地下水化学成分的形成与特征
地下水水化学特征与环境变化的分析研究
地下水水化学特征与环境变化的分析研究地下水是生活中不可或缺的水源。
它来源于降水渗透入地下，经过长时间过滤和沉淀，逐渐形成储存于地下岩石孔隙和裂缝中的水。
地下水水化学特征指地下水中的化学成分特征。
地下水主要由几种成分组成，包括阴离子、阳离子、溶解氧、碳酸盐、硫酸盐等。
这些成分包含各种元素，如氢(H)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、氨(NH4)、氟(F)、氯(Cl)、硝态氮(NO3)、硫酸根(SO4)等。
这些化学成分的含量和比例代表着地下水的水化学特征。
通过分析这些特征，可以深入了解地下水的来源、形成过程和水体的环境变化。
地下水来源复杂，其水化学特征也受到多种因素的影响。
地下水主要来源于降水和地表水的渗透入地下。
地下水渗透过程中受到地质、水文和生态等方面的影响，如岩土性质、地下水流动路径、微生物作用等因素。
地下水所受影响的因素不同，其水化学特征也会有所不同。
例如，火山岩、石灰石和岩盐等岩石的地下水中钾、钠、镁、氯的含量较高。
而花岗岩、二长岩和片岩等岩石的地下水中钙、镁的含量较高。
地下水的水化学特征还与环境变化有关。
随着人类活动的增加，各种污染物和化学物质不断释放进地下水中，破坏了原本的水化学平衡。
例如，工业生产和农业灌溉中使用的化学物质，如农药、化肥、铬、氨氮等会导致地下水中污染物含量的增加。
环境气候变化也会影响地下水的水化学特征。
全球气候变暖导致地表水蒸发增加，降水量减少，会降低地下水的补给，导致地下水位下降，对地下水的水化学特征产生影响。
在分析地下水水化学特征时，需要进行长期观测和监测，并建立合理的分析模型，以便更好地理解地下水的来源、特征和环境变化。
同时，应针对不同区域、不同岩性和不同人类活动的影响，制定相应的保护和治理措施，以维护地下水的水化学平衡和水质的安全。
总之，地下水是人类不可或缺的水源，了解其水化学特征及其与环境变化的关系，有助于更好地保护和管理地下水资源，维护生态平衡和人类健康。
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
工程地质基础—地下水
孔隙
岩石中的各种空隙 1.分选良好，排列疏松 的砂；2.分选良好，排 列紧密的砂
3.分选不良的，含泥、 砂的砾石；4.经过部分 胶结的砂岩
5.具有结构性孔隙的 粘土
6.经过压密的粘土
7.具有裂隙的岩石
8.具有溶隙及溶穴的可 溶岩
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列方式 分选程度 胶结充填程度 结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
3.地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水。
4.人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。
(2)水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：
◆大循环——海陆之间的水分交换过程，也称为海 陆间循环。 ◆小循环——水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。
潜水与地表水补给的关系
(a) 潜水补给河流 (b)河流补给潜水
(c)单侧补给
潜水与地表水之间的关系
练习题一
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定
①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降
（A、B两点距离近似为60m）
③若在C点处凿井，多深可见
潜水面？
承压水
充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板
H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫 酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。
CO2 ：主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2，还有大 气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下 水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。
地下水化学成分形成的主要影响因素
地下水化学成分形成的主要影响因素地下水是地球上重要的生态资源之一，它在地表水分循环中起着极为重要的作用。
地下水的化学成分是反映水文地质环境和水循环过程的重要指标。
地下水化学成分的形成受多种因素的影响，主要包括地质、水文、气候和人类活动等。
一、地质因素地质因素是地下水化学成分形成的主要因素之一。
地下水的化学成分受到地质构造的影响，如岩石类型、岩性、构造复杂度、矿物质组成、断裂、节理、裂隙等。
这些地质因素会影响地下水中溶解固体、溶解气体、悬浮物、离子的种类和含量，从而影响地下水的化学成分。
以矿物质组成为例，地下水与地层岩石常常存在物质的交换作用，使得地下水的化学成分受到岩石类型和矿物质组成的影响。
大多数地下水中都含有硫酸盐、铁、锰等物质。
当地下水与含有较多石灰岩的岩石接触时，则会溶解出碳酸盐、钙离子和镁离子等，这些成分又会与地下水中的二氧化碳反应，形成碳酸氢根离子等，从而影响地下水的化学成分。
二、水文因素水文因素是影响地下水化学成分形成的重要因素之一。
水文因素包括地下水的来源、路径、流速、温度、深度等。
地下水的源头不同，其化学成分也会有所不同。
在沿海地区，地下水往往受到海水的影响，其中含有较高浓度的氯离子和矿化物。
深层地下水往往温度较高，较容易溶解矿物质，含有较高浓度的重金属物质，如铁、锰、铜等，因此在水源选择和利用中需要进行严格的评估和选择。
地下水的流速不同，水文环境不同，都会导致不同程度的化学成分变化，特别是硝酸盐、硫酸盐、氯离子等。
由于流速过慢或环境抗性强，很多硝酸盐、硫酸盐等离子成分都能在地下水体系中积累，对地下水水质产生较大的影响和风险。
三、气候因素气候因素是地下水化学成分形成的重要参考因素之一。
气候因素包括降水量、气温、气压、风向和降雪等。
气候条件的变化会导致地下水的化学成分有所变化。
例如，干旱条件下的降水量较低，地下水中的硝酸盐和硫酸盐含量较高，而在高温、高气压条件下，地下水中的溶解氧含量会降低，会影响水体的生态系统和生物降解过程等。
[理学]5地下水的物理化学性质
![[理学]5地下水的物理化学性质](https://img.taocdn.com/s3/m/e8c1bdd169dc5022aaea0099.png)
h
24
5.4地下水化学成分的形成作用
• 5.4.1溶滤作用
• 溶滤作用是指地下水与岩土相互作用、岩土中一部分物 质转入到地下水中的作用。地下水与岩石相互作用使岩 石中一部分可溶成分转入水中，而不破坏矿物结晶格架 的作用。
• 水解作用是地下水与岩石相互作用成岩矿物的晶格中发 生阳离子被水中氢离子取代的过程。
• ① 组成岩土的矿物盐类的溶解度，盐岩NaCl易溶， SiO2难溶解；
• ② 岩土的空隙特征：致密基岩，水与矿物难以接触， 难溶滤。
• ③ 水的溶解能力：低矿化水的强，高矿化水的弱；决 定着溶滤作用的强度。
• ④ 水中CO2、O2等气体成分的含量，决定着某些盐类的 溶解能力，有易形成HCO3-、SO42-，有O2易溶解硫化物。
h
8
5.2地下水的化学成分
• 二氧化碳（CO2）：作为地下水补给源的降水和 地表水虽然也含有CO2，但其含量通常较 低。地 下水中的CO2 主要来源于土壤。有机质残骸的发 酵作用与植物的呼吸作用使土壤中源源不断产生 CO2，并溶入流经土壤的地下水中。含碳酸盐类 的岩石，在深部高温下，也可以变质生成CO2： CaCO3→CaO+CO2因此，在少数情况下，地下水 中可能富含CO2 甚至高达1g/L 以上。地下水中含 CO2 愈多，其溶解碳酸盐岩与对结晶岩进行风化 作用的能力便愈强。
第五章 地下水的物理化学性质
• 5.1 地下水的物理性质 • 5.2地下水的化学成分 • 5.3地下水的化学特征 • 5.4地下水化学成分的形成作用 • 5.5地下水化学成分的基本成因类型 • 5.6地下水化学成分的分析内容与分类图示
h
1
5.1 地下水的物理性质
• 一般指：温度、颜色、透明度、味、比重、导电性、 放射性等
地下水的物理性质和化学成分ppt课件
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
20
-
地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
-
4.1 地下水的物理性质
2
-
地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
18
地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
36
-
地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
水文地质学基础 第六章 地下水的化学成分及其形成作用.
5. K＋ ◆ 地下水中K＋的含量只有Na＋含量的4％～10％。 ◆ 一般将K＋归并到Na＋中进行分析，不另区分。
如Na＋（+ K＋ ）
6. Ca2＋（低矿化水的主要阳离子） ◆ 含量一般不超过数百mg/L ◆来源： ☆碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； ☆岩浆岩及变质岩中含钙矿物的风化溶解。 7. Mg2＋ ◆ 化学性质及来源与Ca2 ＋相近，但地壳组成中 Mg2＋比较少，因此含量通常较Ca2 ＋少。
化合物的当量=化合物分子量 / 阴（阳）离子价 meg/L＝mg/L /离子的当量
☆德国度（H°） ：相当于1L水中含10mgCa2＋或 7.2mgMg2＋的量。
1 meg/L＝2.8 H°
4.地下水按硬度分类：
地下水类型 极软水 软 水 弱硬水 硬 水 极硬水
硬度（mg/L，以 CaCO3计）
＜75
◆专项分析：
只分析一个或少数几个成分，分析项目根据具体任务确 定。
如：在对地下水质作动态观测时，可只选有代表性的离 子作定期分析；
为判明含水层之间是否有联系时，只需要作个别离子的 分析；
在为寻找饮用水源进行地下水调查时，需进行水中有毒 成分如As（砷）、Pb（铅）、F（氟）等项目的分析。
三、水化学分析资料整理
如：CO2可促进碳酸盐类的溶解。
二、地下水中主要离子成分
◆主要离子共7种： Cl－、SO42－、HCO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋
◆占主要地位离子随矿化度（含盐量）的变化： ☆低矿化水以HCO3－及Ca2＋ ，Mg2＋为主； ☆中等矿化水以SO42－及Na＋为主，阳离子也可以
是Ca2＋ ； ☆高矿化水以Cl－及Na＋为主。
地下水化学成分的主要特征是什么
地下水化学成分的主要特征是什么?
我国不同地区的地下水化学成分有显著的差别。
我国浅层地下水化学类型，以矿化度指标可划分成6种类型，即淡水、咸水、盐水、卤水、浓卤水以及特殊类型水，见表2.3.2。
我国浅层地下水化学类型表2.3.2
我国地下水有从浅部到深部矿化度逐渐增高、水化学类型由重碳酸盐型过渡到硫酸盐及氯化物型的水化学垂直分布的特点。
淡水∶矿化度<1000mg/L，水中化学成分以重碳酸-钙，重碳酸-钙、钠，重碳酸-钠型为主，仅在个别地段见有重碳酸-硫酸盐型水。
该水适于饮用及工农业用水，主要分布在水积极交替带中，并常分布有医疗矿泉及温泉。
咸水矿化度为1000～10000mg/L，水化学类型有重碳酸-氯化物、硫酸-氯化物、氯化物-硫酸盐型，阳离子成分较复杂，一般以Na+、Ca2+为主。
盐水∶矿化度为10000～50000mg/L，水化学类型以氯化物-钠型为主。
该水中常含有H2S、CH4、I等与油气藏有关的组分。
卤水∶矿化度为50000～20000mg/L，以氯化物-钠型水为主，常含有H2S、CH4、I、Br、B等组分，有时可以提供食盐、I和Br等用。
浓卤水∶矿化度>200g/L，水化学类型为氯化物-钠（钙）型，该水为供提取I、Br、B和Li等工业原料用水。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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： 外生水
溶滤-渗入水 沉积-埋藏水
内生水
地下水基本成因类型
溶滤-渗入水 大气起源，溶滤作用
沉积-埋藏水 封闭地质构造较环境中 经历了3个演化阶段
挤压阶段：淤泥、粘土中的沉积水受挤 压进入含水层
大气中的CO2 有机物的腐败和被氧化，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
土壤的氧化还原条件改变金属元素的价态
二、植物-土壤影响阶段
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；
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。
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
盐类的性质； 水的成分； 环境的热力学条件
水-岩地球化学作用类型
溶解作用 氧化还原作用
表生带地下水具有分带性规律
水文地球化学分带性——地下水化学成分在空间变化的规 律性，表现为自然地理上的水平分带，地质上的垂直分带
类 析 出
Na, K的氯化物
顺 序
Mg的氯化物
Na, K和Ca的硝酸盐
地 硅酸-重碳酸盐水
下
水 重碳酸钠钙水
化
学 成
苏打水
分
变 化
Na2SO4型水
Cl-Na水和Cl-Na-Ca水
表生带地下水化学成分特征
表生带的概念
地球表部存在生物活动的圈带，包括大气圈、水圈、生物 圈等
表生带是赋存渗入成因水的主要场所
当水富含O2和CO2时
沉积岩中黄铁矿溶解，形成Fe3+硫酸盐 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；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.降水充沛，径流发育地区，岩石中的各类盐在 溶滤作用下依次溶出
首先，氯化物溶出，形成氯化物水，出现于含盐层及盐渍化区 其次，硫酸盐及残余氯化物溶出，形成硫酸盐水，出现于干旱、半干
旱大陆区和石膏区 易溶盐大部溶出后，含CO2的水使碳酸盐和铝硅酸盐不全等溶解，形
1955年瑞典Gorham 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。
二、植物-土壤影响阶段
土壤是一个消耗水中DO的“酸性泵”
光合作用——土壤中的有机物——CO2、NH3等强反应 物
土壤中最重要的酸——碳酸， CO2来源于
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 富含氯化物、硫酸盐 Na/Cl=1；Cl/Br>>300；Br、NH4低，含大气起源的N2
对于封闭的海相粗粒沉积层
稀释、驱替岩层中变质海水
阳离子交换作用：CaNa(吸附态) 水中的H2CO3溶解CaCO3、MgCO3、CaMg(CO3)2Ca2+、Mg2+、
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：形成新的淤泥、粘土 含水层中的水由中心向盆地两侧运移
地下水基本成因类型
渗入成因的（溶滤-渗入水）
外生的
地下水
沉积成因的（沉积-埋藏水） 混
合
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）
渗入成因水
成重碳酸水，出现于陆源沉积的近海区、碱土区和火山岩区 在风化强烈的湿热气候区，硅酸盐被破坏，形成含硅酸、Fe3+、Na+
较高的重碳酸水
三、水-岩相互作用阶段 蒸发浓缩（大陆盐化作用）
Al, Fe, Mn的氢氧化物
SiO2和粘土矿物
Al, Fe, Mn的磷酸盐 水
Ca和Mg的碳酸盐
中 盐
CaSO4 （石膏） Na2SO4（芒硝）
HCO 3 -，直至耗尽H2CO3 存在石膏、硬石膏时 水中富含CaSO4，Na/Cl>>1, Cl.SO4-Na，微量
Br、I、NH4
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
内陆湿润地区：
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。
内陆干旱地区：
雨水中杂质比较多，矿化度可达0.n克/升。
一、大气降水阶段
pH
Cl-
SO42HCO3NO3Ca2+
Mg2+
Na+
K+
NH4+ Total
代表性大气降水成份（mg/L）
沿海地区
内陆湿润气候区
—
6.0
5.4
1.5
1.8
4.4
1.3
5.6
0.3
0.7
0.3
2.0
0.4
0.2
3.4
1.6
—
0.7
0.2
0.8
13.1
17.4
内陆干旱气候区 7.1
38.9 35.8 53.0 0.7 24.2 3.2 21.2
— 0.6 177.6
一、大气降水阶段
大气降雨成分其他特征
气体
可溶性气体（O2, CO2, N2等）及惰性气体；
侵蚀性
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；
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。
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
渗入成因 地下水成分的形成过程
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
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；