水文地质学基础第六章地下水ppt课件.ppt
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1、水文地质学基础第六章地下水,地下水不是纯的H2O,而是天然溶液,含有各种组分。水是良好的溶剂,在空隙中运移时,可溶解岩石中的成分。在自然界水循环过程中,地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。物理性质:温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。化学性质:气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体。研究许多地质作用时都不能不涉及地下水的化学作用。不同的用水目的在利用地下水时,对水的质量有一定要求(如:饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等)研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合,6.1 地下水的化学成分,一、地下水中常见的气
2、体成分 氧(O2)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关二、地下水中主要离子成分地下水中含量多的有七种离子阴离子:HCO3-、SO42-、Cl-阳离子:Ca2+、Mg2+、K+、Na+,6.1.1 气体成分,地下水中常见的气体成分1、氧(oxygen,O2)、氮(nitrogen,N2)起源:大气圈随降水入渗进入含水层中,如富含O2与N2 说明地下水是大气起源的,氮还有生物起源与变质起源环境:在封闭环境下,氧被耗尽只剩下N2,指示水是大气起源且处于封闭环境2、硫化氢(H2S)、甲烷(methane,CH4)这两种气体都是在较
3、封闭环境中,在有机质与微生物参与的生物化学过程中形成。还原环境下:SO42-H2S,成煤过程,煤田水成油过程,油气藏,油田水,6.1.1 气体成分,3、二氧化碳(CO2)大气降水中的CO2含量较低,地下水中CO2主要源于:土壤层(入渗过程溶于水中):有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生 碳酸盐岩地层:在深部高温下,也可变质生成CO2 人类活动:在化石燃料(煤、石油、天然气),导致 大气中的CO2增加,(增长20%)地下水中CO2增加,水对碳酸盐岩的溶解与对结晶岩风化溶解能力愈强!,6.1.1 气体成分研究意义,地下水中气体成分的意义:气体成分指示地下水所处的地球化学环境氧化环境oxidatio
4、n还原环境deoxidation气体成分可以增加水对盐类的溶解能力促进水岩的化学反应,相互作用,6.1.2 主要离子成分,地下水中的主要离子成分水中离子成分主要取决于:元素的丰度(克拉克值):某元素在地壳化学成分中的重量百分比;元素组成的化合物在水中的溶解度地壳中主要元素有哪些?地壳中丰度较高的元素:Si、Al、Fe(地下水中低)地壳中丰度较低的元素:Cl、S、C(地下水中高)地下水中主要离子有:Anion 阴离子:HCO3-、SO42-、Cl-Cation 阳离子:Ca2+、Mg2+、K+、Na+,6.1.2 主要离子成分,这与主要离子构成的盐类溶解度有关(参见52页表6-1):碳酸盐类 硫
5、酸盐类 氯化物常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物(TDS)或矿化度有关:矿化度(g/L):低(1)中(1-10)高(10-30)阴离子:HCO3-SO42-Cl-阳离子:Ca2+Ca2+,Mg2+Na+,K+水中阴离子在地下水水流过程的(分布)变化,地下水水流过程的阴离子变化,6.1.2 主要离子成分,地下水中主要离子成分来源(自学P52-53)低矿化度水中的常见离子:HCO3-、Ca2+、Mg2+,常来源于沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解 高矿化度水中的常见离子:Cl-、Na+、K+,沉积盐岩(钠盐、钾盐)的溶解、变质岩风化溶解,海水影响 中等矿化度的常见离子:SO42-,沉
6、积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发H2S 气体氧化、人类活动燃烧煤产生大量SO2,SO2氧化后形成之,大气中SO42-过高时,降“酸雨”,6.2 地下水化学成分形成作用,溶滤作用水岩相互作用时发生浓缩作用蒸发排泄时发生脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生脱硫酸作用在还原环境下发生:SO42-H2S阳离子交替吸附作用岩土表面吸附的阳离子与水中阳离子发生交换混合作用 2种不同类型地下水混合时发生人类活动的作用影响越来越大,6.2.1 溶滤作用,1.定义:水与岩土相互作用下,岩土中某些组分向地下水中转移的过程。其结果是:岩土失去部分可溶物质,地下水中获得相应的化学成分使水中TDS。CaCO3+H
7、2O+CO2 2HCO3-+Ca2+(固)(水)(气)2.影响因素-(水岩作用)?,6.2.1 溶滤作用影响因素,岩土-化学组分(如:石灰岩HCO3-Ca水、花岗岩HCO3-Na水)组分的可溶性(溶解度、溶解速度)盐分溶解度的差异导致易溶的先进入水中,难溶的后进入水中 水-水的溶解能力(TDS,O2、CO2气体组分)水的流动性 a.水中已溶组分的多少水中盐份含量增高,溶解能力降低 b.水中某些气体组分-O2增加硫化物的,CO2增加碳酸盐类.通常刚渗入到地下的水,矿化度很低,随着水在地下含水岩层的运移,不断有新的盐份溶解到水中,水中TDS,水的溶解能力下降,最终水的溶解能力0,溶滤作用将会停止?
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