水文地球化学-第七讲
水文地球化学——地下水的水文地球化学分带
空间（平面与剖面）上有规律的变化。它包括潜水的纬
度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学
分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等。
潜水主要受气候、地形等因素的控制，在我国主要 表现为以下规律：
（1） 区域上：由东南向西北，地下水的矿化度逐
渐增高，即由溶滤成因为主的、低矿化度的HCO3型淡 水，逐渐向成分复杂的硫酸盐或氯化物型咸水过度，直
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
❖ 三、水消极交替带(下部带)
这个带具有以下一些特点： （1）分布在海平面以下。 （2）地下水运动速度极其缓慢，资源更新周期一地 质年代计。 （3）多为还原环境，N2－CH4或CH4气体带。 （4）以盐分浓缩为主，出现高矿化度的卤水和海相 封存水，其矿化度是由岩石的弱化学淋滤作用，高温、 高压、水―岩长期作用而造成的。
可见，我国潜水的纬度分布现象，充分显示了气候， 地形对期水化学成分及矿化度的影响。
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7.2 承压水盆地的水文地质动力分带
❖ 水文地质动力分带是水交替速度不同的若干带沿深度的 更替。根据地下水的埋藏深度和运动速度，承压水盆地 可分出三个水文地质动力分带：上部带、中部带和下部 带。
灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型 水。
花岗岩地区： HCO3-Na型水。 变质岩、火山岩地区： HCO3 –Ca-Na或HCO3 –NaCa型水。 矿化度<0.5g/L
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7.1 潜水的纬度分带
❖ 二、秦岭－淮河以北地区
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7.3 承压水盆地的水文地球化学分带
❖ 一、水强烈交替带(上部带)
水文地球化学教学辅导书(教案)精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版水文地球化学教学辅导书（教案）《水文地球化学》学习辅导第一章地下水的化学成分一、学习要点（一）内容：水的结构与特性，水的内部结构；地下水的化学成分；地下水的综合指标。
（二）基本要求：1．了解地下水分子的内部结构、水分子间的联结与排布以及水的特异性质；2．掌握水的几个化学组分；3．了解精地下水的综合指标；4．了解水质分析结果的可靠性检验方法方法；5．了解水化学成分的图形表示。
（三）重点：水的特异性质；水的无机组分、有机组分；地下水的综合指标。
（四）难点：水分子间的联结与排布二、复习题（一）名词解释1．氢键2．质量浓度3．BOD（二）问答题水的特异性质有哪些？三、复习题参考答案（一）名词解释1．氢键：指水分子中氢原子，在保持同本水分子中的氧原子最基本的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引。
2．质量浓度：每升水中所含溶质的毫克数或微克数（或每千克溶液中含溶质的毫克数或微克数）3．BOD：水中的微生物在降解水中有机物的过程中所消耗的氧的量，以mg/L表示。
（二）问答题答：（1）水具有独特的热理性质（2）水具有较大的表面张（3）水具有较小的粘滞度和较大的流动性（4）水具有使盐类离子产生水化作用的能力（5）水具有良好的溶解性能（6）水具有高介电效应第二章地下水成分的形成作用一、学习要点（一）内容：化学热力学基础；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原平衡；吸附解吸及离子交替吸附作用。
（二）基本要求：1．掌握热力学状态函数与平衡判据、各种形态物质化学势的表达式；了解平衡常数的计算。
2．了解地下水系统固体物质的组成；掌握溶解/沉淀作用。
3．掌握碳酸盐的溶解平衡；了解离子的影响；掌握方解石和白云石的非全等溶解。
4．了解氧化还原基本概念；掌握氧化还原强度；了解pE（E h）- pH图6．了解地下水系统的氧化还原条件及其影响因素。
7．掌握离子交替吸附作用的概念。
（三）重点：热力学状态函数与平衡判据；各种形态物质的化学势；溶解/沉淀作用；碳酸平衡；氧化还原强度；离子吸附交替作用概念。
水文地球化学
❖ 盐华：松散岩层中的地下水经毛细管作用上升至地表附近，在干旱气候条件下不断蒸发浓 缩，沉淀出盐类矿物
4、混合作用
❖ 定义：两种或几种性质和化学成分不同的水相混合，形成具有新的性质和化学成分的 水，这一过程称为混合作用，例如： ➢ 海水入侵 ➢ 混合抽水
2H2eH2(气)
几种常见的混合作用
❖ 混合溶蚀现象： ➢ 当两种均含有侵蚀性CO2的水相混合，会导致水的溶蚀能力增强（原本对方解石饱和的两 种地下水在混合后将变得对方解石不饱和）
❖ 三种存在形态： ➢ 游离碳酸H2CO3或游离 CO2(aq) ➢ 重碳酸根离子 ➢ 碳酸根离子
❖ 分子态的两种碳酸在平衡时，CO2形态占最主要地位，故可以把水中的溶解性气体含量作为游 离碳酸总量
碳酸平衡
在稀溶液中，挥发性溶质的分压以巴为单位，等于溶质的 摩尔数（亨利定律），适用于难溶气体
C3 2 O C 2
❖ pH值是决定天然水中许多元素溶解性的重要因素 ➢ Na、Ca、NO3和Cl等少数几种离子可存在于各种pH条件下的天然水中； ➢ 多数金属元素在酸性条件下以阳离子形式存在，而当pH值增高时，即以氢氧化物或偏 碱性的盐类形式从水中沉淀出来(如Fe3+)； ➢ 一些金属元素（如Cu、Zn等）发生沉淀的pH略高一些（Cu为5.3, Zn为7）
❖ 以上为描述碳酸平衡系统的最基本的方程
5、地下水系统中的碳酸平衡
❖ 大气圈中的CO2分压一般为10-3.5巴；包气带的CO2分压在10-2巴左右；而地下水中CO2分压值变化 较大，一般在10-1~10-3巴之间，生物的呼吸作用及其分解都会产生CO2。
❖ 闭系统：系统与大气没有CO2交换，水与碳酸盐矿物之间的溶解反应所消耗的CO2得不到补充， 这类系统称为“闭系统”。其特征是，Ca2+、HCO3-浓度较低，而pH较高；达到溶解平衡后， CO2分压值小于原始值。
水文地球化学PPT总结(东华理工大学)
第一章绪论第二章水溶液的物理化学基础一、水的结构2.水分子的内部结构原子结构理论表明，H2O分子呈V形结构，H-O键的夹角为104°45′，键长为0.96Å（1Å=10-10m）2.水分子的内部结构由于氧的电负性为3.5，氢的电负性为2.1，（中性原子接受电子的能力，称为电负性）这种差异导致了H、O形成共价键。
由于氧的电负性大，所以共价电子偏向氧原子，这样使氧带有部分负电性，氢还有部分正电性，这就造成了极性共价键。
由这种极性共价键所形成的分子称为极性分子。
3.电负性(E)电负性就是原子在化合成分子时把价电子吸引向自己的能力。
规定氟的电负性为4.0，并以此为标准求出其它元素的电负性。
电负性小于2.0时，多数元素显金属性，大于2时，多数元素显非金属性。
铀的电负性为1.7，显金属性。
U4+的电负性为1.4，U6+为1.9，U4+的金属性较U6+强。
电负性差值大于2的两个元素化合时，多数形成离子键化合物，电负性差值小于2时，多数形成共价键的化合物。
由于电负性影响化合物的键性，而化学键的性质又影响到化合物的许多物理化学性质，如硬度、光泽，溶解度等，所以电负性对元素的迁移和沉淀也有影响。
3.水分子间的联结水分子间是靠氢键联结起来的。
所谓氢键是一种因静电吸引作用而产生的附加键，所以一个水分子中的氢原子，在保持同本分子中氧原子的共价键的同时，又能同相邻水分子中的氧原子产生一种静电吸引力。
这样水分子就有具有了两种类型的键：（1）存在于水分子内部的极性共价键；（2）存在于水分子之间的氢键。
3.水分子间的联结水分子间的氢键联结，使水分子相互缔合形成巨型分子（H2O）n，水分子的这种缔合强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4℃时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。
在250～300℃时，n接近1，即水具有H2O形式。
水分子在缔合过程中不会引起化学性质的变化。
这种由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象，称为水分子的缔合作用。
水文地球化学电子教案
水文地球化学电子教案第一章：水文地球化学概述1.1 水文地球化学的定义1.2 水文地球化学的研究对象和内容1.3 水文地球化学的发展简史1.4 水文地球化学的重要性第二章：水文地球化学基本概念2.1 地球化学的基本概念2.2 水的性质和分类2.3 地下水的形成和运动2.4 水文地球化学循环第三章：水文地球化学元素与同位素3.1 元素的性质和分布3.2 常见元素的水文地球化学行为3.3 同位素的水文地球化学应用3.4 元素和同位素在水文地球化学研究中的应用第四章：水文地球化学分析方法4.1 水文地球化学样品的采集与处理4.2 水文地球化学分析技术4.3 数据处理与质量控制4.4 水文地球化学分析方法的进展与挑战第五章：水文地球化学应用实例5.1 地下水污染的水文地球化学研究5.2 地下水资源评价与管理5.3 环境水文地球化学问题5.4 水文地球化学在工程中的应用第六章：水文地球化学循环与地球化学过程6.1 水文地球化学循环的基本原理6.2 岩石圈-大气圈-水圈-生物圈之间的水文地球化学循环6.3 地球化学过程在水文地球化学研究中的应用6.4 典型水文地球化学循环案例分析第七章：水文地球化学野外调查与采样技术7.1 野外调查的基本方法7.2 地下水采样技术7.3 岩石和土壤样品的采集7.4 数据处理与质量保证第八章：水文地球化学实验室分析技术8.1 常用实验室分析方法概述8.2 岩石和矿物分析8.3 水质分析8.4 同位素分析技术第九章：水文地球化学模型与应用9.1 水文地球化学模型的类型与构建9.2 地下水流动模型9.3 污染物迁移与转化模型9.4 水文地球化学模型在环境管理中的应用第十章：水文地球化学在我国的应用案例研究10.1 我国水文地球化学研究概况10.2 典型地区水文地球化学特征分析10.3 地下水资源评价与保护案例10.4 环境水文地球化学问题研究与治理案例第十一章：水文地球化学与环境健康11.1 水文地球化学与水质关系11.2 地下水中有害元素的来源与迁移规律11.3 水文地球化学指标在环境健康评估中的应用11.4 环境健康案例分析第十二章：水文地球化学在农业领域的应用12.1 农业水文地球化学背景12.2 土壤-植物系统中元素迁移与富集12.3 农业水文地球化学调查与评价方法12.4 农业水文地球化学应用案例第十三章：水文地球化学在能源领域的应用13.1 能源水文地球化学概述13.2 地下水资源在能源开发中的作用13.3 能源开发活动对水文地球化学的影响13.4 能源水文地球化学案例分析第十四章：水文地球化学在灾害防治中的应用14.1 地质灾害的水文地球化学因素14.2 水质预测与灾害预警14.3 水文地球化学在地质灾害防治中的应用14.4 灾害防治案例分析第十五章：水文地球化学研究的前沿与挑战15.1 水文地球化学研究的新技术与发展趋势15.2 跨学科研究在水文地球化学中的应用15.3 水文地球化学在全球变化研究中的作用15.4 未来水文地球化学研究的挑战与机遇重点和难点解析本教案全面覆盖了水文地球化学的基本概念、研究方法、应用领域及前沿挑战。
关于水文地球化学
关于水文地球化学水文地球化学是地球化学的一个重要分支，主要研究地下水、地表水以及与水体有关的各种化学过程和现象。
它涉及到水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用，以及各种物理、化学和生物过程对水体化学成分的影响。
一、水文地球化学的概念水文地球化学是研究地球上水的分布、运动、循环及与其它物质相互作用的科学。
它以地球上水的化学性质为基础，研究水中溶解物质的含量、种类、分布规律及其与周围环境的关系，并探索这些化学过程如何影响地球上的自然环境和人类活动。
二、水文地球化学的研究内容1.水文地球化学循环：研究水中各种元素和化合物的来源、迁移和转化过程，以及这些过程对水圈的影响。
2.地下水化学：研究地下水的形成、储存和运动，以及地下水中的化学过程和反应。
3.地表水化学：研究河流、湖泊、水库等地表水体的化学性质和水质变化，以及这些变化对人类活动的影响。
生物地球化学循环：研究水中生物过程对地球化学循环的影响，以及水中生物过程与环境因素的关系。
4.水质评价与保护：研究水质的评价方法和标准，以及如何保护水资源免受污染和环境破坏。
三、水文地球化学的研究方法1.野外调查：通过野外调查可以获取水体的分布、水量和水质等信息，为后续研究提供基础数据。
2.实验室分析：通过实验室分析可以获取水样中的各种化学成分和微生物等信息，进一步了解水体的化学性质和水质状况。
3.数值模拟：通过数值模拟可以模拟水文地球化学过程和反应，进一步了解水体的运动和变化规律。
4.同位素分析：通过同位素分析可以了解水中物质的来源和年龄，进一步了解水体的形成和演变过程。
四、水文地球化学的意义1.资源保护：水文地球化学研究有助于了解水资源的分布、储量和质量状况，为保护水资源提供科学依据。
2.环境监测：水文地球化学研究可以监测水体是否受到污染，以及污染物的来源和扩散方向，为环境监测和治理提供支持。
3.生态保护：水文地球化学研究可以了解水中生物过程对生态平衡的影响，为生态保护提供科学依据。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程【水文地球化学精品课程】1. 引言水文地球化学是研究水文系统中水文过程、物质迁移和转化的学科。
它涵盖了水文学、地球化学、环境科学等多个学科的知识体系，并提供了深入理解水文过程和水资源管理的工具。
本文将介绍一门关于水文地球化学的精品课程，该课程旨在为学生提供全面、深入和综合的水文地球化学知识。
2. 课程内容2.1 基础知识掌握在课程初级阶段，学生将学习水文学和地球化学的基础知识，包括水文循环、地下水运动、水文过程的数学建模，以及基本的地球化学原理和物质迁移过程。
通过理论课和实验室实践，学生可以掌握水文地球化学的基本概念和工具。
2.2 水文地球化学过程研究随着课程的深入，学生将学习水文地球化学的各个过程，如水文循环中的降水、蒸发和径流过程，地下水运动和污染物迁移过程等。
通过深入研究这些过程的机理和影响因素，学生能够理解和预测水文地球化学过程的变化和演化规律。
2.3 水资源管理和环境保护本课程还将重点讲解水资源管理和环境保护方面的内容。
学生将学习如何有效利用和管理水资源，如地下水开采和水质保护措施等。
他们还将了解水文地球化学在环境保护中的应用，如水污染治理和生态修复等。
这些知识对于解决当前和未来的水资源问题至关重要。
3. 课程教学方法3.1 理论课讲授课程将通过理论课的讲授来传授水文地球化学的相关知识。
教师将从基础概念入手，逐步深入讲解各个过程和理论模型，并结合案例和实例进行说明。
这种由浅入深的教学方式有助于学生逐步建立知识体系，更好地理解水文地球化学的复杂性。
3.2 实验室实践为了巩固理论知识，并提供实践机会，课程还设置了实验室实践环节。
学生将亲自进行实验和数据分析，以探究水文地球化学过程和机制。
这些实验能够培养学生的实际动手能力和创新思维，使他们能够独立进行研究和解决问题。
3.3 案例分析和论文阅读为了拓宽学生的视野，课程还组织了案例分析和论文阅读的活动。
学生将学习水文地球化学领域的前沿研究，了解最新的研究进展和趋势。
水文地球化学精品课程
水文地球化学精品课程
摘要：
1.水文地球化学精品课程概述
2.课程的主要内容
3.课程的目标与意义
4.课程的适用对象
5.课程的师资力量
6.课程的评价与反馈
正文：
水文地球化学精品课程是一门研究地球水文过程和地球化学过程相互作用的课程，它结合了水文学和地球化学两大领域的知识，旨在培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的主要内容包括地球水文过程、地球化学过程、水文地球化学过程的研究方法等。
学生通过学习，可以了解地球水文地球化学过程的基本原理，掌握水文地球化学过程的研究方法，提高对地球水文地球化学过程的理解和应用能力。
课程的目标是培养学生对地球水文地球化学过程的理解和应用能力，提高学生的综合素质和科研能力。
课程的意义在于，通过对地球水文地球化学过程的研究，可以更好地理解和解决水资源问题、环境问题等，为我国的水文地球化学研究做出贡献。
课程的适用对象主要是水文地球化学及相关专业的本科生和研究生，同时
也适用于对地球水文地球化学过程感兴趣的广大学者和研究人员。
课程的师资力量雄厚，拥有一支由知名专家和教授组成的教师队伍，他们具有丰富的教学经验和科研经验，能够为学生提供优质的教学服务。
课程的评价与反馈主要通过学生的学习成绩和学生的评价来实现。
学生的学习成绩主要通过课堂表现、作业、实验和考试等形式来评定，学生的评价主要通过课程结束后的问卷调查来收集。
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二、植物-土壤影响阶段
植物
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
1955年瑞典Gorham 作了一个比较研究，在松柏针叶树树根下 作了一个比较研究 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，经过植物的雨 水的钠和钙含量高出三倍，钾则高出七倍。
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二、植物-土壤影响阶段
水文地球化学基础
Hydrogeochemistry
第三部分：水化学基础 —地下水的化学成分的形成与 地下水的化学成分的形成与 特征
地下水化学成分的形成与特征
1 2 3 4 基本成因类型 渗入成因 沉积成因 火山成因
1 地下水的基本成因类型
目前，概念尚未统一，分类原则各异，名词术语较多 按照地下水化学成分形成的基本作用 可分为 按照地下水化学成分形成的基本作用，可分为：
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
水与岩石的相互作用取决于
岩石的性质； 水的成分； 环境的热力学条件 溶解/沉淀作用 氧化还原作用 吸附作用 。。。
水-岩地球化学作用类型
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
渗入水与含盐海相地层
形成矿化度高的卤水Cl-Na Cl Na 富含氯化物、硫酸盐 Na/Cl=1 Na/Cl 1；Cl/Br>>300；Br、NH4低，含大气起源的N2
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三、水-岩相互作用阶段 溶滤作用
当水中存在有机物时
硫酸盐被还原为H2S，H2S与Fe结合成FeS2 渗入水由Cl.SO4-Na Cl.HCO3-Na;pH=7-8 渗入水继续稀释古海水，氯化物被消耗，形成HCO3. Cl -Na 沉积岩中黄铁矿溶解 形成Fe F 3+硫酸盐 沉积岩中黄铁矿溶解，形成 上述反应生成的硫酸与碳酸岩反应，会生成CO2，会进一步促进碳酸 岩的溶解 SO4.HCO3- Ca. Mg g；若无碳酸岩，会形成硫酸水 在强氧化、且碳酸岩存在时，硫酸被中和，pH增高，氢氧化铁沉淀 析出， SO4- Ca. Mg；此时，如遇还原条件，可形成含Fe2+的HCO3Ca. Mg
内陆湿润地区：
内陆干旱地区 内陆干旱地区：
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代表性大气降水成份（mg/L）
沿海地区 pH ClSO42HCO3NO3Ca2+ 2 Mg2+ Na+ K+ NH4+ Total — 54 5.4 1.8 1.3 0.3 0.3 0.4 3.4 — 0.2 13.1 内陆湿润气候区 6.0 15 1.5 4.4 5.6 0.7 2.0 0.2 1.6 07 0.7 0.8 17.4 内陆干旱气候区 7.1 38 9 38.9 35.8 53.0 0.7 24.2 3.2 21.2 — 0.6 177.6
外生水
溶滤-渗入水 沉积-埋藏水
内生水
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溶滤-渗入水，大气起源，溶滤作用 沉积-埋藏水，封闭的地质构造环境中形成，经历了3个阶段
挤压阶段 淤泥 粘土中的沉 挤压阶段：淤泥、粘土中的沉 积水受挤压进入含水层
渗入阶段：沉积物出露地表， 大气水入渗，并驱替沉积水， 发生水交替作用
下一个挤压阶段 形成新的淤 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
土壤是一个消耗水中DO的“酸性泵”
土壤中的有机物降解——CO2、NH3等强反应物
土壤中最重要的酸——碳酸， CO2来源于
大气中的CO2 有机物的腐败和降解，根系植物的呼吸 嫌氧下硫酸盐、硝酸盐还原
DO与黄铁矿、锰结核等矿物作用是酸性物质的来源之一 土壤的生物化学作用产生许多有机酸
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一、大气降水阶段
不同地区的大气降雨成分不同
近海地区：
受风卷送的海水飞沫等影响，其 受风卷送的海水飞沫等影响 其Na，Cl，Br，I 等含量相对增 高，在海边的雨水的矿化度可超过0.1g/l； 雨水是无色、无味的，所含离子主要为Ca2+和HCO3-，矿化度 一般为0.0n克/升。 雨水中杂质比较多，矿化度可达0.n克/升。
大气降雨成分其他特征
气体
பைடு நூலகம்
可溶性气体（O2, CO2, N2等）及惰性气体； CO2溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的pH值，提高了它的侵蚀性；
侵蚀性
弱酸-中性，未饱和，矿化度低———强的聚集能力 人类活动促使大气降水富集各类金属、有机化合物及各种 盐类，改变了雨水的矿化度、成分、氧化-还原性质、侵蚀 性等。
土壤的氧化还原条件改变金属元素的价态
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二、植物-土壤影响阶段
经过植物 土壤的地下水的特征 经过植物-土壤的地下水的特征
相对于原生铝硅酸盐，未达到饱和状态，即具有强溶解 能力； 能力 含有数量可观的碳酸类化合物，未被氧化的有机化合物 的进一步分解将使水中碳酸化合物含量进一步提高。
上述两点决定了地下水具有很强的与围岩介 质发生反应的能力。
内生水，来自地球内部的水，它参与 内生水 来自地球内部的水 它参与 火山喷发、变质作用等
1902年捷克鸠斯提出“初生水” ，即岩浆分异出来的水(岩浆 水)，认为该水首次流出地表，继而参与水圈总循环 认为该水首次流出地表 继而参与水圈总循环 1940年俄罗斯奥弗琴尼柯夫认为，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 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“再生水” 中结合态转变为游离态、并转入现代水圈的水称为 再生水 1975年加弗里连科，在承认初生水基础上，提出“深层水”， 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 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、 交代作用和花岗岩化作用的大量初生水，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
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地下水基本成因类型
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 变质成因的（变质水、再生水） 的 变质水 生水 内生的 岩浆成因的（初生水、岩浆水）
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混 合
渗入成因水
渗入成因地下水的形成经历了：
大气降水阶段 植物-土壤影响阶段 水-岩相互作用阶段 蒸发浓缩阶段
对于封闭的海相粗粒沉积层
稀释 驱替岩层中变质海水 稀释、驱替岩层中变质海水 阳离子交换作用：CaNa(吸附态)
2+、Mg2 2+、 水中的H2CO3溶解CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3)2Ca2 HCO 3 -，直至耗尽H2CO3
存在石膏、硬石膏时 存在石膏 硬石膏时 水中富含CaSO4 Na/Cl>>1, Cl.SO4-Na，微量Br、I、NH4