水文地球化学电子教案4
114页1、水文地球化学基础水文地球化学基础 主讲:苏春利中国地质大学(武汉)环境学院第四讲第四讲 地下水化学成分的形成与特征地下水化学成分的形成与特征地下水基本成因类型l按照地下水的形成起源可分为:l溶滤-渗入水l沉积-埋藏水同期沉积水非同期沉积水含有一定比例的其他成因水l内生水l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。l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。l挤压阶段:淤泥、粘土中的沉积水受挤压进入含水层l渗入阶段:沉积物出露地表,大气水或地表水入渗,并驱替沉积水,发生水交替作用l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地下水基本成因类型地下水基本成因类型地下水基本成因类型l内生水1902年捷克鸩斯提出“初生水” ,即岩浆分异出来的水(岩
2、浆水),认为该水首次流出地表,继而参与水圈总循环。1940年苏联奥弗琴尼柯夫认为岩浆中确有水存在,并可使地下水圈的水在地壳发展过程中稍有增加,但不能认为地下水的储量是岩 浆活动造成的;他将高温条件下矿物及岩石中结合态转变为游离态、 并转入现代水圈的水称为“再生水”。1975年加弗里连科,在承认初生水基础上,提出“深成水”,包括沿深大断裂向地壳层和地表运移的,积极参与区域变质作用、接触 交代作用和花岗岩化作用的大量初生水,以及以上作用终止后从岩石 中脱出的再生水。这部分水仅当存在适当通道时,才溢出地表。地下水基本成因类型地下水基本成因类型渗入成因的(溶滤-渗入水)外生的沉积成因的(沉积-埋藏水) 地下水变质成因的(变质水、再生水)内生的岩浆成因的(初生水、岩浆水)混 合渗入成因地下水渗入成因 地下水成分的形成过程l渗入成因地下水的形成经历了: 大气降水阶段大气降水阶段 植物植物- -土壤影响阶段土壤影响阶段 水水- -岩相互作用阶段岩相互作用阶段 蒸发浓缩阶段蒸发浓缩阶段一、大气降水阶段l l大气降雨的一般成分特征大气降雨的一般成分特征 气体气体l可溶性气体(O2, CO2, N2等)及
3、惰性气体 侵蚀性侵蚀性lCO2溶于水后,形成碳酸,降低了雨水的pH值,提高了它的侵蚀性 弱酸弱酸- -中性,未饱和,矿化度低中性,未饱和,矿化度低强的溶解能力强的溶解能力 人类活动促使大气降水聚集各类金属、有机化合物及各种人类活动促使大气降水聚集各类金属、有机化合物及各种 盐类,改变了雨水的矿化度、成分、氧化盐类,改变了雨水的矿化度、成分、氧化- -还原性质、侵蚀性等还原性质、侵蚀性等 。(例如酸雨。(例如酸雨pH8)出露地表后变变化形成泉华华一般无泉华华地下水组组分变变化大地下水组组分变变化小岩溶地下水系统 矿物溶解顺序对地下水的影响l地下水流动过程中所遇到的矿物的顺序不同,将 会导致地下水化学组分的差异l3种溶解顺序l白云石方解石l方解石白云石l同步溶解l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lKc=Ca2+CO32- lKd= Ca2+Mg2+CO32-2 Ca2+ CO32- 2lT = 10C时,Kd = Kclt Kc ;即白云石饱和后,水流经方解石时出现沉淀lt 10C时,Kd 白云石,故方解石先
4、饱和而沉淀,白云石继续溶解;l结果:地下水中的Ca2+与Mg2+的摩尔浓度之比初始值高,后来逐渐渐低;l如果白云石含量远大于方解石(如灰质白云岩), 白云石将先达到饱和,此时,方解石的溶解就更难了,最 终形成的地下水中的Ca2+与Mg2+的摩尔浓度之比可能小于前一种情况。若方解石、白云石均达到溶解平衡,则碳酸盐岩地区 其他因素对地下水的影响l地下水温度的影响大多数矿物的溶解度随温度增加而增大,但碳酸盐岩 区的主要矿物方解石与白云石恰好相反,而且溶解度随水温 变化较大。对碳酸盐岩区而言,在地下水流动过程中,若沿流径 水温增加,则水中钙、重碳酸、TDS等可能不遵循含量随流程增加而升高的规律;与此相反,由低温区到高温区,可能 产生方解石和白云石沉淀,地下水的TDS下降。例如,融雪季节时地表附近对方解石饱和的低温水下 渗至地下常温带时,将达到过饱和,从而产生CaCO3沉淀, 地下水中的TDS将小于地表附近的入渗水。碳酸盐岩地区 其他因素对地下水的影响l含水层中其他矿物的影响不纯的灰岩与白云岩含石膏与硬石膏;石膏与硬石膏的存在将引起同离子效应,使HCO3-含量下降。l地下水中其他组分的影响埋藏型
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