第7讲地下水的物理性质、化学成分及其形成作用ppt课件.ppt

地下水的物理性质及化学成份,地下水的化学成份地下水化学成份的形成地下水化学成分的分析与资整理地下水化学成分的分类,本 章 内 容,1地下水的化学成份,一般情况下,随着总矿化度(总溶解固体）的变化,地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化，即： 低矿化水中以HC03-、Ca2+、Mg2+为主; 高矿化水以Cl-、Na+为主; 中等矿化水中,阴离子常以S042-为主,主要阳离子为Na+、Ca2+。,地下水的矿化度与离子成分间之所具有这种对应关系,主要原因是水中盐类的溶解度不同（表1）,总的规律：氯盐的溶解度 硫酸盐 碳酸盐矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主的原因： 钙的硫酸盐,特别是钙、镁的碳酸盐,溶解度最小;随着矿化度增大,钙、镁的碳酸盐首先达到饱和并沉淀析出,继续增大时,钙的硫酸盐也饱和析出,因此,高矿化水中便以易溶的氯和钠占优势（由于氯化钙的溶解度更大,故在矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主）。,1、迁移性能 Cl-具有很强的迁移性能，其原因有三个方面： （1）不形成难溶化合物 （2）不被胶体所吸附 （3）不被生物所吸附 2、分布规律 氯离子在地下水中广泛分布,但低矿化水中一般含量仅mg/L,高矿化水中可达g/L以上。地下水中的Cl-含量随地下水矿化度的增高而增高。在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。,一、离子成份氯离子（Cl-）,3地下水中Cl-的主要来源: 沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解; 岩浆岩中含氯矿物方腊石NaAlSiO4N aCl、氯磷灰石Ca5(PO4)3C1的风化溶解; 海水; 火山喷发物的溶滤; 人为污染:工业、生活污水及粪便中含有大量Cl-。,一、离子成份-硫酸根（SO42-）,1、迁移性能 迁移性能较强，仅次于Cl- ，其迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO42-易与Ca2+、Ba2+、Sr2+等离子形成难溶盐。 （2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+胶体可以吸附SO42-。 （3）易被生物吸收，硫是蛋白质的组成部分。 （4）脱硫酸作用：在缺氧、有脱硫酸菌存在的情况下， SO42-被还原成H2S等的过程。,一、离子成份-硫酸根（SO42-）,2、分布规律 （1） SO42-含量随地下水矿化度增高而增加，但增加速度明显落后于Cl-。在中等矿化度水中，常成为含量最多的阴离子。 （2）在某些特殊情况下，地下水中含量可达到很高，例如硫化矿氧化带中的矿坑水，石膏层地下水。,3、来源 （1）石膏、硬石膏及含硫酸盐的沉积物 （2）硫化物及天然硫的氧化 （3）火山喷发物中硫的氧化 （4）大气降水中的SO42- （5）有机物的分解 （6）生活、工业、农业废水 （7）燃烧给大气人为产生的SO42-与氮氧化合物，构成富含硫酸及硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增加。,1、分布规律 HCO3在低矿化度水中主导地位，在阴离子中占首位。在某些含CO2的水中，HCO3含量可达1000mg/L以上。例如横迳（赣南）温泉水中HCO3含量高达2253mg/L，强碱、强酸水中，HCO3极少见。天然水中CO32含量一般很低，但在苏打水中可达到很高。,一、离子成份HCO3-和CO32-,2来源 大气中CO2 的溶解； 各种碳酸盐类及胶结物的溶解和溶滤； 岩浆岩与变质岩地区，HCO3主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解。例如：钠长石,一、离子成份,HCO3-和CO32-,钠是地下水中分布最广的阳离子，在高含盐量的地下水中钠是主要离子。含量： 低矿化水中含量一般很低,仅mg/L; 高矿化水中含量最高可达g/L。来源： 沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解； 海水； 岩浆岩和变质岩区含钠矿物的风化溶解。 酸性岩浆岩中有大量含钠矿物，如钠长石，因此，在二氧化碳和水的参与下同，将形成低矿化的钠离子及重碳酸根离子为主的地下水。,一、离子成份钠离子（Na+）:,钾在壳中的含量及其地下水中的分布与钠相近，在地下水中含量少，在水化学分析中，与归到钠中。钾离子的来源： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。,一、离子成份钾离子（K+）：,含量： 低矿化水中的主要阳离子,其含量一般为mg/L。 高矿化水中,Ca2+的含量显著增大,但仍远低于Na+。矿化度格外高的水,钙也可成为主要离子。来源： 碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。,一、离子成份钙离子（Ca2+）:,来源： 沉积岩：含镁的碳酸盐类沉积(白云岩、泥灰岩）； 岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。含量： 低矿化水中含量通常较Ca2+少,通常不成为地下水中的主要离子,部分原因是由于地壳组成中Mg比Ca少。并且容易被植物摄取和土颗粒吸附。,一、离子成份镁离子（Mg2+）：,二、地下水中的其它成分,胶体成分,硅酸,弱酸，离解程度很小。 在水中的含量一般每升十分之几毫克，少数达几毫克；但在碱性热水中，可达到100mg/L。 南方多雨潮湿的结晶岩地区，在一些低矿化度水中富集了硅酸盐型水。粘土矿物即是硅铝酸化合物胶体，最简单的形式如Al2O32SiO22H2O，硅铝酸阴离子使粘土胶体离子带有负电荷，是吸附阳离子的主要原因。,二、地下水中的其它成分,胶体成分,氢氧化铁,在还原环境中，地下水中的铁通常以低价Fe2+出现，亚铁离子在水中是不稳定的，极易氧化成氢氧化铁析出：,胶体氢氧化铁在地壳中分布很广，也是铁在天然水中存在的主要形式之一。,氢氧化铝,氢氧化铝胶体主要由铝硅酸盐风化分解而来，但很不稳定，容易形成水矾土、叶腊石等次生矿物，氢氧化铝在地下水中含量不高。,二、地下水中的其它成分,有机质,地下水中的有机质大部分由腐殖质组成，它是有机质经微生物分解后再合成的一种褐色或黑褐色的胶体物质。沼泽地区的地下水，有机质含量高，呈酸性，油田水中的有机质含量最高达n10-3。大气降水和海洋水中有机质含量最少，其他地下水中含量只有n10-5。,地下水中有机质主要来源是土壤或岩石石油天然气的溶解，细菌或生物的作用，沿海盐水的入侵等。此外工业废水、石油、天然气、煤等矿产开发，农业灌溉以及城市污染等也能形成有机质。,二、地下水中的其它成分,细菌成分,地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废水，污染地下水。,水的细菌分析结果一般用细菌总数（每升水）、菌度（含有一条大肠杆菌的水的毫升数）和检定量（1L水中大肠杆菌的含量）表示。我国规定1mL饮用水中细菌总数不得超过100个，1L水中大肠杆菌不得超过3个。,地下水卫生状况按菌度划分表,二、地下水中的其它成分,地下水中的次要离子：如H+、Fe2+、 Fe3+、Mn2+、OH-、NO2-、NH4+ 。地下水中的微量组分：Br、I、F、B、Sr等。有机质：常以胶体方式存在于地下水中。 微生物：地下水中存在各种微生物。例如,氧化环境中存在硫细菌、铁细菌、硝化细菌等;还原环境存在脱硫酸细菌等;污染水中有各种致病细菌。,三 、天然水化学成分的综合指标,水样分析中，除了测定单个组分的含量外，得还要测定一些综合指标，或者根据单项的水分析结果求得某些综合指示的计算值。 一、第一组指标 主要体现水的质量：包括总溶解固体、含盐量（度）、硬度等。,3.4 天然水化学成分的综合指标,1、总溶解固体（TDS，Total dissolved solid） （1）定义：指水中各溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体。 （2)测定方法与单位：通常以105-110下，水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示，其单位为mg/L或g/L，记为“TDS” 。 （3)计算方法： 溶解组分（溶解气体除外）总和减去1/2的HCO-3，因为水样蒸干过程中，约有一半（0.49）的HCO-3变成气体跑掉： 2HCO-3 = CO2-3 + H2O + CO2 （4）根据总溶解固体将地下水分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水五类。,3.4 天然水化学成分的综合指标,（4） TDS的实测值与计算值的差别： 除HCO-3外，硝酸、硼酸、有机酸等也可能损失一部分，同时，可能结晶水（石膏CaSO4H2O）和部分吸附水留在干涸残余物里。因此，TDS的实测值与计算值存在微小差别。 （5）矿化度与TDS关系：矿化度的术语，其含义与TDS相同，这是从前苏联引入的，在国际文献中一般只用TDS，而没有使用矿化度术语，目前我国也开始使用“TDS“代替矿化度。,3.4 天然水化学成分的综合指标,2、含盐量与含盐度 （1)含盐量：指水中各溶解组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示，这个指标是计算值，它与TDS的差别在于无需减去1/2 HCO-3。 （2)含盐度：在海洋研究中，常用含盐度代替含盐量。指海水中所有溶解组分的重量占水重量的千分数，以表示。,天然水化学成分的综合指标,3、硬度 （1） 定义：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等碱土金属离子的总和来量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金属离子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+来量度。 （2） 计算方法：Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L 。,天然水化学成分的综合指标,（4）硬度 依据水中生成的盐类不同又分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。 总硬度：指水中所含Ca2+、Mg2+ 的总量。它是碳酸盐硬度和非碳酸盐度的总和。 暂时硬度（碳酸盐硬度）：指水中Ca2+、Mg2+与HC03-和C032-离子结合的硬度。 水煮沸时，与CO32-和HCO-3结合的那部分Ca2+和Mg2+，由于产生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暂时硬度。以CO32-和HCO-3毫克当量数总和乘以50得到，如所得数值大于总硬度，其差值为负硬度 。 永久硬度：（非碳酸盐硬度）：指水中Ca2+、Mg2+与Cl-和S042-离子结合的硬度。非碳酸盐是指与Cl-、SO2-4和NO-3结合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。,一般规定，生活用水的总硬度不得超过25度。一般饮用水的适宜硬度以10度-20度为宜。,3.4 天然水化学成分的综合指标,二、第二组指标 主要表征水体环境状态：包括化学需氧量、生化需氧量、总有机碳及氧化还原电位。 1、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （1）定义：用化学氧化剂氧化水中能被氧化的有机污染物时所需的氧量。COD越高，表示有机污染物质越多，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。,3.4 天然水化学成分的综合指标,1、化学需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ） （2）测定方法与单位：目前常用KMnO4、KCr2O7和KIO3三种氧化剂测定水中COD的，以mg/L表示。 由于这三种氧化剂能力不同，所以其测定结果不同。为了区分分析结果，使用COD值时，应注明分析方法。 KMnO4法标注为： CODMn而KCr2O7法标注为：CODcr。显然CODMnCODcr。,3.4 天然水化学成分的综合指标,2、生物化学需氧量（BOD，Biochemical Oxygen Demand） （1）定义： 指用微生物降解水中需氧有机污染物所消耗的氧量 。BOD越高，表示水中需氧有机污染物质越多，是反映水体中有机污染程度的综合指标之一。 （2）测定方法与单位：由于微生物降解有机污染物的速度和程度与温度和时间有关。 为了使测定结果有可比性，通常采用25条件下，培养5天所测得的BOD，记为BOD5，以mg/L表示。由于BOD5不是降解水中全部有机污染物的耗氧量，所以BOD5通常小于COD。,3.4 天然水化学成分的综合指标,3、总有机碳（TOC，Total Organic Carbon） （1)定义：指水中各种形式有机碳的总量，是评价水体有机污染物的一个综合指标 。 （2)测定方法与单位：可以通过测定高温燃烧所产生的CO2测定TOC，也可以使用仪器迅速测定TOC，以mg/L表示。,3.4 天然水化学成分的综合指标,4、氧化还原电位（Eh） 表征水环境氧化还原状态的指标，一般以符号“Eh”代表，其单位为V或mV。 Eh值为正值，说明水环境处于比较氧化状态；Eh值为负值，说明水环境处于比较还原的状态。 水环境体系的Eh值，取决于系统内部氧化还原对的性质，氧化态和还原态组分的浓度、参加反应的电子数、温度及酸碱度 。,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 主要表征水环境的酸碱平衡特征：包括碱度和酸度。 1、碱度 （1）定义：是表征水中和酸能力的指标，碱度主要取决于水中HCO-3和CO32-的含量，当然水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力，它们也决定碱度的大小，但含量甚微。因此，一般地下水的碱度决定于水中HCO-3和CO32-含量。,3.4 天然水化学成分的综合指标,（2）测定方法与单位： 它可直接测定，也可通过计算求得，计算方法是HCO-3和CO32-毫克当量数的总和乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L，也称碳酸盐碱度。（计算法与碳酸盐硬度一致） 。,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 2、酸度 （1）定义：是表征水中和强碱能力的指标。 （2）组成水中酸度的物质： 强酸：HCl、HNO3和H2SO4等。 弱酸：CO2、H2CO3、H2S及各种有机酸等。 强酸弱碱盐：FeCl3、Al2(SO4)3等。 水中这些物质对强碱的总中和能力称为总酸度。,3.4 天然水化学成分的综合指标,三、第三组指标 3、总酸度与pH值的区别和联系 pH值仅表示呈离子状态的H+数量，而总酸度则表示中和过程中可以与强碱反应的全部H+数量，包括原已电离的和将会电离的两部分。,3.4 天然水化学成分的综合指标,4 pH 衡量水溶液酸碱性质的一个综合性物理化学指标，取决于水中所含H+浓度。pH-logH+，标准状态下， 当 中性 若pH7，即 ，则为酸性，反之则为碱性。,3.1 地下水中的大量组分,2、中性pH值与温度关系 pH中性点，随温度的增高而降低。 pH中7.47 0 pH中7.00 25 水温15 ，pH7，水为中性吗？ pH中6.63 50 pH中6.51 60 3、影响水中H+浓度（pH值）大小的因素 （1）水中不同形式碳酸的含量 （2）酸性土壤枯枝落叶层和沼泽中的腐殖酸，是天然水H+中的重要来源。,3.1 地下水中的大量组分,（3）盐类水解： （4）硫化矿床氧化 （5）微生物作用 硝化作用： 去硝化作用： （6）酸性气体 CO2、HCl、SO2等气体溶入水中,3地下水化学成分的形成作用,溶滤作用浓缩作用脱碳酸作用脱硫酸作用阳离子交替吸附作用混合作用人类活动在地下水化学成分形成中的作用,一、溶滤作用,溶滤作用的概念： 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。作用的结果： 岩土失去一部分可溶物质,地下水补充了新的组分。,1、影响溶滤作用强度的因素,岩土矿物盐类的溶解度（如NaCl与SiO2）岩土的空隙特征（如致密基岩）水的溶解能力（溶解度，低矿化水溶解能力强）水中的O2、CO2等气体成分 O2高，溶解硫化物能力强，CO2高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力强。水的流动状况：径流与交替强度最活跃因素。,注意：溶滤作用与溶解作用在内涵上的区别 溶滤作用：在不破坏晶体结晶格架情况下，部分组分进入地下水中的作用。如难 溶的硅铝酸盐中的某些成分。 溶解作用：破坏了矿物的结晶格架，使矿物的全部成分进入地下水中。如氯化钠。 溶滤作用具有时间上的阶段性和空间上的差异性。时间上的阶段性 设想岩层中原来有氯化物+硫酸盐+碳酸盐+硅酸盐等各种矿物盐类。 开始阶段，氯化物最易于由岩层转入水中，成为地下水中主要化学组分。 随着溶滤作用延续，岩层含有的氯化物由于不断转入水中并被水流带走而贫化，相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。 溶滤作用长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐及硅酸盐，地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。 因此，一个地区经受溶滤愈强烈，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。,空间上的差异性,岩层经受的溶滤便愈充分,二、浓缩作用,当地下水位埋藏不深,蒸发成为地下水的主要排泄方式。 由于蒸发作用只排走水分,盐分仍保留在地下水中,随着时间延续,地下水溶液逐渐浓缩,矿化度不断增大。 同时,随着地下水矿化度上升,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。,产生浓缩作用必同时具备的条件:干旱或半干旱的气候；低平地势控制下较浅的地下水位埋深；有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土；地下水流动系统的势汇排泄处。 干旱或半干旱浓缩作用的规模取决于地下水流动系统的空间尺度以及其持续的时间尺度。,当上述条件都具备时，浓缩作用十分强烈，有的情况下可以形成矿化度大于 300gL的地下咸水。,三、脱碳酸作用,水中CO2的溶解度受环境的温度和压力控制。脱碳酸作用概念：CO2的溶解度随温度升高或压力降低而减小,一部分CO2成为游离CO2从水中逸出脱碳酸作用。脱碳酸的结果：地下水中HC03-及Ca2+、Mg2+减少,矿化度降低: Ca2+ + 2HC03- CO2 + H20 + CaC03 Mg2+ + 2HC03- CO2 + H20 + MgC03,深部地下水上升成泉，泉口往往形成钙华，这就是脱碳酸作用。 温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用，Ca2+，Mg2+从水中析出，阳离子通常以Na+为主。,四、脱硫酸作用,在还原环境中,当有有机质存在时,脱硫酸细菌能使SO42-还原为H2S： SO42- +2C + 2H2OH2S + 2HC03- 使地下水中SO42-减少以至消失,HC03-增加,pH值变大。 封闭的地质构造是产生脱硫酸作用的有利环境。故某些油田水中出现 H2S,而SO42-含量很低。这一特征可以作为寻找油田的辅助标志。,五、阳离子交替吸附作用,阳离子交替吸附作用： 岩土颗粒表面带有负电荷,能够吸附阳离子。一定条件下,颗粒将吸附地下水中某些阳离子,而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分阳离子交替吸附作用。 当含Ca2+为主的地下水,进入主要吸附有Na+的岩土时,水中的Ca2+便置换岩土所吸附的一部分Na+,使地下水中Na+增多而Ca2+减小。,不同阳离子吸附于岩土表面的能力不同，按吸附能力自大到小的排序：H+ Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ 离子价越高，离子半径越大，水化离子半径越小，吸附能力越大。H+例外。,阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力。岩土的吸附能力决定于岩土的比表面积。颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。 因此，粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用，而在致密的结晶岩中，实际上不发生这种作用。,六、混合作用,混合作用的概念： 成分不同的两种水汇合在一起,形成化学成分与原来两者都不相同的地下水混合作用。混合水的矿化度与化学类型取决于参与混合的两种水的成分及其混合比例： 两种水的混合可能产生或不产生明显的化学反应。,范围：海滨、湖畔或河边，地表水往往混入地下水中；深层地下水补给浅部含水层时，则发生两种地下水的混合。,当以SO42-、Na+为主的地下水，与HCO3-、Ca2+为主的水混合时：,Ca（HCO3）2+Na2SO4CaSO4+2NaHCO3,七、生物化学作用,地下水中有机物质的含量与微生物的活动，对地下水化学成分的演变有特殊的作用。 许多研究证明，无论是埋藏不深的潜水，还是循环在1000m或更大深度的地下水中，微生物都有能力发展和活动。 微生物还能够适应很宽的温度范围，即从零下几度到零上85,微生物分为好氧细菌和厌氧细菌两种。 好氧细菌仅仅生活在有自由氧存在的地方，它利用氧来呼吸。有自由氧的条件，存在于潜水； 厌氧细菌生活在没有自由氧中，但对它必须的氧，它可以从有机氧化物中或从矿物盐类硝酸盐、硫酸盐等重取得。存在于封闭的含水层。,七、生物化学作用,1）硫磺细菌，它能使H2S和S氧化成硫酸,2H2S+O22H2O+S2,S2+3O2+2H2O2H2SO4,硫酸又和水中的碳酸盐中和成为硫酸盐沉淀析出：,H2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO2,2）去硫细菌，脱硫酸作用,八、人类活动在地下水化学成分中的作用,近年来,随着社会生产力与人口的增长,人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大：人类活动产生的废弃物污染地下水；人为作用大规模地改变了地下水形成条件,从而使地下水化学成分发生变化。,工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等；,滨海地区过量开采地下水引起海水入侵；,不合理的打井采水使咸水运移；,干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，引起大面积次生盐渍化等。,4 地下水化学成分的 分析内容与分析资料整理,地下水化学分析的内容地下水化学分析资料的整理,一、地下水化学分析内容,地下水化学成分的分析是研究的基础，工作目的与要求不同,分析项目与精度也不相同。当为饮用水源勘察时，应根据国家饮用水水质标准 （GB5749-2006）一般水文地质调查中的分析类型： 简分析 全分析 专项分析,简分析：用于了解区域地下水化学成分的概貌,这种分析可在野外利用专门的水质分析箱就地进行。分析的目的：为初步了解水质是否适于饮用。特点：分析项目少，精度要求低,简便快速,成本不高,技术上容易掌握。,分析项目： 物理性质温度、颜色、透明度、嗅、味道等； 定量分析项目HC03-、S042-、CI-、Ca2+、总硬度、pH值。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。 其它分析项目不固定,较经常的有NO2-、NO3-、NH4+、Fe2+、 Fe3+ 、H2S、耗氧量等。,全分析（并非分析水中的全部成分）：特点：项目较多，要求精度高，能较全面了解地下水化学成分做法：在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析，并对简分析结果进行检核。定量分析的项目： HCO3-、SO42-、Cl-、CO32-、NO2-、NO3-、Ca2+、 Mg2+、K+、 Na+、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、耗氧量、pH值、干涸残余物。,专项分析：为了满足某项目具体工作而提出的一些特需项目的分析。例1：对地下水作为生活饮用水的评价提出的细菌分析、有毒性的AS、Pb、Hg的分析； 例2：对工程建设项目的侵蚀性分析等。,化学分析结果的表示方式： 分析结果是用离子含量以毫克/升表示；在资料整理中用离子毫克当量数（meq/L）、离子毫克当量百分数表示(meq%)。 离子的当量=离子量（原子量）/离子价 离子的毫克当量数=离子毫克数/离子的当量 毫克当量百分数：分别以阴、阳离子的毫克当量为100%,求取各阴、阳离子所占的毫克当量百分比。,二、地下水化学分析资料的整理,1、地下水化学成分的图示法 多年来，人们提出了许多水化学分析结果的图示法。该法有助于对分析结果进行比较，并发现其异同点，更好地显示各种水的化学特性，同时更直观地在文学或口头报告中说明问题。,二、地下水化学分析资料的整理,3.5 地下水化学成分的数据处理,1、1离子浓度图示法（1） 圆形图示法 把圆形分为两半，一半表示阳离子，一半表示阴离子，其浓度单位为meq/L，其离子所占的扇形的大小，按该离子毫克当量占阴或阳离子毫克当量总数的比例而定。圆形的大小按阴阳离子毫克当量总数大小而定。 这种图示法可以表示一个水点的水化学资料，也可以在水化学平面图或剖面图上表示。,图3.2 园形图示法,3.5 地下水化学成分的数据处理,（2）柱形图示法 柱形一分两半，一半为阴离子，一半为阳离子，以meq/L或meq%表示。 柱子的高度与阴离子或阳离子meq的总数成比例。各例子排列顺序如图3.3所示。 通常表示6种离子，如超过6种，可把性质相近的放在一起如Na + K，Cl + NO3等。这种图示可表示一组数据，其优点是简明清晰。,图3.3 柱形图示法,3.5 地下水化学成分的数据处理,（3）多边图示法 图中有一垂直轴，此轴的左右两侧分别表示阳离子和阴离子，其浓度为meq/L。 与垂直轴垂直的有四条平行线，顶线有meq/L的比例刻度。图中一般表示6种组分，如要表示更多组分，可增加平行线。,图3.4 多边图示法,派珀三线图解法： 由2个三角形和1个菱形组成(图4）； 左下角三角形的三条边线分别代表阳离子中Na+K+、Ca2+及Mg2+的毫克当量百分数。 右下角三角形表示阴离子Cl-、SO42-及HC03-的毫克当量百分数。,2.派珀三线图解,任一水样的阴阳离子的相对含量： 分别在两个三角形中以标号的圆圈表示； 引线在菱形中得出的交点上以圆圈综合表示此水样的阴阳离子相对含量； 按一定比例尺画的圆圈的大小表示矿化度（不同人，不同地区，随意性太大，没有可比性）。,3舒卡列夫分类法,为了使大量的分析资料很快地系统化和简单化，需要将相同成因相同水化学特征的水归纳一起，以便研究水的规律性，分类方法很多，仅介绍我国广泛使用的-舒卡列夫分类法分类的依据： 水中六种主要离子(K+合并于Na+中)及矿化度划分方法： 含量大于25%毫克当量的阴离子和阳离子进行组合,分成49型水,每型以一个阿拉伯数字为代号。 按矿化度划分为4组：A组矿化度小于 1.5g/L，B组1.5-10g/L，C组10-40g/L，D组大于40g/L。,表2 舒卡列夫分类图表,该方法的特点： 不同化学成分的水都可以用一个简单的符号代替,并赋以一定的成因特征。例如： 1-A型即矿化度小于1.5g/L的HCO3-Ca型水,是沉积岩地区典型的溶滤水； 49-D型是矿化度大于4Og/L的Cl-Na型水,可能是与海水及海相沉积有关的地下水,或者是大陆盐化潜水。,四、地下水水化学的水平分带,地下水水化学分带是研究天然地下水在循环过程中水化学演化的基础，它展现出地下水循环过程中水化学演化的一般规律。在承压含水层中，不同的水平分带取决于不同含水层的水交替程度，其中盆地构造的开启程度首先决定了水化学水平分带性。一般地说，海相封存水与它周围的的岩石处于化学平衡状态，其矿化度不会改变。只在当含有这些水的岩层出露地表剥蚀或被构造断裂所切进时，封存水才进入成分改变的新的历史时期。 此时，发生了渗透水对封存水的排挤，承压水盆地地下水化学成分的形成过程就是渗透水排挤封存水的进程。,一、封闭构造水化学的全水平分带类型,封闭构造水化学的全水平分带类型是最为典型的水平分带，它具有所有基本的和过渡的水化学类型，由低TDS的重碳酸钙型一直到高TDS的氯钠钙型，很好地反映出地下水循环过程中水化学类型演变的一般规律。在这种分带中由于岩石成分的不同，可以划分为两个亚类。,水化学分带：,1、正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带,Ca2+和Na+阳离子吸附交替作用,脱硫酸作用,整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。,水化学类型的形成方式： HCO3型水 在补给区首先形成低矿化度的HCO3-Ca型水（有时由于阳离子交替吸附作用： Ca(HCO3)2+2Na(吸附)2NaHCO3+ Ca2+ (吸附) 使HCO3-Ca型水变为HCO3-Na型水）HCO3-Ca型水运动富集硫酸盐，变成HCO3-SO4-Ca型水。由于阳离子吸附交替作用： Na+ +Ca2+（吸附）Ca2+ +Na+(吸附)使水中富集Na+，使HCO3-SO4-Ca型水变成HCO3-SO4-Ca-Na型水，再变成HCO3-SO4-Na-Ca型水（M: 0.5-.07gL）,1、正常海相沉积岩的、有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中分带, SO4型水 HCO3-SO4-Na-Ca型水继续富集硫酸盐及产生Ca2+和Na+阳离子吸附交替作用，将逐步形成SO4HCO3 -Na-Ca型水SO4HCO3 Na型水SO4Na型水。（M：0.51gL）, HCO3-型水 由于SO4Na型水向下进入缺氧含有机质的还原环境，SO42-开始产生脱硫酸作用，随着脱硫酸作用的继续，使SO4Na型水依次变为SO4HCO3 Na型水 HCO3 -SO4 Na型水 HCO3 Na型水。在这个过程中产生H2S气体，同时SO42-完全消失（M：12gL）, Cl型水 碱性HCO3 Na型水向下进入被冲刷弱而含NaCl的岩层， HCO3 -Na型水变为HCO3 -Cl-Na型水Cl- HCO3 -Na型水Cl-Na型水（M=3-5g/L）。 封存水 在Cl-Na型水之后，是高矿化度的封存水（Cl-Na-Ca型水）。 整个地下水化学成分形成过程中，主要有三个作用：淋滤冲刷作用，阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用。,水化学分带：,2、石膏岩层或缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积中分带,二、半开启、开启构造水化学水平分带类型,特点：发育不完全的水平分带，即缺少一个或几个后面的带，首先缺少原生的氯钠钙型水，完全被排剂出去，根据开启和水交替的强烈程度，水平分带的水化学类型会依次缺少后面的带。,二、半开启、开启构造水化学水平分带类型,特点：不完全分带性，与半开启相比，分带更不发育。一般是低矿化度重碳酸钙及过渡水型，高矿化度水大部分缺失。,练习题,一、填空1地下水中含有各种 气体、离子、胶体物质、有机质 以及微生物等。2地下水中常见的气体成分有 氧气、氮气、二氧化碳、甲烷 及 硫化氢 等。3地下水中分布最广、含量较高的阴离子有 氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子 等。4地下水中分布最广、含量较高的阳离子有 钠离子、钾离子、钙离子 及 镁离子 等。5一般情况下，低矿化水中常以 重碳酸离子、钙离子 及 镁离子 为主；高矿化水则以 氯离子及 钠离子 为主。6一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以 硫酸根离子 为主，主要阳离子则可以是 钠离子 ，也可以是 钙离子 。7地下水化学成分的形成作用有 溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。,练习题,9在低矿化水中，阴离子以重碳酸盐为主，阳离子以钙离子、镁离子为主。随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的碳酸盐部分析出， 硫酸根 及 钠离子 逐渐成为主要成分，继续浓缩，水中硫酸盐达到饱和并开始析出，便将形成以 氯离子 、钠离子 为主的高矿化水。10当含钙为主的地下水，进入主要吸附有钠离子的岩土时，水中的钙离子便置换岩土所吸附的一部分 钠离子 ，使地下水中 钠离子 增多而 钙离子 减少。11地下水的物理性质主要包括：温度、颜色、透明度、嗅味 和 味道。12地壳表层有两个主要热能来源：一个是 太阳的辐射 ，另一个是来自 地球内部的热流 。13根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、常温带、 和 增温带 三个带。,二、判断题1地下水的化学成分是地下水与环境长期作用的产物。 （ ）2地下水中含有氧气和二氧化碳时，所处的地球化学环境有利于氧化作用进行。 （ ）3地下水中含有硫化氢和甲烷时，所处的地球化学环境有利于还原作用进行。 （ ）4一般情况下，低矿化水中常以重碳酸根离子及钙离子、镁离子为主；高矿化水则以氯离子及钠离子为主。 （ ）5一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以硫酸根离子为主；主要阳离子则可以是钠离子，也可以是钙离子。 （ ）6氯离子的含量随着矿化度增长不断增加，氯离子的含量常可以说明地下水的矿化程度。 （ ）7氯离子不被土粒表面吸附，且溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最稳定的离子。 （ ）8由于硫酸钙的溶解度较小，所以，地下水中的硫酸根离子远不如氯离子稳定，最高含量也远低于氯。 （ ）,9因为钾离子大量地参与形成不溶于水的次生矿物和易被植物所摄取，故地下水中钾离子的含量要比钠离子少的多。 （ ）10用库尔洛夫式反映水的化学特点时,阳离子标在横线上,阴离子标在横线下。 （ ）11正常条件下，地温梯度的平均值约为3度/100米。 （ ）12常温带地温一般比当地平均气温低1-2度。 （ ）13一般盐类溶解度随温度上升而增大,但是,硫酸钠在温度上升时,溶解度降低。 （ ）14一般情况下，低矿化水的溶解能力强而高矿化水弱。 （ ）15氯化物易溶于水，所以地下水常常以氯化物为主。 （ ）16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。 （ ）17浓缩作用的结果是地下水的矿化度不断增大。 （ ）18深部地下水上升成泉，泉口往往形成钙华，这是脱碳酸作用的结果。 （ ）19脱硫酸作用一般发生在氧化环境中。 （ ）20当含钙离子为主的地下水，进入主要吸附有钠离子的岩土时，水中的钙离子置换岩土所吸附的一部分钠离子。 （ ）21离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则吸附能力愈大。 （ ）22地下水流径粘土及粘土岩类最容易发生交换吸附作用。 （ ）23在简分析项目中，钾离子和钠离子之和通常是计算求得。 （ ）,1研究地下水中气体成分的意义？2、地下水中氯离子的特点有哪些？3、地下水中的总溶解固体与各离子含量有什么关系？4、为什么高矿化水中以易溶的氯离子和钠离子占优势？5某地地面标高为100m，多年平均气温为10，常温带距地面20m，增温带的地温梯度为4/100m，试计算地面下2000m的地温 。6试鉴别下述分析结果应属何种水? 水分析结果（单位为mg/L）：K=387，Na=10700，Ca=420，Mg=1300，Cl=19340，SO42-=2088，HCO3-=150，Br=66。（有关元素的原子量为：K=39，Na=23，Ca=40，Mg=24.3，Cl=36.45，S=32，C=12，O=16，Br=79.9，H=1）。7、请用水文地球化学理论解释下列现象。 (1) 油田水中含H2S，NH4浓度高；SO4和NO3含量很低； (2) 某供水井抽出的地下水进入水池后，开始为透明无色，不久出现土红色絮状悬浮物； (3) 灰岩地区泉口出现钙华。,三、简答题,复习思考题：,地下水的物质组成。地下水的主要气体成分有哪些？地下水的主要离子成分有哪些？主要是从哪里来的？地下水中低矿化水、中等矿化水、高矿化水分别以哪些离子为主？地下水中的其它成分有哪些？地下水总矿化度的概念及其表征方式（库尔洛夫式）根据受热源影响的情况,地壳表层温度的分带地下水化学成分的形成作用有哪些？从形成地下水化学的基本成分而划分的地下水主要成因类型一般水文地质调查中的地下水化学分析的类型？各类型分析的目的及其主要分析项目？地下水化学分析结果的表示方式地下水化学分类与图示方法,