水文地球化學PPT總結(東華理工大學)

1、30/30第一章 緒論 第二章 水溶液的物理化學基礎一、 水的結構2.水分子的內(nèi)部結構原子結構理論表明，H2O分子呈V形結構，H-O鍵的夾角為10445，鍵長為0.96（1=10-10m）2.水分子的內(nèi)部結構由于氧的電負性為3.5，氫的電負性為2.1，（中性原子接受電子的能力，稱為電負性）這種差異導致了H、O形成共價鍵。由于氧的電負性大，所以共價電子偏向氧原子，這樣使氧帶有部分負電性，氫還有部分正電性，這就造成了極性共價鍵。由這種極性共價鍵所形成的分子稱為極性分子。3.電負性(E)電負性就是原子在化合成分子時把價電子吸引向自己的能力。規(guī)定氟的電負性為4.0，并以此為標準求出其它元素的電負性。電

2、負性小于2.0時，多數(shù)元素顯金屬性，大于2時，多數(shù)元素顯非金屬性。鈾的電負性為1.7，顯金屬性。U4+的電負性為1.4，U6+為1.9，U4+的金屬性較U6+強。電負性差值大于2的兩個元素化合時，多數(shù)形成離子鍵化合物，電負性差值小于2時，多數(shù)形成共價鍵的化合物。由于電負性影響化合物的鍵性，而化學鍵的性質(zhì)又影響到化合物的許多物理化學性質(zhì)，如硬度、光澤，溶解度等，所以電負性對元素的遷移和沉淀也有影響。3.水分子間的聯(lián)結水分子間是靠氫鍵聯(lián)結起來的。所謂氫鍵是一種因靜電吸引作用而產(chǎn)生的附加鍵，所以一個水分子中的氫原子，在保持同本分子中氧原子的共價鍵的同時，又能同相鄰水分子中的氧原子產(chǎn)生一種靜電吸引力。

3、這樣水分子就有具有了兩種類型的鍵：（1）存在于水分子內(nèi)部的極性共價鍵；（2）存在于水分子之間的氫鍵。3.水分子間的聯(lián)結水分子間的氫鍵聯(lián)結，使水分子相互締合形成巨型分子（H2O）n，水分子的這種締合強度取決于溫度，一般溫度越低，締合程度越穩(wěn)定，4時，水的締合程度最大，此時達到最大密度。在250300時，n接近1，即水具有H2O形式。水分子在締合過程中不會引起化學性質(zhì)的變化。這種由單分子水結合成多分子水而不引起水的化學性質(zhì)改變的現(xiàn)象，稱為水分子的締合作用。液態(tài)、固態(tài)水均以巨型分子形式存在，汽態(tài)水才以單分子的形式存在。二. 水的特異性質(zhì)1.水具有獨特的熱力學性質(zhì)（1）水的生成熱很高：水的穩(wěn)定性很好，

4、在2000K的高溫下，水的離解度僅為0.588%，保證了水在地下深部高溫狀態(tài)下可廣泛參與水文地球化學作用過程 。（2）水具有很高的沸點和達到沸點以前的極長液態(tài)階段：這一性質(zhì)保證了地球上大量液態(tài)水的存在 ，而高沸點是由于水分子間的氫鍵強度大而產(chǎn)生的 。（3）水的熱傳導、熱容及熱膨脹性能幾乎比其它所有液體都高：這一性質(zhì)使水對自然界起到良好的調(diào)節(jié)作用 ，利于人類和各種生物生存2.水具有較大的表面張力（1）液體中，除汞以外，水的表面張力最大。水的表面張力隨溫度的升高而劇減。（2）水的表面張力對研究包氣帶地下水的地球化學作用將具有重要意義。3.水具有較小的粘滯性和較大的流動性水的粘滯性小，流動性大，從本

5、質(zhì)上說，仍是由于水分子的極性共價鍵和氫鍵聯(lián)結所決定的。4.水具有高的介電效應（1）在水中，鹽類離子晶體發(fā)生離解時，一些水分子圍繞著每個離子形成一層抵消外部靜電引力（或斥力）的“絕緣”外膜，它會部分中和離子的電荷，并阻止正負離子間的再行鍵合。這種絕緣效應（或屏蔽效應）稱為介電效應。（2）介電常數(shù)：表征在某介質(zhì)中電荷之間的吸引力比在真空中減少的倍數(shù)。水的介電常數(shù)在常溫下為81，0時為88，100時為56。這意味著正負離子在水中的相互吸引力比在真空中減少81倍。5.水具使鹽類離子產(chǎn)生水合作用的能力（1）水分子由于具有較強的極性，所以它可借助于較強的靜電引力來吸引和牽制水中的離子。（3）水分子正極（氫

6、端）吸引水中陰離子，而負極（氧端）吸引陽離子。這種水中離子和水分子之間能相互吸引作用，使水中正負離子周圍為水分子所包圍的過程稱為離子的水合作用。（3）離子的水合作用減弱了正負離子間的相互引力，這是多數(shù)鹽類溶解于水的重要原理。6.水具有良好的溶解性能一. 熱力學基本原理 1.活度與活度系數(shù)（1）活度的定義指實際參加化學反應的物質(zhì)濃度，或指所研究的溶液體系中化學組分的有效濃度。（2）活度系數(shù)的計算 對于礦化度100mg/L的天然水，ri1，濃度活度； 對于礦化度100mg/L的天然水，ri有兩種情況：對于礦化度100mg/L的天然水，離子強度 0.1mol/L，采用Debye-Huckel公式（迪

7、拜休2逸度活度用于氣體和蒸汽時，叫逸度或揮發(fā)度，3質(zhì)量作用定律與平衡常數(shù)在地下水化學平衡的研究中，“質(zhì)量作用定律”非常有用。它的基本含義是，一個化學反應的驅(qū)動力與反應物及生成物的濃度有關。4自由能與平衡常數(shù)關系（1）自由能定義：指一個反應在恒溫恒壓所做的最大有用功，用G表示。Gf0：指在標準狀態(tài)下（25,1atm=1巴=105Pa）標準生成自由能，即在標準狀態(tài)下由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol純物質(zhì)的自由能變化(查表)。元素和單質(zhì)的Gf0：按熱力學規(guī)定為零。在標準狀態(tài)下，反應自由能變化稱為“反應的標準自由能變化”： （1） 飽和指數(shù)的概念 飽和指數(shù)是確定水與礦物處于何種狀態(tài)的參數(shù)，以符號“SI”表示

8、。（2）標準氧化還原電位(Eo) Eo指在標準狀態(tài)下，金屬與含有該金屬離子且活度為1mol/L的溶液相接觸的電位，稱為該金屬的標準電極電位： Pb2+2e=Pb Eo Pb2/Pb=-0.126v(以氫的標準電極電位為零測定)由于標準電極電位表示物質(zhì)的氧化及還原能力的強弱，所以又稱為標準氧化還原電位，以符號Eo表示，其單位為V。半反應中物質(zhì)的氧化態(tài)和還原態(tài)稱為相應的氧化還原電對。如Pb2Pb，表示為 Eo Pb2/Pb Eo 越大，氧化能力越強在水文地球化學研究中，我們常常通過繪制Eh-pH圖(或pE-pH圖)來定性或定量地評價水中化學組分的優(yōu)勢范圍，解釋和預測地下水成礦及熱液礦床中礦物的分布

9、及穩(wěn)定性等，制作的具體步驟和方法: 寫出有關的反應式，它們包括：表示水的穩(wěn)定范圍的化學式；被研究物質(zhì)的物種形式轉換化學式，它們可以是水解反應式、離解反應式、氧化還原反應式等。 根據(jù)質(zhì)量作用定律寫出上述有關化學反應式的邊界條件計算方程式。 用計算法或作圖法求出有關邊界線之交點，劃出各條化學反應邊界線，并消去邊界線段交點以外不需要的多余的部分。由于自由電子與質(zhì)子具有相反的電性，它們勢必為互為消長的關系。換句話說，在氧化環(huán)境(高pE)將為酸性環(huán)境(低pH)，而在還原環(huán)境(低pE)將為堿性環(huán)境(高pH)。因此，pE-pH直線都是向右傾斜的。1.質(zhì)量摩爾濃度（molality)一千克溶劑中溶質(zhì)的物質(zhì)的量

10、，舊名為重量克分子濃度。其單位符號為摩爾/千克（mol/kg)。此單位在應用中最為精確，在質(zhì)量計算過程中不會發(fā)生問題。2.物質(zhì)的量的濃度（molar） 每升溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量，也叫物質(zhì)的量的濃度，舊名容量克分子濃度。采用摩爾/升（mol/L）的符號，它是水化學中經(jīng)常使用的濃度單位。在低礦化度水中用這種單位可滿足計算的一般要求，但對高礦化度水進行質(zhì)量計算時，就會出現(xiàn)較大的誤差。如海水中1 mol/L的鈉只相當于0.97 mol/kg的鈉，因為一公升海水的質(zhì)量不是一公斤，而是1.035千克。3.質(zhì)量濃度 在天然水研究中使用得最普遍的質(zhì)量濃度單位是mg/L。 以上三種單位皆是國際單位制單位（單位制

11、）。以下是水文地球化學研究中還經(jīng)常出現(xiàn)的一些非國際單位制單位。4. 當量濃度及其單位 當量濃度(eql）是每升溶液中溶質(zhì)的克當量數(shù)（N），其單位符號為eq/L?？水斄繑?shù)等于克分子量(M)數(shù)乘以溶質(zhì)的價態(tài)(Z)。百萬分率（ppm) 每百萬克溶液中溶質(zhì)的克數(shù)。ppm = 溶質(zhì)的克數(shù)/106克溶液。對于非咸水來說，1ppm = 1mg/L，但是對咸鹵水來說，1ppm 1mg/L。第三章 地下水的無機化學成分3.1 地下水中的大量組分一、氯離子（Cl-）1、遷移性能；Cl-具有很強的遷移性能，其原因有三個方面：（1）不形成難溶化合物。（2）不被膠體所吸附。（3）不被生物所吸附。2、分布規(guī)律地下水中的C

12、l-含量隨地下水礦化度的增高而增高。在高礦化度水中，占陰離子首位，形成氯化物水。3、來源；（1）有機來源 ；（2）無機來源（鹽、礦物） ；（3）大氣降水二、硫酸根（SO42-）1、遷移性能遷移性能較強，僅次于Cl- ，其遷移性能受下列四個因素控制：（1）水中SO42-易與Ca2+、Ba2+、Sr2+等離子形成難溶鹽。（2）熱帶潮濕地區(qū)土壤中的Fe(OH)2-、Al(OH)22+膠體可以吸附SO42-。（3）吸被生物吸收，硫是蛋白質(zhì)的組成部分。（4）脫硫酸作用：在缺氧、有脫硫酸菌存在的情況下，SO42-被還原成H2S等的過程。 2、分布規(guī)律（1） SO42-含量隨地下水礦化度增高而增加，但增加速

13、度明顯落后于Cl-。在中等礦化度水中，常成為含量最多的陰離子。（2）在某些特殊情況下，地下水中含量可達到很高，例如硫化礦氧化帶中的礦坑水，石膏層地下水。3、來源（1）石膏、硬石膏及含硫酸鹽的沉積物。（2）硫化物及天然硫的氧化。（3）火山噴發(fā)物中的硫和的氧化。（4）大氣降水中的SO42- 。（5）有機物的分解。（6）生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水。三、HCO3-和CO32- 1、碳酸平衡及其與pH值的關系 地下水中的碳酸以三種化合物形態(tài)存在：（1） 游離碳酸，它以溶解的CO2（aq）或H2CO3形態(tài)存在，習慣上記為“H2CO3” 。（2）重碳酸根，即HCO3（3）碳酸根，即CO3 可以推出pH值與各碳酸組

14、分之間的關系： 由這兩個關系可求出CO2溶于水后各溶解類型占優(yōu)勢的pH值范圍，在25 ，1atm條件下： pH6.4 ， 占優(yōu)勢； 6.4pH10.3 ， 占優(yōu)勢； pH10.3， 占優(yōu)勢。2、分布規(guī)律（2）來源大氣中CO2的溶解；各種碳酸鹽類及膠結物的溶解和溶濾；非碳酸鹽的火成巖的生物風化作用深成 CO2的加入：一半來自 CO2，一半來自碳酸四、硅酸地下水中的SiO21、地下水中SiO2的存在形式（1）硅酸的形式在地下水中的硅酸有以下幾種：H4SiO4（正硅酸），H2SiO3（偏硅酸），H2Si2O5（二偏硅酸），H6Si2O7（焦硅酸），H2SiO3因其形式簡單，常以它代表水中的硅酸。（2

15、）地下水中SiO2的存在形式在大多數(shù)的地下水中，SiO2以不離解的H4SiO4形式存在，但在強堿性條件下，水中會出現(xiàn)H3SiO4-。在強堿性條件下（pH9），H4SiO4往往會發(fā)生聚合，形成硅膠溶液。1、地下水中SiO2的存在形式（2）地下水中SiO2的存在形式SiO2在地下水中的存在形式歸納為： 在一般的地下水中，SiO2以H4SiO4（單體硅酸）或硅酸鈉鉀鹽的分子分散狀態(tài)存在，硅膠出現(xiàn)極少。 在堿性地下水中，SiO2部分以H4SiO4形式存在，部分以H3SiO4-形式存在，部分以硅膠形式存在。 2、地下水中SiO2的沉淀條件（1）與含電解質(zhì)的水溶液相遇，可使硅酸凝結成含水蛋白石而析出。如C

16、a2+的加入 ，會導致SiO2的沉淀。（2）酸堿條件的變化：一般堿性介質(zhì)有利于SiO2的溶解、酸性介質(zhì)不利于SiO2遷移，當堿性介質(zhì)流經(jīng)酸性環(huán)境時，則會沉淀SiO2。（3）水溫的變化：溫度增高，有利于SiO2在水中的溶解，反之則會導致SiO2的沉淀。（4）生物化學作用：硅是很多生命物質(zhì)的食物，水中SiO2由于細菌參與的生物化學作用，在生物圈往往會大量沉淀下來。如硅藻的作用。4、硅酸水與硅質(zhì)水（1）在陰離子中，HSiO3-占陰離子首位（按mol%計算）的水叫硅酸水。（2）SiO2含量大于50mg/L的水，叫硅質(zhì)水。（3）硅酸泉： HSiO3-含量大于50mg/L，可作飲料與浴療。（4） HSiO

17、3-含量大于30mg/L，可稱為天然飲料礦泉水， HSiO3-在2530mg/L，水溫為20以上或水同位素年齡大于1年亦可稱天然飲料礦泉水。五、氮的化合物1、地下水中的氮及存在形式地下水中溶解的氮主要有NO3-、NO2-、NH4+及水中的氣態(tài)（N2O和N2）和有機氮。其中，NO3-是常量組分，其它是微量組分。2、來源主要是人為來源，但有些地方為天然來源。人為來源很多，主要是化學肥料、農(nóng)家肥、生活污水及生活垃圾。地下水污染主要是NO3-污染。3、地下水中N的相互轉化（1）有機N的礦化作用（銨化作用）有機N轉化為無機形式的NH4+作用，這個作用是在異養(yǎng)型細菌下完成的，此過程在好氧和厭氧條件下都可發(fā)

18、生。（2）硝化作用在自養(yǎng)型亞硝化菌和硝化菌的作用下， NH4+被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的作用。（3）去硝化作用在缺氧條件下，異養(yǎng)型去氮菌把NO3-、NO2- （還原）分解為氣態(tài)氮（ N2O和N2 ）的過程。（4）固N作用（同化作用）NO3-、NO2-、NH4+、N2O和N2通過微生物和植物吸收同化，轉化為有機N的作用。上述四種類型構成了整個N的循環(huán)系統(tǒng)，而地下水系統(tǒng)中，N轉化過程主要是前三個。（5）銨吸附作用NH4+隨水向下運動過程中，可能被包氣帶巖土吸附在其表面，它屬于陽離子吸附（交換），是可逆的，這種作用並不產(chǎn)生N的轉化。七、氫離子3、影響水中濃度H+（pH值）大小的因素（1）水中不同形式

19、碳酸的含量（2）酸性土壤枯枝落葉層和沼澤中的腐殖酸，是天然水中的重要來源。（3）鹽類水解：（4）硫化礦床氧化（5）微生物作用 , 硝化作用：去硝化作用：（6）酸性氣體 ,CO2、HCl、SO2等氣體溶入水中八、鐵和鋁1、在地下水中的含量Fe2+：一般水中，含量小于幾十mg/L，但在pH4的酸性水中可達幾十至幾百mg/L。Fe3+：以膠體存在，一般含量很小。Al3+ ：在地下水中含量一般小于1mg/L，但在pH4的酸性水中可達幾十mg/L.2、Fe、Al的遷移性能(1) Fe是變價元素(Fe2+，F(xiàn)e3+) Fe2+在酸性環(huán)境中遷移能力強。 Fe3+遷移性能很弱，當?shù)叵滤泻銐蜓鯐r，F(xiàn)e3+可

20、以呈膠體狀態(tài)遷移，此時遷移性能增強。 Fe2+和Fe3+很容易水解，產(chǎn)生Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。 在一定的條件下， Fe2+和Fe3+可相互轉化。2、Fe、Al的遷移性能(2) Al（非變價元素）遷移性能很差，其氫氧化物產(chǎn)生水解沉淀的pH水3.1。在強酸性水中（pH4.0），以Al3+形式存在。在堿性水中，形成AlO2-和AlO33-地下水中主要的氣體組分概述地下水中主要的氣體組分有：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳氫化合物及少量的惰性氣體。這些氣體可能來源于空氣(O2、N2、CO2)、生物化學(H2S、CH4、N2、CO2)，化學及核反應（He、Rn）。一、氧（O2）

21、1、氧的溶解度溶解于水中的氧稱為“溶解氧”，氧在水中有比較大的溶解度，其溶解量與水的礦化度、埋藏條件、溫度、大氣壓力空氣氧的分壓力有關。2、含量分布特征（1）地下水中溶解的含量，一般在015mg/l；（2）地下水中的O2隨深度增加而減少；（3）缺氧環(huán)境各地深度不一，主要取決于地下水與大氣的隔離度。3、氧的來源（1）主要來源于大氣，O2占大氣21%，所以地下水中O2濃度主要取決于地下水與大氣的隔離程度；（2）水生植物光合作用釋放氧，光合作用把CO2轉變?yōu)镺2：（3）放射性作用使水或水中有機物質(zhì)分解而釋出氧。4、氧的水文地球化學作用（1）O2決定地下水的氧化還原狀態(tài)，從而影響水中元素的遷移。如在含

22、氧多的地下水中，F(xiàn)e形成高價化合物而從中沉淀；反之，地下水中含O2少，形成低價態(tài)化合物而易于在水中遷移。（2）對金屬材料具有侵蝕作用。如自來水管的銹蝕。（3）影響水生動植物的生存。二、氮（N2）1、來源（1）O2決定地下水的氧化還原狀態(tài)，從而影響水中元素的遷移。（2）對金屬材料具有侵蝕作用。如自來水管的銹蝕。（3）影響水生動植物的生存。2、分布特征（1）由于N2的化學性質(zhì)不及氧活潑，它的分布隨深度的減少，不及O2明顯。（2）起源于大氣降水的地下水，若地下水中Ar/N2比值為0.0118，則表明水中N起源于大氣，若Ar/N20.0118，則表明水中含生物起源或變質(zhì)起源的N。三、硫化氫（H2S）1

23、、地下水中H2S的存在形式天然水中，H2S能以溶解氣體及硫氫酸的離解形式存2、分布特征（1）一般地下水中含量很少，多在1mg/L以下。（2）在油田地下水及現(xiàn)代火山活動區(qū)地下水中，H2S含量較高，可達幾百mg/L幾十g/L，H2S的存在說明地下水處于還原環(huán)境。3、來源（1）有機物來源：含硫蛋白質(zhì)的分解，經(jīng)常出現(xiàn)在生物殘骸腐爛的地方。（2）無機來源：缺氧條件下，脫硫酸作用使硫酸鹽還原分解而產(chǎn)生H2S；火山噴發(fā)氣體的析出。4、與人體健康關系H2S2mg/L以上的地下水，稱為H2S礦水，H2S礦水可治療多種外傷及皮膚病。四、二氧化碳（CO2）1、基本概念（1）游離CO2 ：溶解于水中的CO2統(tǒng)稱為游離

24、CO2.（2）平衡CO2 ： 與HCO3-相平衡的CO2 ，稱為平衡CO2 。（3）侵蝕性CO2 ：當水中“游離CO2 ”，大于“平衡CO2 ”時，多余部分的CO2對碳酸和金屬構件等具有侵蝕性，這部分CO2 ，即為“侵蝕性CO2 ”。2、來源（1）空氣中的CO2 ；（2）土壤中生物化學作用的CO2 ，淺部地下水中CO2的主要來源 ；（3）深部地殼中發(fā)生的各種變質(zhì)作用產(chǎn)生的CO2 ；（4）幔源碳逸出的CO2 ；（5）巖漿分異作用產(chǎn)生的CO2 。3、分布特征（1）一般地下水中游離CO2為1540mg/L，很少超過150mg/L。（2）礦泉水中CO2含量很高，幾百mg/L至幾十 g/L.如：江西尋烏

25、溫泉CO2 =1193mg/L。（3）現(xiàn)代火山活動區(qū)，地下水中CO2 50010000mg/4、碳酸水的利用（1）天然飲料礦泉水：水中CO2大于250mg/L（2）碳酸泉：水中CO2大于750mg/L。（3）碳酸飲料具有良好的醫(yī)療作用，增進食欲，改善消化功能等。（4）醫(yī)療：治療高血壓、冠心病及外傷潰瘍、婦科病。3.4 天然水化學成分的綜合指標一、第一組指標主要體現(xiàn)水的質(zhì)量：包括總溶解固體、含鹽量（度）、硬度等。1、總溶解固體（TDS，Total dissolved solid）（1)定義：指水中各溶解組分的總量，它包括溶于水中的離子、分子及絡合物，但不包括懸浮物和溶解氣體。（2)測定方法與單位

26、：通常以105 110下，水蒸干后留下的干涸殘余物的重量來表示，其單位為mg/L或g/L，記為“TDS” 。（3)計算方法： 溶解組分（溶解氣體除外）總和減去1/2的HCO-3，因為水樣蒸干過程中，約有一半（0.49）的HCO-3變成氣體跑掉：2HCO3CO2-3+H2O+CO2（4） TDS的實測值與計算值的差別： 除HCO3外，硝酸、硼酸、有機酸等也可能損失一部分，同時，可能結晶水（石膏CaSO4H2O）和部分吸附水留在干涸殘余物里。因此，TDS的實測值與計算值存在微小差別。2、含鹽量與含鹽度（1)含鹽量：指水中各溶解組分的總量，其單位以mg/L或g/L表示，這個指標是計算值，它與TDS的

27、差別在于無需減去1/2 HCO3。（2)含鹽度：在海洋研究中，常用含鹽度代替含鹽量。指海水中所有溶解組分的重量占水重量的千分數(shù)，以表示。3、硬度（1） 定義：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等堿土金屬離子的總和來量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金屬離子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+來量度。（2） 計算方法：Ca2+和Mg2+的毫克當量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L 。（4）碳酸鹽硬度和非碳酸鹽度 ：硬度也稱總硬度，它是碳酸鹽硬度和非碳酸鹽度的總和。碳酸鹽硬度（暫時硬度）：指Ca2+和Mg2+與CO32-和HCO3結合的硬度

28、，以CO32-和HCO3毫克當量數(shù)總和乘以50得到，如所得數(shù)值大于總硬度，其差值為負硬度 。水煮沸時，與CO32-和HCO3結合的那部分Ca2+和Mg2+，由于產(chǎn)生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暫時硬度。非碳酸鹽硬度（永久硬度）：總硬度與碳酸鹽硬度的差值（正值）為非碳酸鹽硬度。非碳酸鹽是指與Cl、SO24和NO3結合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。二、第二組指標主要表征水體環(huán)境狀態(tài)：包括化學需氧量、生化需氧量、總有機碳及氧化還原電位。1、化學需氧量（COD， Chemical Oxygen Demand ）（1）定義：用化學氧化劑氧化水中能被氧化的有機污

29、染物時所需的氧量。COD越高，表示有機污染物質(zhì)越多，是反映水體中有機污染程度的綜合指標之一。（2）測定方法與單位：目前常用KMnO4、KCr2O7和KIO3三種氧化劑測定水中COD的，以mg/L表示。2、生物化學需氧量（BOD，Biochemical Oxygen Demand）（1）定義： BOD是指用微生物降解水中需氧有機污染物過程所消耗的氧量 。BOD越高，表示水中需氧有機污染物質(zhì)越多，是反映水體中有機污染程度的綜合指標之一。（2）測定方法與單位：由于微生物降解有機污染物的速度和程度與溫度和時間有關。3、總有機碳（TOC，Total Organic Carbon ）（1)定義：指水中各種

30、形式有機碳的總量，是評價水體有機污染物的一個綜合指標 。（2)測定方法與單位：可以通過測定高溫燃燒所產(chǎn)生的CO2測定TOC，也可以使用儀器迅速測定TOC，以mg/L表示。4、氧化還原電位 （Eh）表征水環(huán)境氧化還原狀態(tài)的指標，一般以符號“Eh”代表，其單位為V或mV。Eh值為正值，說明水環(huán)境處于比較氧化狀態(tài)；Eh值為負值，說明水環(huán)境處于比較還原的狀態(tài)。水環(huán)境體系的Eh值，取決于系統(tǒng)內(nèi)部氧化還原對的性質(zhì)，氧化態(tài)和還原態(tài)組分的濃度、參加反應的電子三、第三組指標主要表征水環(huán)境的酸堿平衡特征：包括堿度和酸度。1、堿度（1）定義：是表征水中和酸能力的指標，堿度主要取決于水中HCO3和CO32-的含量，當

31、然水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力，它們也決定堿度的大小，但含量甚微。因此，一般地下水的堿度決定于水中HCO3和CO32-含量。（2）測定方法與單位：它可直接測定，也可通過計算求得，計算方法是HCO3和CO32-毫克當量數(shù)的總和乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L，也稱碳酸鹽堿度。2、酸度（1）定義：是表征水中和強堿能力的指標。（2）組成水中酸度的物質(zhì)：強酸：HCl、HNO3和H2SO4等。弱酸：CO2、H2CO3、H2S及各種有機酸等。強酸弱堿鹽：FeCl3、Al2(SO4)3等。水中這些物質(zhì)對強堿的總中和能力稱為總酸度。3、總酸度與pH值的區(qū)別和聯(lián)系pH值僅表示呈離

32、子狀態(tài)的H+數(shù)量，而總酸度則表示中和過程中可以與強堿反應的全部H+數(shù)量，包括原已電離的和將會電離的兩部分。已電離的H+數(shù)量稱為離子酸度，它與pH值是一致的。酸度以CaCO3表示mg/L。強酸在水中全部電離，故其酸度即離子酸度：弱酸在水中只有部分電離，強酸弱堿鹽在水中發(fā)生部分水解，它們大部分在電離和水解前仍是分子狀態(tài)。只有在后來的電離和水解過程中才陸續(xù)放出H+ 。由此所釋放的H+濃度稱為分子酸度或潛在酸度。3.5 地下水化學成分的數(shù)據(jù)處理一、水分析數(shù)據(jù)可靠性檢查1、陰陽離子平衡的檢查（電中性檢查）水溶液的一個基本平衡條件是電中性條件，即溶液中的正離子電荷總數(shù)等于負離子電荷總數(shù)2、分析結果中一些計

33、算值的檢查總溶解固體（TDS)：如果TDS是計算值，應檢查其數(shù)值是否減去1/2HCO3-，這是最常見的錯誤，因為許多分析人員往往不知道這樣做。Na+K+值：在簡分析中，Na+K+值是計算值，其計算方法是（Na+K+）毫克當量數(shù)總和25=(陰離子) 毫克當量數(shù)總和(Ca2+Mg2+)毫克當量數(shù)總和25 ?？傆捕龋嚎傆捕纫彩怯嬎阒担鋽?shù)值應按下列方法檢查，(Ca2+Mg2+)毫克當量數(shù)總和50=總硬度(CaCO3)mg/LTDS實測值與TDS計算值之差：如果分析結果中有實測TDS值，應求得TDS的計算值。3. 碳酸平衡檢查根據(jù)前面所述的碳酸平衡理論，當pH8.34時，水分析結果中不應出現(xiàn)H2CO3

34、 。4其它檢查方法在一般的地下水中，Na總是大于K，如果出現(xiàn)反常的情況，分析結果值得懷疑。地下水中Na或NaK一般都不會出現(xiàn)零值，如果出現(xiàn)此情況，可認為是分析的錯誤。三、地下水化學成分的圖示法1、離子濃度圖示法（1） 圓形圖示法（2）柱形圖示法（3）多邊圖示法2、三線圖示法四、水質(zhì)資料的數(shù)據(jù)處理 ;目前水質(zhì)資料的數(shù)據(jù)處理基本上有兩種： （1）數(shù)理統(tǒng)計法； （2）水質(zhì)模型法。第四章 水及水中同位素成分4.1同位素基礎知識一、同位素及分類1、概念周期表中占有同一位置，其原子核中質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的某一種元素的原子，如：11H、21H、31H，即具有相的質(zhì)子數(shù)，但具有不同的質(zhì)量數(shù)的原子。2、分類

35、(1)按同位素產(chǎn)生的條件天然同位素, 如：3H，14C，18O等人工同位素, 如：人工3H，60Co，82Br（2）按結構穩(wěn)定性穩(wěn)定同位素, 如：D , 13C, 12C放射性同位素, 如：3H, 14C, 238U（3）按進入環(huán)境的方式：人工施放同位素，專指在研究過程中通過有目的人為投放而進入環(huán)境的部分人工同位素。如測定地下水流速流向的131I。環(huán)境同位素，包括自然環(huán)境中原本存在的天然同位素和在各種人工核反應過程中，自然進入天然環(huán)境的人工同位素，如：核反應堆。二、同位素組成及其表示方法和標準1、同位素組成物質(zhì)中，某元素的各種同位素的相對含量，即為該物質(zhì)中該元素的同位素組成，如：水分子中，氫元

36、素有二種穩(wěn)定同位素: 11H、21H ，這二種同位素在水中的相對含量，即為水的同位素組成。2、同位素組成表示方法（1）同位素豐度指在自然界或物質(zhì)中某一元素的各種同位素在該元素中的所占的百分比。（2）同位素比值指物質(zhì)中某一元素的兩種同位素含量之比R=Ca/Cb式中， C表示同位素含量 a重同位素 b輕同位素（3）值（千分偏差值）指物質(zhì)中某一元素的兩種同位素的比值相對于某一種標準比值的千分差值：()=(R樣R標)/R標1000式中 ： R樣樣品中的同位素比值若()0表示樣品比標準富含重同位素()80條件下發(fā)生的水巖作用中“氧漂移” 明顯。由于巖石中H很少，故水巖反應一般不會引起氫的漂移。因此，在地

37、下熱水中，常發(fā)現(xiàn)18O高于大氣降水，而D值與降水相近。 影響氧漂移的因素A、溫度是影響同位素交換反應的主要因素，一般溫度越高，交換反應的速度就越快，氧漂移的速度就越明顯.B、水及巖石的初始18O含量。這兩者的初始18O差值越大，氧漂移越明顯C、水與巖石接觸的時間，面積。D、壓力，壓力越大，氧漂移的越明顯。E、水與巖石中氧元素的含量比，越小越明顯。F、水與礦物的分餾系數(shù)，越大越明顯。（2）水氣交換反應CO2是水中常見的氣體，在低溫條件下，它和水反應地下中CO2主要來自土壤生物成因CO2 ，所以CO2中富含16OCH4 、H2S氣體是封閉還原環(huán)境中常見的氣體，在低溫條件下，它與水產(chǎn)生交換反應的結果

38、是，使水中富集D,在油田水中經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象.2、 物理過程的同位素分餾（1） 擴散作用引起的同位素動力分餾不同的同位素分子，由于質(zhì)量不同，其分子平均速度不同，因而在分子擴散中引起同位素分餾在水體的蒸發(fā)過程中，H216O比H218O更容易擴散進入氣相，使氣相富含16O,而液相富含18O,這是蒸發(fā)引起同位素分餾的原因。（2）蒸發(fā)與凝結過程引起的動力同位素分餾。3單向化學反應引起的動力同位素分餾在不可逆的化學反應中，輕同位素常在生成物中有選擇地富集。從而引起同位素動力分餾。二天然水的氫氧同位素的組成1、大氣降水（1） 大氣降水中H、O同位素組分的分布特征大氣降水主要來自由海水蒸發(fā)所形成的蒸汽團。在

39、蒸汽團向大陸運移的過程中，由于不斷的凝結與形成降水而產(chǎn)生同位素分餾，而同位素分餾受到一系列因素的制約,使得大氣降水的同位素組成隨著自然地理條件的不同而曾現(xiàn)有規(guī)律的變化: 溫度效應； 大陸效應； 緯度效應； 高程效應； 雨量效應；山體屏蔽效應； 季節(jié)效應。2、地下水的H 、 O同位素組成地下水的H 、O同位素組成，主要取決于其起源：（1）由大氣降水補給的地下水，其同位素組成和大氣降水一致；（2）地下水在滲流過程中的氫氧同位素分餾可以忽略不計；（3）干旱地區(qū)，蒸發(fā)作用對地下水的氫氧同位素產(chǎn)生一定的影響，使地下水的同位素組成偏離當?shù)亟邓€方程，一般表現(xiàn)為 值升高，斜率減??；（4）在高溫條件下，地下水

40、和巖石之間進行氧同位素交換，可能使地下水中18O值增加（氧漂移）。一、氚的成因1、天然氚高空宇宙射線與穩(wěn)定的氧、氮作用產(chǎn)生。氚的產(chǎn)生與衰變可達到平衡。生成的氚氧化后形成氚水,然后以降水的形式降到地表,形成地表徑流或進入地下水。二、天然水中氚的分布的特征1、大氣降水大氣降水中的氚濃度具有以下分布特征：（1）季節(jié)效應大氣降水中的氚濃度具有明顯的季節(jié)性變化特征，最大濃度一般出現(xiàn)在6-7月份，最小濃度在11-12月，這一點與18O，D一致.（2）大陸效應對于同一緯度來說，靠近海洋的地區(qū)大氣降水中氚的含量低于內(nèi)陸地區(qū)，這一點于18O, D不一致.（3） 緯度效應高緯度地區(qū)的氚含量高于低緯度地區(qū)。赤道氚值

41、最低，兩極最高，這一點與18O，D不一致。原因: 隨緯度增高，中子流增高，產(chǎn)生的氚增加。（4）高程效應大氣降水中氚的含量隨海拔高程增加而增加，這一點與 18O, D不一致。（5）雨量效應同緯度地區(qū)，大氣降水值隨降水量的增加而減少2、地下水地下水中的氚值及其變化取決于含水層的補給來源，埋藏條件及徑流條件。潛水和淺層的承壓水屬現(xiàn)代循環(huán)水，一般都有較高的氚值（30TU-40TU），而深層承壓水不含或含極少的氚值（1TU）?，F(xiàn)代循環(huán)地下水中氚值有以下一些特點： 氚值低于同期大氣降水，其動態(tài)變化與補給來源有關，具有滯后變化現(xiàn)象。 在均質(zhì)含水層中，地下水的氚值隨深度的增加而減少，呈現(xiàn)出明顯的垂直分帶。 徑

42、流條件好的含水層中，地下水的氚值往往高于徑流條件差的含水層中的氚值。4.4 碳同位素一、碳同位素豐度1、碳同位素豐度自然界中碳有6種同位素，10-15C,主要為：12C、13C為穩(wěn)定同位素。14C為放射性同位素。二、碳同位素分餾1、光合作用中的動力分餾在光合作用中，植物中碳的分餾主要分兩步：（1） 植物優(yōu)先從大氣中吸取12C02 ；（2）植物優(yōu)先溶解12C02，并把它轉化為有機物。2、微生物活動的動力分餾微生物中新陳代謝的產(chǎn)物CH4中富含12CO2。3、 大氣CO2溶解的HCO3-固態(tài)的CO3-系統(tǒng)的碳同位素交換在這個系統(tǒng)中，交換反應使重碳酸鹽和碳酸鹽富含富含13C三、大氣圈中的碳同位素成分大

43、氣CO2的13C=-7 植物發(fā)育區(qū) 13C -7 工業(yè)城區(qū) 13C -7 海洋上空13C -7沙漠和山區(qū) 13C近于-7 火山與地熱區(qū) 13C -7土壤CO2: 13C=-25(有機物的分解作用，植物根系的呼吸作用使CO2富含 12C)大氣CO2的。4.5 硫同位素成分 二、硫同位素的分餾作用1硫同位素的動力分餾（1） 硫酸鹽無機還原作用中的同位素動力分餾（2） 細菌還原硫酸鹽時的動力分餾在地下水系統(tǒng)中，硫酸鹽細菌還原作用引起的硫同位素分餾可分為兩種情況： 在硫酸鹽類數(shù)量有限的封閉系統(tǒng)中對生成物H2S開放。 在有無限數(shù)量硫酸鹽加入的開放系統(tǒng)中2、 硫同位素交換反應是硫同位素分餾的主要形式之一，

44、它有以下一些規(guī)律：同一體系中，當同位素達到交換平衡時，硫的價態(tài)越高，含硫化合物越富34S 同一價態(tài)化合物，金屬硫鍵越強的礦物越富含34S： 溫度越低,含硫化合物之間的分餾系數(shù)越大,反之越小。利用水及水中元素的同位素可以解決許多水文地質(zhì)問題: 探討各類水體的起源; 研究大氣降水、地表水、地下水之間的關系; 確定地下水的起源、補給區(qū)及補給高程; 判斷水體的運動規(guī)律(流速,流向等); 測定地下水的年齡; 研究礦床的成因。第五章 元素在水中遷移與沉淀一、元素遷移元素由一種存在形式轉化為另一種存在形式，并伴隨一定的空間位移的運動過程，稱之為“元素的遷移”。二、元素遷移的分類根據(jù)物質(zhì)的運動形式，地殼中元素

45、的遷移可分為三類：化學與物理化學遷移；生物或生物地球化學遷移；機械遷移一、元素在地下水中的遷移形式主要有：真溶液形式，膠體形式，懸浮形式1、真溶液的形式由溶劑和溶質(zhì)組成均一、穩(wěn)定的混合物叫做真溶液溶質(zhì)的粒徑一般小于10-9m。在真溶液中，元素可以呈： 溶解的分子形式：CaSO4、H4SiO4、CO2、N2等； 自由的離子形式：Cl-、Na+、 K+、SO42-、HCO3- 等； 絡離子形式UO2(CO3)3 4-等絡合物；絡離子是由帶正電荷的高價中心陽離子和一定數(shù)目的配位體結合而成的一種復雜的離子團，含有絡離子的化合物稱為絡合物2、膠體形式膠體的概念是一種物質(zhì)的極細微粒（分散質(zhì)）分散在另一種物

46、質(zhì)（分散介質(zhì)）中形成的不均勻的細分散體系，膠體的粒徑10-7 10-9m。膠體的性質(zhì)比表面積大單位體積或單位質(zhì)量所具有的表比面積，稱為比面積它具有極大的表面能，特殊的表面電力及吸附能力等帶有電荷由于膠體帶有電荷，從而決定膠體有以下一些特性：a. 同種膠體質(zhì)點在水溶液中，由于相同電荷的排斥，不易凝聚和沉淀，這有利于元素的遷移；b.當膠體質(zhì)點的電荷被中和時，膠體質(zhì)點就會發(fā)生凝聚和沉淀，例如正負膠體相遇，遇到電解質(zhì)的溶液c選擇吸附膠體質(zhì)點具有從介質(zhì)中吸附各種元素離子的性能，尤其重要的是當這些離子在溶液中濃度很低，未達到飽和程度時，也能被膠體質(zhì)點吸附，而沉淀下來這時許多稀有元素的成礦意義很大水環(huán)境中膠

47、體的種類有無機膠體，有機膠體及有機-無機復合膠體A、無機膠體：各種次生粘土礦物和各種水合氧化合物有機膠體主要指各種可溶的和不可溶的腐殖酸它們不僅與很多金屬元素形成穩(wěn)定的絡合物在水中遷移，而且也可以作為良好的吸附劑而吸附某些元素，使之在水中運移。有機與無機復合體粘土礦物和水合氧化物之類的無機膠體中往往含有各種腐殖酸而形成各種復合膠體。膠體的吸附作用、膠體吸附具有選擇性膠體吸附的現(xiàn)象很普通，特別是在表生帶，不同膠體常選擇性地吸附一定的離子：、膠體的吸附服從質(zhì)量作用定律水中陽離子濃度越大，電價越高，同價離子半徑越大，其被吸附的作用越強膠體吸附分類膠體吸附可分為簡單吸附和交替吸附。簡單吸附：介質(zhì)中離子

48、簡單地被膠體吸附交替吸附：在一定的條件下，膠體中已被吸附的離子和溶液中和離子相互交換3、懸浮物形式懸浮物的質(zhì)點大于10-7m，懸浮物分有機懸浮物和無機懸浮物。懸浮液是一種不穩(wěn)定的溶液，顆粒物最終要沉淀下來。二、標型元素和元素的水遷移環(huán)境各種元素在地下水中的遷移能力主要取決于元素本身的化學性質(zhì)和環(huán)境條件而元素在水中的遷移環(huán)境在很大程度上決定于某些標型元素.1、空氣遷移元素和水遷移元素空氣遷移元素：通過氣相進行遷移的元素如，惰性氣體元素等，它們也能隨水溶液遷移，但以形成揮發(fā)性經(jīng)合物在空氣中遷移為特征如水中各種硝酸鹽和銨鹽中的，Ca(HCO3)2中的等.水遷移元素：通過各種水體進行遷移的元素，大部分

49、元素都屬于水遷移元素，例如: Na,Mg,Ca,K,Al,Si,Cl,Mn,Fe,Co,Ni,V等2、標型元素及元素的水遷移環(huán)境標型元素：指其遷移能控制地球化學環(huán)境，高克拉克值的強遷移元素，也稱標型離子或標型化合物標型元素的標型程度取決于元素的克拉克值和遷移能力。（1）空氣遷移的標型元素以氣態(tài)遷移的O2、CO2、H2S、CH4等標型元素對地球化學環(huán)境的影響很大，它們主要決定環(huán)境的氧化還原條件。根據(jù)空氣遷移元素的組成，可將表生帶區(qū)分為三種基本的氧化還原環(huán)境：A 氧化環(huán)境其特征是：1，水中存在自由氧和其它強氧化劑；2，許多元素均處于高度氧化狀態(tài)(Fe3、Mn4、Cu2、V5、S6等)；3，,巖體染

50、成紅、棕、黃色；4，Eh值0.15v0.7v，在酸性條件下Eh值大于0.4v；5，標型元素是O2。B、 潛育環(huán)境(無硫化氫的還原環(huán)境)其特征是：水中缺氧或其他強氧化劑；許多無素均處于低度氧化狀態(tài)(Fe2、Mn2等)遷移；局部地區(qū)的水含有大量CO2和CH4，沒有或只有少量H2S；巖體呈淡綠色、灰色或灰藍色；Eh值在酸性環(huán)境中0.4v，而在堿性環(huán)境中低于0.15v；標型元素CO2,有的地方還有CH4C、還原環(huán)境(硫化氫還原環(huán)境)其特征是：水中不含自由和其它強氧化劑；但含有大量H2S，局部地方含有CH4及其它碳氫化合物；鐵和其它許多金屬不移動；Eh7)，局部達到-0.5至-0.7v；標型元素為H2S

51、和部分碳氫化合物。（2）水遷移的標型元素屬于這類的有Cl、SO42、HCO3、Ca2、Mg2、Na和H等。它們決定著天然水的酸堿條件及其濃集程度。根據(jù)水遷移元素的組成，水遷移環(huán)境有以下6種主要類型：A 強酸型(pH4)，標型元素是H，局部為SO42、Fe3、Al3,Zn2,Cu2等，多為硫化礦床氧化帶地下水。B 酸型(4pH6.5)，標型元素是H，有機酸陰離子。C、中性和弱堿性重碳鈣型(6.5pH8.5)，標型元素是Ca2,HCO3。D、中性和弱堿性氯化物硫酸型（6.5pH8.5）, 標型元素是Na,Cl,SO42。E、 中性和弱堿性石膏型(6.5pH8.5)，標型元素是HCO3 , OH,S

52、iO2和Na。三、元素的水遷移強度1、 水遷移系數(shù)(Kx)表示元素在地下水或地表水單位干涸殘渣中的含量與其在該區(qū)域巖石中含量的比值，Kx越大，元素從風化殼（巖石）中被帶出的能力越強。3、沉淀強度系數(shù)(Ko)在原巖的不同風化階段，元素從巖石中進入水中和生成次生礦物的比例是不同的?？捎贸恋韽姸认禂?shù)來衡量。沉淀強度系數(shù)表示元素在水溶液的單位干涸殘渣中的含量與原巖分解后形成的次生產(chǎn)物中該元素的含量之比可見，元素在次生物中含量越多，則Ko越小，即元素的沉淀強度越大，而水遷移性能較差。5.3 彌散作用一、物質(zhì)在地下水中的彌散機理1、地下水中元素的遷移方式（1）元素在巖石氣體水系統(tǒng)中相間的轉移，即元素從固相

53、或氣相轉移到地下水中，或從地下水中轉移到固相或氣相。（2）元素在地下水中的遷移。例如分子擴散作用，水流對流遷移作用，滲透分散作用，均可使元素在地下水中發(fā)生不同程度的位移（1）彌散與彌散作用彌散是指多孔介質(zhì)中兩種液體相接觸時，某種物質(zhì)從含量高的液體向含量低的液體遷移，在兩種液體分界面處形成一個過渡混合帶，混合帶不斷發(fā)展擴大，趨向成為均勻的混合物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為彌散。形成彌散現(xiàn)象的作用，稱為彌散作用。（2） 彌散作用類型彌散作用包括: 分子擴散作用。對流遷移作用。滲透分散作用。彌散現(xiàn)象是由幾種作用同時綜合影響而形成的。（2） 彌散作用類型 分子擴散(遷移)：兩種不同的液體相互接觸時，在濃度差，溫度

54、差和壓力差的作用下，物質(zhì)發(fā)生遷移 ，最終使組分均一化，這種現(xiàn)象叫分子擴散。分子擴散實質(zhì)上是分子布朗運動的一種現(xiàn)象。分子擴散作用在溫度、壓力一定時，其大小與濃度差成為正比，可以用裴克定律表示：Im=DmgradC分子擴散作用不僅存在于靜止液體中，也發(fā)生在運動的液體中。分子擴散作用在地層中進行得很緩慢，特別是在粘土層中更慢。如果研究近期(100200年)的元素遷移問題，一般可以忽略。但如果從地質(zhì)歷史角度去研究，則分子擴散對地下水元素的遷移具有重要作用。如核廢物中的核素遷移的問題。 對流遷移物質(zhì)隨著運動介質(zhì)一起遷移稱為對流遷移。這是自然界物質(zhì)遷移的主要方式。物質(zhì)對流遷移的數(shù)量與物質(zhì)的濃度和介質(zhì)(地下

55、水)的運動速度有關，可用下式表示：Ik=CV 滲透分散遷移由于地下水在多孔介質(zhì)中滲流時，除有一假想的平均流動速度外，實際速度的分布是極其復雜，而且是極不均勻的。在同一段時間內(nèi)，在流速大的地方，物質(zhì)遷移得很遠，在流速小的地方遷移得近。因此，把物質(zhì)隨著滲透水流一同遷移時，由于速度不均所產(chǎn)生的彌散現(xiàn)象稱為滲透分散。由滲透分散所產(chǎn)生的物質(zhì)遷移，稱為滲透分散遷移 。它包括微觀滲透分散和滲透分散遷移。實際上滲透分散遷移也是一種對流遷移。微觀滲透分散遷移可以有以下三情況：a、在多孔介質(zhì)中，從單個孔管來看，由于液體的粘性，受介質(zhì)孔隙壁的磨擦阻力而形成拋物面的實際流速，管的中軸線處流速最大；b、由直徑的大小不同

56、而使沿孔軸的最大速度發(fā)差異；c、質(zhì)點的流線在沿流向方向中彎曲起伏的情況不同，即物質(zhì)遷移的距離不同而引起的沿流向前進速度的差異。這三種情況是同時發(fā)生的，綜合起來形成微觀滲透分散遷移。宏觀滲透分散遷移上述的微觀滲透分散遷移，是發(fā)生在均質(zhì)的巖石（層）中。而在非均質(zhì)的巖層中，由于各部分巖石的滲透性不同而引起的彌散現(xiàn)象，稱為宏觀滲透分散。由宏觀滲透分散所引起的物質(zhì)遷移，稱為宏觀滲透分散遷移。一、物質(zhì)在地下水中的彌散機理3遷移方式的判別元素在地下水中的遷移方式有分子擴散、對流遷移、滲透分散遷移三種。它們在遷移中所起的作用可以用貝克萊特（Peclet）數(shù)PL來判別：在一定的水巖系統(tǒng)中，Dm近于常數(shù), d也近

57、于常數(shù)，所以PL與V近于成正比。當V很小時，PL亦很小，說明元素遷移以分子擴散為主，對流可以忽略不計。當V很大時，則以對流遷移為主，分子擴散則可以忽略計。PLn102(n10時，對流占優(yōu)勢(包括滲透分散)n102PL10時，物質(zhì)遷移具有混合性質(zhì)。二、元素在地下水中遷移的基本方程元素在地下水中的遷移既有對流遷移，又有分子擴散遷移和滲透分散遷移。在遷移過程 中，還可能發(fā)生相轉移。因此，物質(zhì)在地下水中的濃度是不斷變化的，是時間和空間的函數(shù)，可記為:運用裴克定律，達西定律和質(zhì)量守恒定律可以導出物質(zhì)在地下水中遷移的基本微分方程，稱為溶質(zhì)運移方程或彌散方程。地下水化學成分形成過程中的主要作用有：溶濾作用、

58、陽離子吸附作用、陽離子吸附交替作用、氧化作用、還原作用、混合作用、濃縮作用、脫碳酸作用等。第六章 地下水化學成分的形成及影響因素一溶濾作用1概念巖石中某些組分進入水的過程，它不破壞巖石的結晶格架，而只有一部分元素進入水中。一溶濾作用1概念廣義的溶濾作用也包括溶解作用，例如，沉積巖中的NaCl進入水中，相對巖石來說是溶濾作用，而相對NaCl來說，剛是溶解作用。因此，從某種意義上說，溶濾作用與溶解作用是一個相對的概念。2溶濾作用的方式（1） 滲透過程中的直接溶濾（2） 靜止水中的擴散轉移3影響溶濾作用的因素（1） 水溶液的性質(zhì)及其中氣體的含量例如 CO2在水中的大量存在會提高方解石、白云石的溶解度

59、，從而增強水對陸源碎屑巖石的溶濾作用。（2）巖性不同的巖石所含的礦物（氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽等）不同，因而它們遭到溶濾作用的程度也會產(chǎn)生差異。（3）水動力條件地下水的水動力條件取決于地形與構造。在山區(qū)，地形切割強烈，地下水徑流條件良好，巖石沖刷徹底(易容鹽大量淋失)，易形成低礦化度的淡水，主要為重碳型水。在平原區(qū)，地形平坦，地下水徑流條件差，流動緩慢加上蒸發(fā)作用的影響，易造成高礦化度地下水的形成（溶濾不充分，易溶鹽積累）。二、陽離子交替吸附作用1概念在一定條件下，巖石顆粒吸附地下水中的某些陽離子，而將其原來吸附的某些陽離子轉入水中，從而改變了地下水的化學成分，這一作用稱為陽離子交替吸附作用。2

60、影響因素（1） 巖石的粒度粒度愈細，交換性能越強，如在粘土類巖石中，陽離子交替對水化學成分的影響更明顯。（2） 交替陽離子的性質(zhì)陽離子的電價越高，越易被吸附。電價相同的陽離子，原子量越大，越易被吸附。H+Fe3+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+（3） 離子濃度濃度大的離子比濃度小的離子更易被吸附。（4） pH值pH值上升有利于交替吸附，PH值低時，阻礙吸附，由于H+的吸附能力很強，它會阻礙陽離子進入吸附體。三、氧化作用會被氧化的巖石在某種程度上是指富含金屬硫化物或硫的巖石（黃鐵礦FeS2、黃銅礦CuFeS2等）含氧的地下水對富含金屬硫化物或硫的巖石產(chǎn)生作用，形成硫酸和硫酸鹽，而硫酸的