水文地球化学电子教案4讲解.ppt

水文地球化学 ;第四讲 地下水化学成分的形成与特征;地下水基本成因类型;溶滤-渗入水 溶滤-渗入水为大气起源，溶滤作用对地下水化学成分的形成起重要作用。 沉积-埋藏水 也称为封存水，埋藏于地质构造比较封闭的地下环境中，其成分可在一定程度上反映形成沉积物时盆地的特点。 在沉积-埋藏水的形成过程中，一般经历以下的演化阶段，下面以海相地层为例说明。 以上演化过程在不同的地质历史时期可能会循环往复许多次。由此可见，沉积-埋藏水的形成过程及其水化学成分是非常复杂的。;地下水基本成因类型;地下水基本成因类型;渗入成因地下水;渗入成因地下水成分的形成过程;一、大气降水阶段;一、大气降水阶段;二、植物-土壤影响阶段;二、植物-土壤影响阶段;二、植物-土壤影响阶段;二、植物-土壤影响阶段;三、水-岩相互作用阶段;在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，岩石中的各种盐类在溶滤作用下依次溶出 ⑴ 氯化物溶出，形成氯化物型水——出现于含盐层及盐渍化区 ⑵ 硫酸盐及残余氯化物溶出，形成硫酸盐型水——出现于干旱、半干旱大陆区和石膏区 ⑶ 易溶盐大部分溶出后，含CO2的水使碳酸盐和铝硅酸盐产生不全等溶解，形成重碳酸型水——出现于陆源沉积的近海区、碱土区和火山岩区 ⑷ 当硅酸盐被溶滤时，可形成含硅酸、Fe3+较高的重碳酸型水——出现于风化强烈的湿热气候区;阳离子交换作用 Ca2+ + 2Nax ?2Na+ + Cax Mg2+ + 2Nax ?2Na+ + Mgx 阴离子交换作用 Muscovite KAl2 [AlSi3O10] F2 + 2OH- = KAl2 [AlSi3O10] [OH]2 + 2F- Biotite KMg3 [AlSi3O10] F2 + 2OH- = KMg [AlSi3O10] [OH]2 + 2F- ;以富含O2的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为例 沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成Fe2+与SO42- 上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成CO2，并进一步促进碳酸盐岩的溶解，形成SO4.HCO3型水；若无碳酸岩存在，则形成SO4型水 在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，pH增高，可析出氢氧化铁沉淀 以沉积层中含有机物为例 地下水中的SO42-被还原为H2S 地下水中含H2S气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道 SO42- + 2C + 2 H2O ? H2S + 2HCO3-;Al, Fe, Mn的氢氧化物 SiO2和粘土矿物 Al, Fe, Mn的磷酸盐 Ca和Mg的碳酸盐 CaSO4 （石膏） Na2SO4（芒硝） Na, K的氯化物 Mg的氯化物 Na, K和Ca的硝酸盐;表生带地下水化学成分特征;渗入成因的溶滤潜水 弱酸性、重碳酸钙镁淡水 库尔洛夫式 大陆盐化的潜水 微咸、弱碱、硫酸盐-氯化物-重碳酸-钠钙镁 库尔洛夫式 两种水4:1混合 重碳酸-硫酸-钙钠镁水 库尔洛夫式;表生带地下水化学成分特征;植被是控制表生带地下水分带性的次一级因素;不同岩性地区地下水化学成分的形成、演化;碳酸盐岩地区地下水化学成分的形成和特征;;碳酸盐岩地区地下水组分形成的影响因素;岩溶地下水系统开闭性对地下水的影响;岩溶地下水系统开闭性对地下水的影响;岩溶地下水系统开闭性对地下水的影响;岩溶地下水系统开闭性对地下水的影响;岩溶地下水系统开闭性对地下水的影响;岩溶地下水系统矿物溶解顺序对地下水的影响;第一种溶解顺序：白云石?方解石 先遇白云石，饱和后，再遇方解石 对于以上的溶解顺序，地下水温度将对水化学过程产生影响 原因 Kc=[Ca2+][CO32-] Kd= [Ca2+][Mg2+][CO32-]2 ?{[Ca2+] [CO32-]} 2 T = 10?C时，Kd ? = Kc t10?C时，Kd ? Kc ；即白云石饱和后，水流经方解石时出现沉淀 t 10?C时，Kd ? Kc ；即白云石饱和后，水仍能溶解方解石，此时方解石的溶解将增加地下水中的Ca2+与HCO3-，使地下水对白云石过饱和。但白云石的沉淀反应具有迟滞性，即使地下水达到对白云石的过饱和，它也不会马上沉淀。但一旦发生沉淀后，方解石将继续溶解。此时白云石的沉淀与方解石的溶解同时存在，属于典型的不全等溶解过程。 结果 地下水中的Ca2+与Mg2+的摩尔浓度之比接近1或稍大于1。;第二种溶解顺序：方解石?白云石 方解石的溶解不会产生使地下水达到对白云石饱和所必需的Mg2+； 水流经白云石时，白云石的溶解将向地下水中加入更多的Ca2+与CO32-，促使方解石沉淀； 方解石沉淀使水中Ca2+、 CO32-减少，这又进一步促进了白云石溶解； 结果：地下水中的Ca2+与Mg2+的摩尔浓度之比随流程不断下降，最终如地下水同时达到对方解石与白云石的饱和，