度：1．淡水带 2. 盐水带 3. 卤水带 水化学成分：正垂直分带：反垂直分带、复杂垂直分带
地下水的成分、 环境的热力学条件 溶滤作用 水-岩地球化学作用 离子交换作用
氧化还原作用
重碳酸型水
氯化物型水--硫酸盐型水—重碳酸型 水---含硅酸、Fe3+较高的重碳酸型水
9
海水
海相淤泥沉积物
陆源的泥砂堆积、海水沉淀产 生的化学沉积物和生物堆积
海 相 沉 积 成 因 水
作脱 用交阳 用硫 换离 酸 作子
资源环境学院环境工程系 3
2018/6/30
氧化还原
地下水系统的氧化还原条件 氧化还原体系 Eh （决定电位体系）
Eh Ε 0
pE pE 0
Gr0 nFE 0 2.303RT lg K
RT [ox] 0.059 [ox] ln Ε 0 ln nF [red ] n [red ]
解释一些地球化学现象
吸附作用
松散沉积物：
含有吸附剂 具有一定CEC 产生离子交换
粘土矿物类，铁、铝和锰的氧化物或氢氧化物， 有机物。
往往带负电， 同晶代换（永久电荷）和表面解离（可变电荷，pHz)
CEC影响因素 :测定
吸附剂的数量和种类。沉积物颗粒大小：pH： 等温吸附方程
aA + bBx = aAx + bB
16
10 3 ln A B A B A B
平衡分馏和动力分馏
同位素交换反应和瑞利分馏
0 Rg R g f
( 1 )
Rl Rl0 F
( 1 )
大气降水的同位素组成及解释：温度效应、纬度效应、 大陆效应、高度效应以及雨量效应。 全球大气降水线（ Craig公式） δ2H=8δ18O+10 应用 1.判断地下水的补给来源； 2.确定地下水补给区的高程； 3.确定混合水的混合比例； 4.确定不同水体间的水力联系
H r 1 1 2.3 R T T 1 2
AZ 2 I 1 Ba I
Debye-Huckel） 方程(I ＜ 0.1) Davies方程 I＜0.5 mol/L
a=rm
lg r
AZ 2 I bI 1 Ba I
碳酸平衡
一、地下水的碳酸组成 “H2CO3”、HCO3-、 CO32二、地下水系统中的碳酸平衡 闭系统和开系统特征 如何判断”开系统”和“闭系统”
地下水中的同位素：
氢：1H(氕，H)、2H (氘，D) 、 氧： 1 16O、 17O 、18O 放射性同位素： 3H (氚，T) 14C
同位素分馏
组成表示方法：
• 同位素丰度 • 同位素比值 (R) • 千分偏差值(δ)
放射性同位素及地下水定年
a t a 0 e t
3H
14 7
t ln
阴离子meq% 10% 0 t ( C ) pHD(l / s ) 阳离子meq% 10%
微量元素 g / l 气体成分（g / l）M ( g / l )
舒卡列夫分类：按水中阴阳离子含量>25meq%的顺序排列
命名，阴离子在前，阳离子在后。 硬度 (以CaCO3计, mg/L) 总硬度=(Ca2++Mg2+)×50 苏林分类： 三线图示法 碳酸盐硬度(暂时硬度) （HCO3-+CO32-）×50 非碳酸盐硬度(永久硬度) • 当暂时硬度>总硬度，无永久硬度 ；
第五章

水的地球化学循环
地下水圈的概念
地壳中水的地球化学循环 地下水的水文地球化学分带
地壳中水的地球化学循环、地下水的水文地球化学分带、水平分带、
垂直分带
1.地下水圈的水文物理分带 2. 地下水的存在形式 3.表生带水的地球化学循环 4.承压水盆地的水文地质动力分带类型 5. 承压水盆地的水化学成分的分带类型
1 ox lg n red
pE 16.89Eh
Eh 0.059pE （O2/H2O 、NO3-/NH4、SO42-/ H2S、 pE 0 16.89 E 0 E 0 0.059pE 0 Fe3+/Fe2+、MnO2/Mn2+、CO2/CH2O） 水的稳定场 1） O2 >NO3->NO2->Fe3+>SO42>S>CO2>HCO3-； O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 有机物>H2S>S>FeS>NH4+>NO22H+ + 2e = H2 2) 地下水滞留时间 及微生物 变价元素的稳定场 （ Eh-pH图） Fe 的稳定场
11
第四章

同位素地球化学
同位素基本理论
天然水的氢氧稳定同位素组成及应用 放射性同位素及地下水定年
同位素丰度、同位素分馏、平衡分馏、动力分馏、同位素交换反应 1.同位素的表示方法 2.同位素分馏的程度用什么参数表示？ 3. 可用哪些效应来解释大气降水的同位素组成的变化？ 4.氢氧稳定同位素在水文地质研究中的应用 5.地下水定年方法。
水文地球化学总复习
第一章水 化学基础----热力学基础
水岩相互作用
溶解—沉淀反应、氧化还原作用、 界面反应作用这些反应 是控制地下水化学成分形成和演变的重要作用。
活度，全等溶解和非全等溶解，同离子效应和盐效应、电荷零点pHz、永久电荷、可变 电荷、 CEC 1.地下水中碳酸的主要存在形式和影响因素。 2.如何判定地下水碳酸平衡系统是开或是闭系统？闭系统和开系统特征 4.水的稳定场、Fe 的稳定场（看图） 5.解释一些地球化学现象 6.一般地下水有那些吸附剂？ 7.胶体带正或负电荷？带电机理是什么？ 7.阳离子交换要遵守的原则有哪些？
2.碳酸盐岩地区地下水成分受哪些因素影响？ 3.水与各种岩石的相遇顺序对地下水的影响 4.结晶盐地区地下水的水文地球化学模拟。 5.海相沉积成因水的形成过程。 6.淤泥沉积物经历的变质作用有哪些？海相淤泥水有哪些类型？ 7. 解释海相封存水中CaCl2水的形成。

地下水的成因类型：溶滤渗入水、沉积成因水和火山成因水，前 二者称为外生水，后者为内生水。
沉矿碳 淀物酸 的盐
作反 用硝 化
的有 分机 解物
沉化金 淀物属 的硫
海相淤泥水
与海水组成非 常相似的淤泥水

几乎不含SO42-的氯化物 水，阳离子以Na、Mg为主

几乎不含SO42-的氯化物水， 阳离子以Na、Ca为主

蒸发浓缩作用
阳离子交换作用 次生白云岩化作用（白云岩) 钠长石化作用（火山成因沉积物）
地下水的存在形式：
自由水， 结合水（ 离解常数大、pH 值低、氢键数量少（溶解 性低）， 矿物结构水。
（一）表生带 原生铝硅酸盐 + 水 + CO2 = 粘土 + 碳酸盐 （二）沉积盆地深部 蒙脱石→绿泥石的转化，促进大量水的离解。可能有 含水矿物发生重结晶脱水 （三）深部变质带-水的地球化学循环 粘土矿物 + 碳酸盐=原生铝硅酸盐 + 再生水 + CO2
解释海相封存水中 CaCl2水的形成
10
岩浆成因水
岩浆水 （初生水） 指地下水的组分或水温受到了岩浆活动的影响 —即与岩浆活动有关的地下水 深循环的地下热水 （高温，异常的水化学特征） 变质成因水 （再生水）
火 山 成 因 水
岩浆成因热水的初步认识 热水中的溶解物质 热水（岩浆为热源）中水的来源
火山区的热 泉水100% 初生水 受地球内热烘烤的 自流盆地型重力水， 其中初生水的百分 含量不到5%。 冰岛某海边热泉 水：57%海水 +18%降水+25% 初生水 岩浆分异出来的物质 变质成因的物质 溶滤围岩获得的物质 其他成因水的混合作用加入的 物质
1）受质量作用定律支配 2）阳离子吸附亲和力
Kd=S/C
S
S=K Cn
K A B
[ B] b [ Ax]a [ A]a [ Bx] b
1 1 S m KC C C 1 KC S KS m S m
K AB
影响溶质迁移 用溶质迁移滞后方程
VC=V/R
a [B]b N A b [A]a N B
1 I Z i2 mi 2
地下水中常见的常量组分络合物有10种：CaSO40、 MgSO40、NaSO4- 、KSO4-、CaHCO3+ 、MgHCO3+ 、 NaHCO30 、CaCO30 、MgCO30、NaCO3-