7第七章 地下水的化学组分及其演变
水文学第七章_地下水
⽔⽂学第七章_地下⽔第七章地下⽔华东师范⼤学资源与环境学院地理系师育新◆地下⽔是地球⽔资源的重要组成部分，与⼈类社会有着⼗分密切的关系，是⼈类⽣产⽣活的重要⽔源，同时地下⽔⼜是重要的环境因⼦，对⼀个地区的⽣态环境起着极为重要作⽤。
⼀、地下⽔的形成与分布（⼀）、地下⽔的概念◆⼴义地下⽔是指蓄存并运移于地表以下⼟壤和岩⽯空隙中的⾃然⽔. ◆狭义地下⽔则特指潜⽔⾯以下饱和带（饱⽔带）中岩⼟空隙中的重⼒⽔。
（⼆）地下⽔的贮存空间 1．岩⽯的空隙衡量岩⽯空隙发育程度的数量指标为空隙度。
◆空隙度是岩⽯中空隙的体积与岩⽯总体积的⽐值。
如已知岩⽯的总体积为V ，岩⽯空隙体积为Vn ，则岩⽯的空隙度为：P ＝Vn/V, 以⼩数或百分数表⽰。
将空隙作为地下⽔的储容场所和运动通道研究时，根据空隙的成因，可以分为孔隙、裂隙和溶隙3类。
（1）孔隙◆松散岩⽯的颗粒或颗粒集合体之间，普遍存在着相互连通，呈⼩孔状的空隙，称作孔隙。
它的多少⽤孔隙率表⽰。
◆孔隙率是某⼀岩⽯中孔隙体积所占⽐例。
它等于岩⽯中孔隙体积V n 与岩⽯总体积V 之⽐： n=V n /V ⽤百分数或⼩数表⽰。
（2）裂隙在坚硬岩⽯中充满了各种裂隙。
如成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙等。
裂隙的多少⽤岩⽯中裂隙的体积V T 与岩⽯总体积V 之⽐，即裂隙率（K T ）表⽰： K T =V T ／V 。
裂隙发育⾮常不均匀，它对地下⽔的赋存、运动有很⼤影响。
（3）溶隙发育在易溶岩⽯中，主要由地下⽔的溶蚀作⽤⽽形成。
K k ＝V k ／V式中：K K ——岩溶率；V k ——岩⽯中溶隙的体积；V ——岩⽯总体积。
岩溶发育极不均匀，⼤者宽达数百⽶，⾼数⼗⽶，长⼏⼗公⾥，如⼀些地下溶洞、暗河，⼩的仅⼏毫⽶。
2．含⽔层和隔⽔层◆含⽔层是指能够给出并透过相当数量⽔的岩体。
这类含⽔的岩体⼤都呈层状，所以称为含⽔层，如砂层、砾⽯层等。
◆隔⽔层是指那些既不能给出⼜不能透过⽔的岩层，或者它给出或透过的⽔量都极少。
07地下水的化学组分及其演变
微浊的 有少量的悬浮物，大于 30 cm 水深可见 3mm 的粗线
无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3mm 的粗线
水中含有 物质 水的口味
NaCl Na2SO4 咸 涩
7.2 地下水化学特征
苦 甜 涩 沼泽 酸
MgCl 大量 铁盐 腐殖质 MgSO4 有机质
H2S 碳酸气
② 岩浆岩、变质岩地区铝硅酸盐矿物风化溶解（钠、钙长石） Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3-+2Na++ H4Al2Si2O9+4SiO2
CaO . 2Al2O3. 4SiO2+2CO2+5H2O→2HCO3-+Ca2++ 2H4Al2Si2O9
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
按TDS对地下水的分类：
TDS与离子关系：
7.2 地下水化学特征
7.2.2 地下水主要离子成分
地下水中常见的主要离子成分中，阴离子有HCO3-, SO42-, Cl-；
阳离子是Ca2+, Mg2+, Na+, K+。
（1）氯离子Cl特点： 含量一般为n mg/l~100g/l。① Cl-不为植物和细菌摄取，② 不被土壤颗粒 表面吸附，③ 不易沉淀，溶解度大，在水中最为稳定，④ 随矿化度增大， 其含量增大, 是水中含盐量多寡的标志。 来源：
物质
MgSO4
苦
水的口味
咸
涩
甜
Mg(HCO3)2 可口
6.1.3 地下水透明度的野外分级
水的口味
咸
涩
苦
甜
涩
第七章地下水的化学组分及其演变
7．3 地下水中的微生物
地下水中普遍分布微生物，不仅出现于地表以下到数千米深 处，并且出现于洋脊底部富含矿质的高温流体喷口——“黑 烟囱”。 作用： ①参与地下水化学形成作用，改变地下水组分； ②生物修复地下水污染； ③改变含水介质特性； ④参与成岩作用； ⑤参与成矿作用。
7．4 地下水的温度
地壳表层有两个热能来源：一个是太阳的辐射，另一个是来 自地球内部的热流。 地壳表层可分为3个带： 1）变温带：受太阳辐射影响，地温昼夜变化与季节变化； 2）常温带：地温一般比当地年平均气温高出１~2℃； 3）增温带：地温受地球内热影响，通常随深度加而有规律 地升高。
7．2 地下水化学特征
2）SO42 中等矿化的水中，SO42常成为含量最多的阴离子。 来源： ① 含石膏（CaSO4·2H2O）或其它硫酸盐的沉积岩的溶解； ② 硫化物的氧化：
2FeS2 （黄铁矿） +7O2+2H2O→2FeSO4+4H++2SO42 特点： ① 煤系地层常含有很多黄铁矿，因此流经这类地层的地下 水化学成分往往以SO42为主； ② 金属硫化物矿床附近的地下水中也常含有大量的SO42。
３．脱碳酸作用 水 便成中为CO游2的离溶CO解2从度水随中温逸度出升，高这及便(或是)压脱力碳降酸低作而用减。小。一部分CO2
Ca2+2HCO3→CO2↑+H2O+CaC2O+MgCO3↓ 结果： ① 地下水中HCO3及Ca2、Mg2减少； ② TDS降低。
7．5 地下水化学成分形成作用
２．浓缩作用 干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处，地下水位埋藏不深， 蒸发成为地下水的主要排泄去路。 浓缩作用必须同时具备下述条件： ①干旱或半干旱的气候； ②有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土； ③低平地势下地下水位埋藏较浅的排泄区。
水文地质学中的地下水化学成分
水文地质学中的地下水化学成分地下水是地下流入的水体，通常在深层岩石或土壤中储存、流动和释放。
水文地质学是研究地下水现象的学科，涉及地球物理、地质学、化学等多个学科领域。
地下水的化学成分是水文地质学中的重要研究内容之一，主要涉及地下水中的溶解物质、离子浓度、pH值等。
地下水化学成分的特征地下水中溶解物质的类型和浓度取决于地下水流经的地质环境和土壤性质等因素。
一般来说，地下水中主要溶解物质包括离子、有机化合物、微生物等。
离子是地下水中主要的化学组成部分，包括阳离子和阴离子两种。
阳离子主要有钠、镁、钙、钾等，阴离子主要有氯离子、碳酸根、硫酸根等。
有机化合物包括有机酸、腐殖物、油等。
微生物包括细菌、病毒等。
此外，地下水中还存在一些较稀有的溶解物质，如硒、铊、铅等，这些元素含量较低，但会对人体健康造成负面影响。
地下水的pH值是另一个重要的化学特性。
pH值是一种表示水平酸碱程度的指标，一般在7左右为中性，小于7为酸性，大于7为碱性。
地下水的pH值通常介于6-8之间，但有时也会出现pH值过低或过高的情况。
例如，在饮用水井中，pH值过低可能会导致腐蚀性物质的浸出，而pH值过高则可能会引起水垢和钙沉积。
地下水的化学成分对环境和人类健康的影响地下水中的溶解物质、离子浓度和pH值都可以对环境和人类健康造成影响。
一些特定的化学物质会影响地下水的颜色、味道和气味，从而影响水的使用。
例如，硫化物可以导致地下水呈现不良气味和深紫色，而铁和锰的存在会使水变得黄色或棕色。
高浓度的硝酸盐和硫酸根则可能导致地下水变得饮用不安全。
此外，高浓度的氟化物会导致骨质疏松和牙齿疾病的发生。
地下水的pH值过低或过高也会对人体健康造成不良影响，如引起胃肠炎、腰痛、关节炎等。
总的来说，地下水化学成分的研究对于确保地下水质量的安全和可持续利用是非常重要的。
水文地质学家们利用现代化学技术进行地下水化学成分分析，以确定地下水资源的使用和保护策略。
只有采取科学的水资源管理和保护措施，才能确保地下水资源的长期稳定和可持续利用。
水文地质学基础--7地下水的化学成分及其形成作用
碳酸盐类 < 硫酸盐类 < 氯化物 常见离子在水中的相对含量与溶解性总固体（TDS）有关
溶解性总固体（g/l）
低（<1)
中(1-10)
高(10-30)
主要离子成分
HCO3-
SO42-
Cl-
Ca2+ 、 Mg2+
Ca2+ 、 Na+
Na+
地下水中主要离子成分来源
Cl- （高矿化水中主要阴离子）：
沉积盐类溶解； 岩浆岩含氯矿物（如氯磷灰石、方钠石）的风化溶解； 海水； 火山喷发物的溶滤； 人为污染。 地下水中最稳定的离子，其含量随TDS升高而增加，常可用来说
7.1 概述
地下水的化学成分是地下水与周围环境长期相互作用的产 物，它是一种重要信息源，是“化石”，研究地下水的化 学成分可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史，阐明 地下水的起源和形成。
地下水是地壳中元素迁移、分散与富集的载体，研究成矿 过程中地下水的化学作用，对于阐明成矿机制，完善与丰 富成矿理论有很大意义。
第7章 地下水的化学组分及其演变 （Chemical composition and chemical
actions of G.W.）
7.1 概述 7.2 地下水的化学组分（Chemical
composition of G.W.） 7.3 地下水化学成分的形成作用 （Chemical
地下水的物理性质化学成分及其形成作用
❖ 4、氧的水文地球化学作用 （1）O2决定地下水的氧化还原状态，溶解氧含量
愈多,说明地下水所处的地球化学环境（氧化环境）愈 有利于氧化作用进行。从而影响水中元素的迁移。
如在含氧多的地下水中，Fe形成高价化合物而从水中 沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而 易于在水中迁移。
（2）对金属材料具有侵蚀作用。如自来水管的锈蚀。 （3）影响水生动植物的生存。
自然地理与地质发展历史给予地下水的化学面貌以深刻影响。
§2 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气味、比 重、放射性、导电性。它在一定程度上反映了地下水的化学成分及其 存在的环境条件。
一、地下水的温度
水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年积雪地带，浅层的地下水 温可低达-5℃以下；在温带和亚热带的平原、丘陵区浅层地下水的年平均温 度一般接近于当地年平均气温；在火山活动地区及地壳深处，地下水的温度很 高 ， 可 超 过 100℃ 。 如 我 国 广 东 丰 良 地 区 在 地 下 800m 深 处 ， 打 出 了 103.5℃的热水。
①变温带特征：
❖ 处于受太阳辐射影响的地表极薄的带。 ❖ 由于太阳辐射能的周期变化,本带呈现地温的
昼夜变化和季节变化。 ❖ 地温昼夜变化影响地表以下1-2m深。年变化
影响深度一般为15-30m。
②常温、增温带的特征：
❖ 处于变温带以下一个厚度极小的地带。地温的年变化幅度＜0.1℃的 地带。
❖ 地温一般比当地年平均气温高出1一2℃，可将当地的多年平均气温 作为常温带地温。
地下水的温度主要受当地气温、地温变化的影响，尤其是地温 。
要研究地下水的温度，首先要研究地温的变化规律。
地壳表层有两个热能来源:
地下水的物理性质、化学成分及其形成作用
§2 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气味、比 重、放射性、导电性。它在一定程度上反映了地下水的化学成分及其 存在的环境条件。
一、地下水的温度
水温变化范围-5℃以下－100℃以上。在寒带和多年积雪地带，浅层的 地下水温可低达-5℃以下；在温带和亚热带的平原、丘陵区浅层地下水的年 平均温度一般接近于当地年平均气温；在火山活动地区及地壳深处，地下水的 温度很高，可超过100℃。如我国广东丰良地区在地下800m深处，打出了 103.5℃的热水。
③增温带：
❖ 常温带以下,地温受地球内热影响，随深度加大而有规律地升高—— 增温带。 深度每增加100m温度增加的值称地热增温率（地温梯度， 单位：℃/100m），温度每增加一度深度增加的值称地热增温级。 各地增温级不同， 华北：33-43m；北方山区：50m；古老结晶岩区：1000m； 近火山区：1m；一般山区：33m，由于变化不大，故地下水“冬 暖夏凉”。
地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制：
❖ 变温带中浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 ❖ 常温带地下水温与当地年平均气温很接近。(地温年变化幅度小于
0.1℃) ❖ 增温带地下水随其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水甚至蒸汽。 ❖ 利用年平均气温t、年常温带深度h、地温梯度r，可计算某一深度H的
❖ 如地下水中含有重碳酸钙、重碳酸镁及碳酸时，水味便爽快、适口， 人们称这种水为“甜水”
❖ 如含氯化物会使水发咸味 ❖ 含硫酸钠、硫酸镁使水变苦，而且常引起饮用者呕吐、腹痛和腹泻
❖ 含盐分过多时水味发涩
❖ H2S与碳酸气同时存在有酸味，有机质有甜味，但不适饮用。
地下水的化学组分及其演变
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。
ch6 地下水的化学组分及其演变
硫化氢（H2S）、甲烷（CH4） H2S来源：
硫酸盐还原：
SO4 2C 2H 2O 微生物 H2S 2HCO3
2
硫化矿物分解：
Na2CO3十H2O → 2Na十HCO3-十OH所以，在酸性火山岩地区可以形成HCO3-－Na+型水。
ch6 地下水的化学组分及其演变
5、钾离子(K+)
（1）特点： 钾离子(K+)的来源与Na+相似。在低矿化度中甚微，而在高矿化度中多。
虽然地壳中钾的含量高，且钾盐的溶解度也很大，但是因为K+容易被粘土 吸附，被植物吸收，同时参与形成难溶于水的次生矿物，所以在地下水中含量不 如Na+大。
（Ar, Kr, Xe）/ N2 ＜ 0.0118，则N2有生物或变质起源
ch6 地下水的化学组分及其演变
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：
C CaCO3 400 CaO CO2
半透明（微浑浊）
微透明（浑浊） 不透明（极浑浊）
少量悬浮物，30~60cm水深见图像
较多悬浮物，＜30cm水深见图像 大量悬浮物，似乳状，水深很小也看不清图像
ch6 地下水的化学组分及其演变
5. 地下水的比重
取决于水中溶解盐类的数量。溶解的盐类越多，地下水的比重 越大。一般地下水的比重接近于1。利用地下水的比重特征可以判别盐 湖中盐类的沉积层位，便于分层位开采。
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第七章 地下水的化学组分及其演变7．1 概 述地下水不是化学纯的H 2O ，而是一种复杂的溶液。
天然：人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。
地下水的化学成分是地下水与环境、以及人类活动长期相互作用的产物。
一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。
水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。
水是地球中元素迁移富集的载体。
利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。
7．2 地下水的化学特征1．地下水中主要气体成分O 2 、N 2 、CO 2 、CH 4 、H 2S 等。
1）O 2 、N 2地下水中的O 2 、N 2主要来源于大气。
地下水中的O 2含量多→说明地下水处于氧化环境。
在较封闭的环境中O 2耗尽，只留下N 2，通常说明地下水起源于大气，并处于还原环境。
2）H 2S 、甲烷（CH 4）地下水中出现H 2S 、CH 4 ，其意义恰好与出现O 2相反，说明→处于还原的地球化学环境。
3）CO 2CO 2主要来源于土壤。
化石燃料（煤、石油、天然气）→CO 2（温室气体）→温室效应→全球变暖。
地下水中含CO 2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。
2．地下水中主要离子成分7大离子：Cl -、SO 42-、HCO 3-、Na +、K +、Ca 2+、Mg 2+。
低矿化水中（M<1 ~ 2g/L ）：HCO 3-、Ca 2+、Mg 2+为主（难溶物质为主）；发生化学反应岩石圈水圈交换化学成分中矿化水中（M=2 ~ 5g/L ）：SO 42-、Na +、Ca 2+为主； 高矿化水中（M>5g/L ）：Cl -、Na +为主（易溶物质为主）。
造成这种现象的主要原因是水中盐类溶解度的不同： 溶解性总固体(total dissolved solids)：溶解性总固体是指溶解在水中的无机盐和有机物的总称(不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分)，用缩略词TDS １）Cl -主要出现在高矿化水中，可达几g/L ~ 100g/L 以上。
来源：① 来自沉积岩氯化物的溶解；② 来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ③ 来自海水；④ 来自火山喷发物的溶滤；⑤ 人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl -，因此居民点附近矿化度不高的地下水中，如Cl -含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。
特点：① Cl -不为植物及细菌所摄取，不被土粒表面所吸附，氯盐溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子； ② Cl -含量随着矿化度增长而不断增加，Cl -的含量常可用来说明地下水的矿化程度。
2）SO 42-中等矿化的地下水中，SO 42-为主要阴离子。
来源：① 含石膏（CaSO 4·2H 2O ）或其它硫酸盐的沉积岩的溶解； ② 硫化物的氧化：2FeS 2+7O 2+2H 2O →2FeSO 4+4H ++2SO 42-（黄铁矿） 注意：① 由于煤系地层（C –P ）常含有很多黄铁矿（硫铁矿），因此流经这类地层的地下水往往以SO 42-为主；② 金属硫化物矿床附近的地下水中常含有大量的SO 42-；③ 煤的燃烧产生大量SO 2，与大气中的水汽结合形成含硫酸的降雨→酸雨，从而使地下水中SO 42-增加；④ 在我国能源消耗中，煤占70%以上，我国每年向大气排放的SO 2已达1800⨯104t 之多，因此，地下水中SO 42-的这一来源不容忽视。
３）HCO 3-低矿化水的主要阴离子。
来源：① 含碳酸盐的沉积盐（石灰岩、白云岩）与变质岩（大理盐）：碳酸盐溶 解 度矿 化 度小低H C O 3-S O 42-C l-大高硫酸盐氯盐CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+MgCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+-主要来源于铝硅酸盐矿物的风化溶解。
②岩浆岩与变质岩地区，HCO3４）Na+高矿化水中的主要阳离子。
来源：①沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解；②海水；③岩浆岩和变质岩地区含钠矿物的风化溶解；④酸性岩浆岩中大量含钠矿物，在CO2、H2O的参与下，将形成低矿化的以Na+、HCO3-为主的地下水。
５）K+高矿化水中含量较多。
来源与分布特点与Na+相近：①含钾盐类沉积岩的溶解；②岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。
在地壳中K与Na的含量相近，但在地下水中K+的含量比Na+少得多，这是因为：①K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母）；②易为植物所摄取。
由于K+含量少，分析比较费事，所以一般将K+归并到Na+中，不另区分。
６）Ca2+是低矿化水中的主要阳离子。
来源：①碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解；②岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。
７）Mg2+来源及分布与Ca2+相近：①含镁的碳酸盐类沉积岩（白云盐、泥灰盐）；②岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。
Mg2+在低矿化水中通常含量较Ca2+少。
地下水中各种离子的测定方法，参阅《水质分析》的有关书籍。
3．地下水中的其他成分除主要离子（七大离子）外，地下水中还有其他成分：1）次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO3-、CO32-、SiO32-、PO43-等；2）微量组分（元素）：Br、I、F、B、Sr等；3）胶体成分：Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3等；4）有机体；5）微生物：如氧化环境中存在：硫细菌、铁细菌；还原环境中存在：脱硫酸细菌；在污水中：各种致病细菌。
4．地下水的总矿化度及化学成分表示式总矿化度（总溶解固体）––––地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度（总溶解固体）。
单位：g/L。
矿化度M––––degree of mineralization；总溶解固体TDS ––––total dissolved solid 。
测定：① 一般以105 ~ 110︒C 时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表示矿化度（M ）；② 将分析所得阴阳离子含量相加，相加时HCO 3-只取重量的一半，因为在蒸干时，有近一半的HCO 3-分解为CO 2、H 2O 而逸失。
总硬度––––水中所含钙离子和镁离子的总量。
地下水水化学成分表示→库尔洛夫式：将阴阳离子分别标示在横线上。
按毫克当量百分数自大到小顺序排列。
小于10%的离子不予表示：横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度(M)，三者单位均为g/L ，横线后以字母t 为代号表示以摄氏计的水温。
如：528.276.7143.148.842.32031.0021.02307.02t Ca Na SO Cl M COS H SiO H7．3 地下水中的微生物地下水中的微生物，主要有以下作用：①参与地下水化学形成作用，改变地下水组分；②生物修复地下水污染；③改变含水介质特性；④参与成岩作用；⑤参与成矿作用(陈骏等，2004；李政红等，2007)。
微生物是氧化—还原作用的触媒。
许多地下水化学形成作用是生物地球化学过程，都有微生物的参与。
例如，脱硫酸作用：污染地下水的生物修复，是最有潜力的污染修复方式。
可溶岩喀斯特化一直被认为是化学作用的结果，现在发现，存在多种微生物的生物化学作用，影响碳酸盐的溶解与沉淀。
微生物在成矿中发挥重要作用。
微生物几乎参与了所有的地质过程，原先认为是无机的地质作用，其实都是有机的(陈骏等，2006；汪晶先，2003)，地质微生物学作为一门交叉学科正存蓬勃兴起，对于解决水文地质学面对的理论及实际问题，有着难以估量的意义，水文地质工作者需要扩展视野，参与地质微牛物的探索与发展。
7．4 地下水的温度地壳表层可分为3个带：1）变温带：受太阳辐射影响，地温随昼夜与季节变化；2）常温带：地温接近常数，一般比当地年平均气温高１~2℃；3）增温带：受地球内部热流的影响，随深度加大地温升高。
地温梯度（γ）––––是指每增加单位深度时，地温的增值。
单位：℃/100m 。
地温梯度的平均值为3℃/100m ，一般1.5 ~ 4℃/100m 。
地下水的温度受地温控制：1）变温带地下水：水温有较小的季节性变化； 2）常温带地下水：水温与当地平均气温接近；3）增温带地下水：随地温梯度的增加而增加，甚至成为热水。
两个公式：① 利用地温梯度（γ），概略计算某一深度的地下水水温（T ）： T=t+(Ｈ－h) γ式中：t ––––年平均气温；H ––––地下水埋深； h ––––常温带深度。
② 利用地下水温（T ），推算其大致循环深度（H ）：h tT H +-=γ7．5 地下水化学成分形成作用地下水主要来源于大气降水，大气降水的矿化度一般为0.02~0.05g/L ，进入含水层后，水与岩土作用，矿化度升高，化学成分发生变化。
1．溶滤作用溶滤作用––––在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中。
溶滤作用的结果：岩土失去一部分可溶物质；地下水则补充了新的组分。
影响溶滤作用的因素： 1）岩土中矿物盐类的溶解度：首先：NaCl 迅速转入水中，SiO 2很难溶于水中。
2）岩土的空隙：空隙发育，溶滤作用强，否则弱。
3）水的矿化度：低矿化水溶解能力强，而高矿化水溶解能力弱。
4）水中CO 2、O 2等气体成分：水中CO 2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。
水中O 2含量愈高，溶解硫化物的能力愈强。
5）水的流动状况：停滞的地下水，最终将失去溶解能力； 流动的地下水，经常保持强的溶解能力。
地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、最关键的因素。
随着溶滤作用的进行：在时间上：一个地区经受溶滤作用愈强烈，时间愈长，地下水的矿化度愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。
在空间上：气候愈是潮湿多雨，地质构造的开启性愈好，岩层的导水能力愈强，地形切割愈强烈，地下水的径流与交替愈迅速，地下水的矿化度愈低，难溶离子的相对含量也就愈高。
２．浓缩作用主要发生在干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处。
当地下水位埋藏较浅时，蒸发强烈，蒸发成为地下水的主要排泄去路。
随着时间的增加，地下水溶液逐渐浓缩，M 增大。
随着矿化度的上升，溶解度较小的盐类在水中相继达到饱和而沉淀析出，易溶盐类（如NaCl ）的离子逐渐成为水中主要成分。
产生浓缩作用的条件： 1）气候：干旱半干旱； 2）地势：低平；3）地下水位：埋藏浅；4）排泄区（从别处带来的盐分在排泄区集聚）。
３．脱碳酸作用CO 2的溶解度随温度升高或压力降低而减小，一部分CO 2便成为游离CO 2从水中逸出，这便是––––脱碳酸作用。
Ca 2++2HCO 3-→CO 2↑+H 2O+CaCO 3↓Mg 2++2HCO 3-→CO 2↑+H 2O+MgCO 3↓ 结果：① 地下水中HCO 3-、Ca 2+、Mg 2+减少； ② 矿化度降低。