地下水化学形成原因ppt课件.ppt
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1、第7章 地下水的化学成分及其 形成作用,第1节 概述第2节 地下水的化学特征第3节 地下水的主要物理、化学性质 第4节 地下水化学成分的形成作用第5节 地下水化学成分的基本成因类型第6节 地下水化学成分分析及其图示,第1节 概述,问题: 1、地下水是否是纯水? 2、除水(H2O)以外,地下水中还哪些成分?它们是如何形成的?这些成分对人类的生活、生产有何影响? 3、研究地下水化学成分的意义,第1节 概述,1、地下水是否是纯水? 地下水不是化学纯的 H2O,而是一种复杂的溶液。 赋存于岩石圈中的地下水,不断与岩土发生化学反应,并在与大气圈、水圈和生物圈进行水量交换的同时,交换化学成分。,2、除水(
2、H2O)以外,地下水中还哪些成分?它们是如何形成的?这些成分对人类的生活、生产有何影响? (1)地下水的化学成分是地下水与环境自然地理、地质背景以及人类活动长期相互作用的产物。 (2)水是最为常见的良好溶剂。它溶解岩土的组分,搬运这些组分,并在某些情况下将某些组分从水中析出。水是地球中元素迁移、分散与富集的载体。许多地质过程(岩溶、沉积、成岩、变质、成矿)都涉及地下水的化学作用。 (3)地下水含有对人体有害物质,作为饮用水危害人体健康。地下水具有特殊物理性质与化学成分的水具有医疗意义,对人体有益。 (4)地下水含大量盐类(如NaCl、KCl)或富集某些稀散元素(Br、I、B、Sr 等)的地下水
3、是宝贵的工业原料。,3、研究地下水化学成分的意义 阐明地下水的起源、形成与分布规律; 阐明成矿机制,完善与丰富找矿理论 ;地下水质量评价。 (1)确定饮用水、工农业用水 (2)查明地下水水质污染源 (3)查明地下水的侵蚀能力 (4)确定含水层之间及与地表水间的水力联系 (5)揭示地下水的地质作用规律,实现水质找矿 (6)提取化工原料 (7)医疗用水、地方病,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。 组成地壳的87种元素,地下水中已发现70余种。一、主要的气体成分 常见的有O2、 N2、CO2、CH4 及 H2S 1、 氧(O2)、氮(N2) 主要来源于大气,以入渗补给为主。
4、2、硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)主要与微生物参与的生物化学过程有关。 3、二氧化碳(CO2)主要来源于土壤,其次降水和地表水入渗补给。 在含碳酸盐类的岩石,在深部高温下,也可变质生成CO2。,第2节 地下水的化学特征,主要离子成分七种: Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+和Mg2+。 形成以上主要离子成分的原因: (1)地壳中含量较高,且易溶于水:O2、Ca、Mg、Na、K (2) 地壳中含量不高,但极易溶于水:Cl-、SO42- (3) 地壳中含量很高,但难溶于水的,地下水中含量不高:Si、Al、Fe 主要离子成分与矿化度(总溶解固体)之间的对应关系: (1) 低矿化
5、度:以 HCO3-、 Ca2+、Mg2+ 为主 (2)中矿化度: 以SO42-、 Na+、 Ca2+ 为主 (3)高矿化度: 以Cl-、 Na+为主 盐类溶解度: 氯盐 硫酸盐 碳酸盐 Ca2+、 Na+ Ca2+、Mg2+,二、主要离子成分,三、地下水中的其它成分 1、次要离子:如 H、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4、OH-、NO2-、NO3- 、CO32-、SiO32-及PO43-等。 2、微量组分:Br、I、F、B、Sr等。 3、胶体:Fe(OH)3、A1(OH)3、H2SiO3等。 4、有机质: 常以胶体方式存在于地下水中,常使地下水酸度增加,并有利于还原作用。 5、微生物:在氧
6、化环境中存在硫细菌、铁细菌等;在还原环境中存在脱硫酸细菌等;此外,在污染水中,还有各种致病细菌。,第3节 地下水的主要物理、化学性质,一、主要的物理性质: 色(color)、嗅(smell)、味(taste)、温度(temperature)、透明度(diaphaneity, transparency)、比重(specific weight)、导电性(conductance)、放射性(radioactivity)二、主要的化学性质: 总溶解固体、硬度、酸碱性 。 两者关系:物理性质往往是化学性质的外在表现。,1、 地下水颜色与其中物质关系表,2、 地下水的气味(嗅) 地下水一般无气味,若含有H2
7、S气体,水有臭鸡蛋气味;含Fe2+,水有铁锈味,即“墨水味”;含腐殖质,有腐草味或淤泥臭味。 水中气味强弱与水温有关,常温时不显,若将水加热到4060时,气味显著。,一、主要的物理性质,地下水所含的盐类及引起味觉的最低含量,3、地下水的味道 一般淡而无味,若含较多的二氧化碳,水清凉可口;含碳酸钙、镁的水味美适口,称“甜水”;若含有较多的有机质或腐殖质,水有腻人的土甜味,不宜饮用;含硫酸钠的水味涩;含氯化镁、硫酸镁较多的水味苦,且可引起呕吐和腹泻。,味道的强弱取决于地下水的温度,常温时不显,若将水加热到2030时,味道显著。,4、地下水的透明度 一般是透明的,如煤矿矿井水含大量煤屑等悬浮物而呈不
8、透明或半透明状。 (水的透明度分级表)确定水的透明度:,5、地下水的比重 取决于水中溶解盐类的数量。溶解的盐类越多,地下水的比重越大。一般地下水的比重接近于1。利用地下水的比重特征可以判别盐湖中盐类的沉积层位,便于分层位开采。6、 导电性 取决于水中溶解的电解质的数量和性质,即取决于各种离子的含量和离子价。离子含量越多,价数越高,则水的导电性越强。此外,温度也影响导电性。,7、水的放射性 取决于水中放射性物质的含量,大多数地下水都具有放射性,但其含量微弱。放射性矿床与酸性火成岩地区的地下水具有较高的放射性。利用水中放射性突然增强可以寻找放射性矿藏。,8、 温度 利用高温热水可以发电、取暖、灌溉
9、,温泉水可用来医治疾病。 水温的变化是影响水的化学成分、水化学作用的重要因素。 水交替缓慢时温度与地温一致,并取决于:太阳辐射热能、地球内部热流 。 地壳按热力状态从上而下分为变温带、常温带和增温带。,常温带:是变温带以下一个极簿的地带。地温一般比当地年平均气温高出12,粗略计算时可视为当地的年平均气温。 增温带:受地球内部热流控制。随深度增加而温度升高。用地温梯度或地温增温率表示。,常温带深度12m,昼夜变化1030m,地温年变化只有0.1,变温带:受太阳辐射热能影响,呈昼夜变化与季节变化。昼夜变化只影响地表以下12m深度。变温带的下限为1530m。,1、总溶解固体(TDS)(矿化度) 地下
10、水中所含种离子、分子与化合物的总量。(g/L) 习惯上以105 110时将水干所得的涸残余物总量。 因此(1) 计算时挥发性成分不计入; (2) HCO3-只取重量的半数 。 最好还是采用直接将化学分析所得全部离子量、分子量及化合物量相加的方法来计算。,地下水按TDS的分类表,二、主要的化学性质,2、硬 度 水中Ca2+、Mg2+的总含量。(meq/L) 德国度(H0): 一个德国度相当于1升水中含有 10mgCaO或7.2mgMgO。 1meq硬度 = 2.8 H0 目前新的国标中以CaCO3含量(mg/L)表示。 分类 总硬度:水中Ca2+、Mg2+的总含量 。 暂时硬度:水煮沸时(脱碳酸
11、作用),因形成碳酸盐沉淀而失去的一部分Ca2+、Mg2+含量 。 永久硬度:水煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量,计算 : rCa2+Mg2+ rHCO3-时, 暂时硬度 = rHCO3- 永久硬度 = rCa2+Mg2+- rHCO3- rCa2+Mg2+ rHCO3-时, 总硬度 = 暂时硬度 = rCa2+Mg2+ 永久硬度 = 0 地下水按硬度分类:,硬度大的水:煮饭不易烧熟;洗衣时肥皂泡沫减少; 锅炉易形成锅垢,或因不均匀导热引起锅炉爆炸;影响印染、造纸等工业的质量。 适于作饮用水的硬度为4.29毫克当量/升,3、酸碱度,用氢离子浓度即pH值衡量, 即: pH-lg H+ pH
12、值的测定一般用比色法进行,也可用试纸做简易测定。 地下水的pH值小于4时,对金属有剧烈腐蚀作用,矿井酸性水强烈腐蚀井下排水设备和管道,并污染环境。,含大量CO2的水、含有机酸的沼泽水、煤矿及金属硫化物矿区氧化带中的地下水,为酸性水。 岩浆岩、封闭的沉积盆地地下水、油田水,为碱性水。,一、地下水起源化学成分的特点 地下水的化学成分,具有一定的继承补给源的化学成分的特点。 1、起源于大气降水或凝结水: 补给区附近为矿化度低淡水,富含O2、N2、CO2及Ar等气体。 2、来源地表水: 与地表水成分相近,近河湖区,富含HCO3- 、SO42-;近海岸富含Cl-、Na+ 。 3、近海岸降水: Cl-、N
13、a+含量高。 4、古沉积盆地的地下水: 矿化度很高,主要离子为Cl-、Na+,并含有较多的Br、I 等微量元素,具有古海水的特征,长期处于封闭的环境中,H2S含量高。,第4节 地下水化学成分的形成作用,二、地下水化学成分的形成作用 各种不同来源的地下水,在后期循环过程中,不断与与周围的介质相互作用,化学成分不断变化,结果与原始的化学成分具有很大的区别。 作用类型: 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。,1、溶滤作用 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的过程。 结果:岩石失去一部分可溶物质,地下水补充了新的组分。注:溶滤作用并未破坏岩
14、石的完整性,也未破坏矿物的结晶格架,只是使其中的可溶部分进入水中;溶解作用是指组成矿物的一切元素按原来的比例全部转入水中,溶解物质的结构完全被破坏,而溶滤物质结构一部分流失,框架仍在。 溶滤作用具有时间上的阶段性和空间上的差异性。 一个地区经受的溶滤作用愈强烈,地下水的矿化度愈低,愈是以难溶离子为主要成分。,溶滤作用 影响因素: 组成岩土的矿物盐类的溶解度 。盐岩NaCl易溶,Si02难溶解; 岩土的空隙特征。致密基岩,水与矿物难以接触,难溶滤; 水的溶解能力决定着溶滤作用的强度。低矿化水的强,高矿化水的弱 水中CO2、O2等气体成分的含量。前者易溶碳酸盐、硅酸盐,后者易溶硫化物; 地下水的径
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