水文地球化学分类
第4章 水文地球化学参数汇总
第四章水文地球化学参数水文地球化学参数有三类：物性水文地球化学参数，条件水文地球化学参数，综合性水文地球化学参数。
第一节物性和条件水文地球化学参数一、物性水文地球化学参数物性水文地球化学参数是反映事物的性质（物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系）的参数。
如平衡常数，反应速度常数，分配系数，吸附容量，自由能，焓，熵，标准电子活度或标准电极电位，离子电位，离子半径和价态，以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。
这些参数反映的是事物的本性，或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。
事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。
在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。
但尽管如此，收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的，因为这些参数是对事物进行分析判断的基础，是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。
二、条件水文地球化学参数条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数，是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数，当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。
它们主要有水化学组分，含量，pH，pE或Eh，温度，压力等。
无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数，因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。
第二节参比和综合性水文地球化学参数上面已提及，仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答，也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。
但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的，因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。
对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答，必须将理论与实践相结合，也就是说，将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较，才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。
反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数便是综合性的参数，如饱和指数、反应条件指数等。
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
1.总溶解固体（TDS）：指水中溶解组分的总量，包括了水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和气体。
2.生化需氧量（BOD）：至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。
3.化学需氧量（COD)：指采用化学氧化剂氧化水中的有机物和还原性无机物所需要消耗的氧的量。
4.离子交替吸附作用：当溶液中的一种离子被吸附到固体表面上时，固体表面上的另一种同性离子发生解析并释放出其所占据的表面空间。
5.阳离子交换容量：每100g干吸附剂可吸附阳离子的毫克当量数。
6.水动力弥散：示踪剂在注入地下水后，它就在流场中逐渐传播扩展，占据的区域越来越大，超出了按宏观平均流动所预期的范围。
7.弥散通量：由于弥散作用所引起的单位时间通过单位溶液面积的溶质质量。
8.同位素分馏：同位素以不同比例分配于两种物质或物相中的现象。
9.同位素交换反应：在同一体系中，物质的化学成分不发生改变（化学反应处于平衡状态），仅在不同的化合物之间、不同的物相之间或单个分子之间发生同位素置换或重新分配的现象。
10.等温吸附方程：在一定温度下达到吸附平衡是，溶质在液相中的浓度与其在固相中的含量之间的关系。
11.地下水污染：凡是在人类活动影响下，水质变化朝着恶化方向发展的现象。
12.水文地球化学：是研究地下水中化学组分的形成、分布、迁移和富集规律及其在生产实际中应用的一门科学。
13.同位素比值：样品中某元素的重同位素与常见轻同位素含量或丰度之比。
14.同位素丰度：某元素的各种同位素在给定的范畴，如宇宙、大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中的相对含量称为~15.千分偏差值：样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差。
16.碳酸盐硬度：由碳酸盐和重碳酸盐所引起的碱度称为~（又叫暂时硬度）。
17.非碳酸盐硬度：总硬度与碳酸盐硬度之差被称为~（又叫永久硬度）。
18.总有机碳TOC：~是水中各种形式有机碳的总量，以mg/L表示。
19.试说明影响大气降水氢、氧稳定同位素组成的主要因素有哪些，他们是怎么影响大气降水的同位素成分的？答：主要受两种因素的控制，其一为入渗雨水及地表水的同位素组成特征，其二是渗入地下室后的同位素组成所发生的变化。
第1章水文地球化学基础
第1章⽔⽂地球化学基础第⼀篇基础篇1第⼀章⽔⽂地球化学基础第⼀节应⽤⽔⽂地球化学的某些基本概念虽然我们已对⽔⽂地球化学有⼀定的了解，但是为了更好地转⼊应⽤⽔⽂地球化学，对⽔⽂地球化学中的某些基本概念进⾏复习和深化了解是很有必要的。
⽔岩作⽤(WRI)⽔岩作⽤是⼀种学术观点，它主张将地壳看成是⼀个⽔岩体系，许多地质和⽔⽂地质现象都与天然⽔和岩⽯之间的相互作⽤有关。
应⽤⽔岩作⽤的观点来研究地学中的问题能更科学、更有效地解决问题。
⽔⽂地球化学与单纯的⽔化学不同。
⽔⽂地球化学中的⽔是指与地球有关的⽔，凡是天然⽔体，它总是与地球物质发⽣着关系。
地下⽔总是赋存于地质体内，或者说，地质体、岩⽯内总是多少包含有⼀定的⽔分。
因此，⽔⽂地球化学将⽔和岩⽯看成⼀个互相联系的体系，称它为⽔岩体系。
⽔⽂地球化学作⽤除了⽔溶液作⽤以外，更主要的是⽔与岩⽯之间的作⽤。
既然在地球表⾯上和地球内部⽔是那样普遍，因此在研究地学时我们应该将⽔和岩⽯联系起来看问题。
许多⼈认为，地学、地球化学中的问题，特别是低温地球化学（温度⼩于200℃）问题，在⼤多数情况下都是发⽣在⽔岩体系中的⽔岩作⽤(water-rock interaction)问题。
凡是孤⽴地单⼀从⽔或岩⽯来研究地球化学问题是不全⾯的，因⽽也是不科学的。
世界上许多科学家都持有与此相同的观点，因此于1974年在前苏联⽔⽂地质学家的倡议下，志同道合的科学家汇聚在捷克的布拉格，举⾏了第⼀届国际⽔岩作⽤学术⼤会。
此后在国际地球化学宇宙化学协会下设了⽔岩作⽤委员会，在它的组织下，每三年举⾏⼀次学术活动。
第⼆次，于1977年在法国的斯特拉斯堡；第三次，于1980年于加拿⼤的埃特蒙顿；第四次，于1983年在⽇本的鸟取县三朝町；第五次，于1986年在冰岛的雷克雅维克；第六次，于1989年在英国的⽑尔芬；第七次，于1992年在美国的花园城；第⼋次，于1995年在俄罗斯的海参威；第九次于1998年在新西兰的TAUPO举⾏；第⼗次于2001年在意⼤利举⾏。
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,同位素,温泉,地球化学特征
水文地球化学，同位素，温泉，地球化学特征水文地球化学揭示了关于物质运转、物理结构和化学组成的复杂信息。
它将地球化学中的传统成分，如元素和化合物，与水的复杂性结合在一起，并使用有关水的特性来表征地表和潜在过程的研究。
一、水文地球化学的组成水文地球化学的研究包括：1. 同位素：它可以提供对水的示踪组分的活动、形成、运移和改变的信息。
这些组分的活动过程的时间尺度可通过同位素来识别，因为它们具有不同的衰减率和示踪率，有助于了解水的可达性、来源和频率，以及历史流域范围内水的过渡。
2. 温泉：温泉研究理解了水的生成深度，原位置，成分特征和其他可能的流体矿物特征，这些用于建立温泉的地质结构，从而确定温泉的常见特征。
3. 元素组成：水文地球化学可以改变水的元素组成，揭示有关水不同来源和活动状态的元素组成特征。
比如，氯、钠和钾等在水与岩石作用过程中的改变可确定其水文学特征。
4. 化学组成：水文地球化学也可以表征水中的氧化、还原和酸碱度，这些是地球化学特征的重要参数。
例如，酸碱度和氧化还原反应可以表征和验证水的有机和无机化学特征，而水的痕量元素快速筛选可以为后续研究提供重要的知识基础。
二、水文地球化学的重要性水文地球化学可以帮助改善和开发水资源，促进水资源管理系统的改善。
它也可以计算和模拟水的运行行为，帮助能源利用者和其他参与者建立水管理合同，并使社会经济资源的重新利用成为可能。
此外，水文地球化学有助于减少水系统中的污染行为，为水质保护和治理提供必要的数据，它还可以用于评估水文学特征，如水面的相对可利用蒸发量。
总之，水文地球化学是一种新兴的重要学科，它可以为水资源开发和管理提供重要信息，帮助社会经济发展和水環境保護。
它涵盖了水文学和地球化学等多种研究领域，其结果可以为决策者提供实用的参考信息。
第四章 水的地球化学循环及水文地球化学分带
1 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 1.1 水在地球中的全循环 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 地壳中水的全循环包括水文循环及地质循环。 我们已经比较熟悉水文循环。 我们已经比较熟悉水文循环。
1.2 地壳中水的地球化学循环 地壳中水的地球化学循环 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环总是和水循环紧密相联的。 水的地球化学循环：在沉积 变质作用有次序有 水的地球化学循环：在沉积-变质作用有次序有 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、 方向性的发展过程中，水直接参与岩石、有机物 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、 质及气体经历的地球化学作用，并被分解、合成 等作用与现象的总和。 等作用与现象的总和。 水是通过分解和合成实现其在地壳中的地球化 学循环的。 学循环的。
Hale Waihona Puke CaCa沉积盆地承压含水层地下水化学成分正垂直分带
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（1） 两个承压含水层地下水补给条件不同） （两个承压含水层地下水补给条件不同）
灰岩
粉砂岩
沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（ ） 沉积盆地承压含水层地下水化学成分反垂直分带（2） 两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部） （两个承压含水层由渗透性不同的岩石组成，下部大于上部）
正垂直分带：矿化度随深度增加而增加， 正垂直分带：矿化度随深度增加而增加，水化学成分也按着水 平分带中的更替次序而变化； 平分带中的更替次序而变化； 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水， 反垂直分带：上部高矿化度水下面埋藏着低矿化度水，在它们 下面，水的矿化度随深度重新增加； 下面，水的矿化度随深度重新增加； 复杂垂直分带： 复杂垂直分带：水的矿化度随深度增加不只一次的增加或减少
第4章 水文地球化学参数
第四章水文地球化学参数水文地球化学参数有三类：物性水文地球化学参数，条件水文地球化学参数，综合性水文地球化学参数。
第一节物性和条件水文地球化学参数一、物性水文地球化学参数物性水文地球化学参数是反映事物的性质（物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系）的参数。
如平衡常数，反应速度常数，分配系数，吸附容量，自由能，焓，熵，标准电子活度或标准电极电位，离子电位，离子半径和价态，以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。
这些参数反映的是事物的本性，或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。
事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。
在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。
但尽管如此，收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的，因为这些参数是对事物进行分析判断的基础，是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。
二、条件水文地球化学参数条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数，是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数，当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。
它们主要有水化学组分，含量，pH，pE或Eh，温度，压力等。
无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数，因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。
第二节参比和综合性水文地球化学参数上面已提及，仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答，也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。
但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的，因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。
对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答，必须将理论与实践相结合，也就是说，将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较，才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。
反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数便是综合性的参数，如饱和指数、反应条件指数等。
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>25%meq 的离子
HCO3 HCO3＋SO4
HCO3＋SO4＋Cl
HCO3＋Cl
SO4 SO4＋Cl Cl
Ca
1
8
15
22
29
36
43Ca +Mg291623
30
37
44
Mg
3
10
17
24
31
38
45
Na+Ca
4
11
18
25
32
39
46
Na+Ca+Mg
5
12
19
26
33
40
第五章 地下水的水文地球化学分类
水文地球化学分类，是按一定规则对地下水化学成 分（指标）相同或相近的水进行归类，是对实际 现象的一种归纳和概括。
不同类型的水，可能具有不同的成因和不同的水文 地球化学作用。合理地进行水文地球化学分类， 有利于对地下水的研究和利用。
1 按主要离子组分分类
1.1 舒卡列夫分类
1.2 苏林分类
根据水中主要阴、阳离子（Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、 Mg2+、Ca2+）彼此化学亲和力的强弱顺序而组成盐类的 原则，划分出四种类型的水。
首先按照rCl-和rNa+ （毫克当量数）的关系进行划分: (1) rCl-﹤rNa+（毫克当量数）时 (2) rCl-﹥rNa+（毫克当量数）时
根据水迁移标型元素进行水文地球化学分类，按水中主要阴 离子将水分为9类：
Ⅰ SiO3（ SiO3 —HCO3）
Ⅱ HCO3 Ⅲ HCO3 —SO4 （ SO4 —HCO3）
不含大量Cl, 水积极交替带形成的溶滤水
Ⅳ SO4
Ⅴ SO4 —Cl（ Cl—SO4 ） Ⅵ HCO3 —SO4 —Cl
过渡类，水有各种来源，多为大气降水和海相 封存水的混合产物
40
HCO3
NaCl和Na2SO4
Mg
外，还与HCO3- 20
结合形成
Ca
NaHCO3
0
1
2
NaHCO3型水
系列1 系列2 系列3
rCl- ﹥ rNa+
100
Na＋K
80
Mg
60
40
Cl SO4
20
HCO3
Ca
0
1
2
MgCl2 型水
系列1 系列2 系列3
100
Cl-除与Na+ 结合形成NaCl
80
含变质环境气体（主要是二氧化碳）的水，岩浆活动区的碳 酸水。
3 水文地球化学分类的基本原则
前述水文地球化学分类：按地下水主要离子组分分类
按地下水主要气体成分分类
都有片面性，不能全面地反映地下水化学成分与水文地 球化学环境的关系；化学成分分类与地下水成因类型和 形成过程联系不够。
标型元素（离子、化合物）的迁移决定着表生过程 的地球化学特点。
加连接号，如1-A：指的是M<1.5g/l, 阴离子只有HCO3> meq 25％，阳离子只有Ca
大于25meq%。
顺序命名法
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：HCO3-SO4-Ca水、 SO4-Na水。这样命名，有时涉及的离子就不限于 上述六种，而可以是NO3-Na-Ca水，H4SiO4HCO3-Na水等。这种命名法应用十分广泛。
然后根据阴、阳离子毫克当量比例系数进一步划分。
rCl-﹤rNa+
100
80
Na＋K
60
Mg
40
20
Ca
Cl SO4 HCO3
0
1
2
Na2SO4型水
系列1 系列2 系列3
100
Na+除与Cl-
Cl
结合形成NaCl
外，还与SO4-
80
Na＋K
结合形成Na2SO4
SO4
60
Na+除与Cl-和
SO4-结合形成
47
Na+Mg
6
13
20
27
34
41
48
Na
7
14
21
28
35
42
49
根据地下水中Ca、Mg、Na(Na+K)、Cl、SO4、HCO3及矿化度划分，将含量大于25meq% 的阴离子和阳离子进行组合，每型以阿拉伯数字为代号，共49型；按矿化度又分为4组：
A组矿化度<1.5g/l，B组1.5-10g/l，C组10-40g/l，D组>40g/l。命名时在数字与字母间
第四型：rHCO
3
0
Mg 2 ) Or Cl>Na
“型”用罗马字母标在 类的右下方。如C类Ca 组II型可C IC表Ia 示为
2 按主要气体成分分类
奥弗琴尼柯夫分类：
含氧化环境气体（氮，氧，二氧化碳等）的水，主要是地表 水，浅层地下水；
含还原环境气体（甲烷、硫化氢、二氧化碳，氮等）的水， 主要是油田水，天然气矿床水；
A—氧化水组（O2为主）； B—潜育水组（生物成因CO2为主）； C—硫化氢还原水组（H2S为主，有部分生物成因CO2）； D—甲烷强还原水组（CH4为主，有部分生物成因CO2， N2
和 H2S ） E—变质或岩浆二氧化碳水组 F—含氮热水组（大气成因CO2为主）
每组中又可分为潜水亚组和承压水亚组。
外，还与Mg2+ 结合形成MgCl2
60
Cl-除与Na+和Mg2+
结合形成NaCl
40
和MgCl2外，还与
Ca2+结合形成
20
CaCl2
0
Na＋K
Cl Mg
Ca
SO4
HCO3
C1 aCl2型水 2
系列1 系列2 系列3
• 苏林分类：当考虑以水中出现某种盐类为标准时， 命名为****型水；
• 苏林1948年提出这一分类原则时，是为了区分四种不同 环境中的地下水：
空气迁移的标型元素和标型化合物主要影响地下水的氧化还 原条件；水迁移的标型元素和标型化合物在很大程度上决 定着天然水的酸碱条件和矿化度。
按标型元素和标型化合物对地下水进行分组、分类， 是水文地球化学分类的基本原则。
水文地球化学分类（李学礼）
根据空气迁移标型元素进行水文地球化学分组，按水中溶解 气体分为6组：
Ⅶ HCO3—Cl（Cl—HCO3 ） Ⅷ Cl
不含石膏和岩盐的正常海相沉积岩中 水消极交替带的水
Ⅸ 卤水（Cl） 水交替停滞带的海相封存水
大陆环境
重碳酸钠型水
硫酸钠型水
海洋环境
氯化镁型水
深成环境
氯化钙型水
1.3 阿廖金分类
按主要的阴离子和阳离子将水分类和分组，然后再按主要 离子间的对比关系划分为型
天然水
重碳酸盐水 （C）
硫酸盐水（S）
氯化物水（Cl） 水按主要阴离子划分为 3类
Ca
Mg
Na
Ca
Mg
Na
Ca
Mg Na 每一类又根据主要
阳离子划分为3组
13 2
13 2
1 34 3
2
2
4313
2
2
43 2
43 2
13 2
每一组又根据离子 含量对比关系划分 为型
第一型：rHCO
3
r(Ca 2
Mg 2 )
第二型：rHCO
3
r(Ca 2
Mg 2 )
r ( HCO 3
SO42 )
先写“类”，“组”写 在“类”的右上方，
第三型：r(HCO3 SO42 ) r(Ca2