水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第六章

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第六章第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第六章地下水的化學(xué)成分及其形成作用6.1概述6.2地下水的物理性質(zhì)6.3地下水的化學(xué)特征6.4地下水化學(xué)成分的形成作用6.5地下水化學(xué)成分的基本成因類型6.6地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容與分類圖示第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.1概述地下水是一種復(fù)雜的溶液：賦存于巖石圈中,不斷與巖土發(fā)生化學(xué)反應(yīng);與大氣圈、水圈和生物圈進(jìn)行水量和化學(xué)成分的交換。人類活動的影響改變了地下水的化學(xué)面貌。地下水的化學(xué)成分是地下水與環(huán)境（自然地理、地質(zhì)背景、人類活動）——長期相互作用的產(chǎn)物。某區(qū)地下水的化學(xué)面貌,反映該區(qū)地下水的歷史演變。研究地下水的化學(xué)成分，可以幫助我們回溯一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)歷史，闡明地下水的起源與形成。第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一水是最為常見的良好溶劑：它溶解、搬運(yùn)巖土組分,并在某些情況下將某些組分從水中析出。水是地球中元素遷移、分散與富集的載體：許多地質(zhì)過程(巖溶、沉積、成巖、變質(zhì)、成礦）都涉及地下水的化學(xué)作用。第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)不同用途，利用地下水都對其水質(zhì)有一定要求,并要進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)：飲用水水質(zhì)評價(jià)工業(yè)用水水質(zhì)評價(jià)農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)評價(jià)工程建設(shè)項(xiàng)目用水水質(zhì)評價(jià)第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地下水是寶貴的液體礦產(chǎn)：含大量鹽類(如NaCl、KCl)或富集某些稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是寶貴的工業(yè)原料；某些具有特殊物理性質(zhì)與化學(xué)成分的水具有醫(yī)療意義；第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

鹽礦、油田、金屬礦床所形成特定化學(xué)元素的分散暈圈是找礦的重要標(biāo)志。污染物在地下水中散布,也會形成暈圈。這就需要查明有關(guān)物質(zhì)的遷移、分散規(guī)律,確定礦床或污染源的位置。第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地下水中化學(xué)元素遷移、集聚、分散的規(guī)律——水文地球化學(xué)的研究內(nèi)容。地下水中元素遷移不能脫離水的流動；水文地球化學(xué)的研究必須與地下水運(yùn)動的研究緊密結(jié)合。第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地下水水質(zhì)的演變具有時(shí)間上繼承的特點(diǎn)：

自然地理與地質(zhì)發(fā)展歷史給予地下水的化學(xué)面貌以深刻影響，故不能從純化學(xué)角度,孤立、靜止地研究地下水的化學(xué)成分及其形成,必須從水與環(huán)境長期相互作用的角度,去揭示地下水化學(xué)演變的內(nèi)在依據(jù)與規(guī)律。第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.2地下水的物理性質(zhì)第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.3地下水的化學(xué)特征主要?dú)怏w成分主要離子成分其他成分總礦化度及化學(xué)成分表示式第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一一、地下水中主要?dú)怏w成分

地下水中常見的氣體成分：

O2、N2、CO2、CH4、H2S等。尤以前三種為主。通常情況下，地下水中氣體含量不高，只有幾mg/L到幾十mg/L。研究地下水中氣體成分的意義：

①氣體成分—能夠說明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境；

②水中有些氣體—會增加水溶解鹽類的能力，促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)。第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一1.氧（02）、氮（N2）地下水中的氧氣和氮?dú)庵饕獊碓从诖髿?。它們隨大氣降水及地表水補(bǔ)給地下水,故以入滲補(bǔ)給為主、與大氣圈關(guān)系密切的地下水中含02

、N2

較多。溶解氧含量愈多,說明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境（氧化環(huán)境）愈有利于氧化作用進(jìn)行。第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一1.氧（02）、氮（N2）02的化學(xué)性質(zhì)遠(yuǎn)較N2活潑，在較封閉的環(huán)境中，02將耗盡而只留下N2。因此，N2的單獨(dú)存在，通?？烧f明地下水起源于大氣并處于還原環(huán)境。大氣中的惰性氣體（A、Kr、Xe）與N2的比例恒定，即(A+Kr+Xe)/N2=0.0118。比值等于此數(shù)，說明N2是大氣起源的；小于此數(shù)，則表明水中含有生物起源或變質(zhì)起源的N2

。第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一2.硫化氫(H2S)、甲烷（CH4）:地下水中出現(xiàn)H2S、CH4,其意義與出現(xiàn)O2相反,說明處于還原的地球化學(xué)環(huán)境（還原環(huán)境）。這兩種氣體的生成,均在與大氣比較隔絕的環(huán)境中,有有機(jī)物存在,微生物參與的生物化學(xué)過程有關(guān)。其中,H2S

是SO42-的還原產(chǎn)物。第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一3.二氧化碳(C02）：地下水中的C02主要來源于土壤（有機(jī)質(zhì)殘骸的發(fā)酵作用與植物的呼吸作用使土壤中源源不斷產(chǎn)生C02并溶入流經(jīng)土壤的地下水中）。含碳酸鹽類的巖石,在深部高溫下，可變質(zhì)生成C02。在少數(shù)情況下,地下水中可能富含C02

甚至高達(dá)1g/L以上。煤、石油、天然氣燃料,使大氣中人為產(chǎn)生的C02明顯增加。大氣中C02濃度的不斷上升，引起了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，使氣溫上升。地下水中含C02越多，其溶解碳酸鹽巖與對結(jié)晶巖進(jìn)行風(fēng)化作用的能力越強(qiáng)。第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一二、地下水中主要離子成分地下水中分布最廣、含量較多的離子（七種）：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。構(gòu)成這些離子的元素，或是地殼中含量較高，且較易溶于水的（如O2、Ca、Mg、Na、K）；或是地殼中含量雖不很大，但極易溶于水的（Cl、以SO42-形式出現(xiàn)的S）。Si、Al、Fe等元素，雖然在地殼中含量很大，但由于難溶于水，地下水中含量通常不大。第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一一般情況下,隨著總礦化度(總?cè)芙夤腆w）的變化,地下水中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化，即：

低礦化水中以HC03-、Ca2+、Mg2+為主;

高礦化水以Cl-、Na+為主;

中等礦化水中,陰離子常以S042-為主,主要陽離子為Na+、Ca2+。第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地下水的礦化度與離子成分間之所以具有這種對應(yīng)關(guān)系,主要原因是水中鹽類的溶解度不同第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一總的規(guī)律：氯鹽的溶解度>硫酸鹽>碳酸鹽礦化度異常高的地下水中以氯和鈣為主的原因：鈣的硫酸鹽,特別是鈣、鎂的碳酸鹽,溶解度最小;隨著礦化度增大,鈣、鎂的碳酸鹽首先達(dá)到飽和并沉淀析出,繼續(xù)增大時(shí),鈣的硫酸鹽也飽和析出,因此,高礦化水中便以易溶的氯和鈉占優(yōu)勢（由于氯化鈣的溶解度更大,故在礦化度異常高的地下水中以氯和鈣為主）。第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一氯離子(Cl-)氯離子在地下水中廣泛分布,但低礦化水中一般含量僅數(shù)mg/L到數(shù)十mg/L,高礦化水中可達(dá)數(shù)g/L乃至100g/L以上。地下水中Cl-的主要來源:①沉積巖中所含巖鹽或其它氯化物的溶解;②巖漿巖中含氯礦物方鈉石[NaAlSiO4·NaCl]、氯磷灰石[Ca5(PO4)3Cl]的風(fēng)化溶解;③海水：海水補(bǔ)給地下水，或來自海面的風(fēng)將細(xì)沫狀的海水帶到陸地，使地下水中Cl-增多;④火山噴發(fā)物的溶濾;⑤人為污染:工業(yè)、生活污水及糞便中含有大量Cl-。Cl-不為植物及細(xì)菌所攝取，不被土粒表面吸附，氯鹽溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最穩(wěn)定的離子。Cl-的含量隨著礦化度增長而不斷增加，Cl-的含量?？捎脕碚f明地下水的礦化程度。

第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一硫酸根離子（SO42-）：不同礦化程度水中（SO42-）的含量：高礦化水,含量僅次于Cl-,可達(dá)數(shù)g/L;

低礦化水,一般含量僅數(shù)mg/L;

中等礦化水,SO42-常成為含量最多的陰離子。硫酸根離子（SO42-）來源：

含石膏或其它硫酸鹽的沉積巖的溶解。

煤系地層含有黃鐵礦；金屬硫化物礦床附近。

燃燒給大氣人為產(chǎn)生的SO2與氮氧化合物，構(gòu)成富含硫酸及硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增加。第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一重碳酸根離子（HC03-）：地下水中的重碳酸的來源：

①含碳酸鹽的沉積巖與變質(zhì)巖（如大理巖）；

②巖漿巖與變質(zhì)巖區(qū),鋁硅酸鹽礦物的風(fēng)化溶解,如:(鈉長石、鈣長石）；地下水中HC03-的含量：一般不超過數(shù)百mg/L,HC03-總是低礦化水的主要陰離子成分。第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一鈉離子（Na+）:含量：

低礦化水中含量一般很低,僅數(shù)mg/L到數(shù)十mg/L;

高礦化水中主要的陽離子，含量最高可達(dá)數(shù)十g/L。來源：沉積巖中巖鹽及其它鈉鹽的溶解；

海水；巖漿巖和變質(zhì)巖區(qū)含鈉礦物的風(fēng)化溶解。第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一鉀離子（K+）：鉀離子的來源：含鉀鹽類沉積巖的溶解；巖漿巖、變質(zhì)巖中含鉀礦物的風(fēng)化溶解。低礦化水中含量甚微，高礦化水中較多。K+大量地參與形成不溶于水的次生礦物（水云母、蒙脫石、絹云母），并易為植物所攝取，因此，地下水中K+的含量要比Na+少得多。K+的性質(zhì)與Na+相近，含量少，分析比較費(fèi)事，故一般情況下，將K+歸并到Na+中，不另區(qū)分。

第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一鈣離子（Ca2+）:含量：

低礦化水中的主要陽離子,其含量一般不超過數(shù)百mg/L。

高礦化水中,因陰離子主要為Cl-,而CaCl2的溶解度相當(dāng)大，故Ca2+的絕對含量顯著增大,但仍遠(yuǎn)低于Na+。礦化度格外高的水,鈣也可成為主要離子。來源：

碳酸鹽類沉積物及含石膏沉積物的溶解；巖漿巖、變質(zhì)巖中含鈣礦物的風(fēng)化溶解。第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一鎂離子（Mg2+）：來源：沉積巖：含鎂的碳酸鹽類沉積(白云巖、泥灰?guī)r）；巖漿巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物的風(fēng)化溶解。含量：

低礦化水中含量通常較Ca2+少,通常不成為地下水中的主要離子,部分原因是由于地殼組成中Mg比Ca少。第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一三、地下水中的其它成分地下水中的次要離子：如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、OH-、NO2-、NH4+……。地下水中的微量組分：Br、I、F、B、Sr等。膠體：地下水中以未離解的化合物構(gòu)成的膠體，主要有Fe（OH）3、Al（OH）3及H2SiO3等。有機(jī)質(zhì)：常以膠體方式存在于地下水中。微生物：地下水中存在各種微生物。例如,氧化環(huán)境中存在硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等;還原環(huán)境存在脫硫酸細(xì)菌等;污染水中有各種致病細(xì)菌。第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一四、地下水的總礦化度及化學(xué)成分表示式總礦化度的概念：

地下水中所含各種離子、分子與化合物的總量稱為總礦化度(總?cè)芙夤腆w）,以每升水中所含克數(shù)（g/L）表示。總礦化度的表征方式：

a.習(xí)慣上以105℃一110℃時(shí)將水蒸干所得的干涸殘余物總量來表征；

b.在水質(zhì)簡分析中是用分析所得的陰陽離子含量相加，然后減去HCO3-含量的一半，作為水的礦化度。

為什么要減去一半，這是因?yàn)樵谡舾蓵r(shí)有將近一半的HCO3-分解生成CO2及H2O而逸失，同時(shí)保證與干涸殘余物的重量相匹配。第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一庫爾洛夫式表示法：橫線上下：

表示陰陽離子——分別按毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)自大到小順序排列,小于10%的離子不予表示。橫線前：

依次表示特殊成分、氣體成分、礦化度(以字母M為代號),單位為g/L；橫線后：以字母t為代號表示以攝氏計(jì)的水溫。第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.4地下水化學(xué)成分的形成作用溶濾作用濃縮作用脫碳酸作用脫硫酸作用陽離子交替吸附作用混合作用人類活動在地下水化學(xué)成分形成中的作用第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一一、溶濾作用溶濾作用的概念：在水與巖土相互作用下,巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中——溶濾作用。溶濾作用的結(jié)果：巖土失去一部分可溶物質(zhì),地下水補(bǔ)充了新的組分。第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一水分子結(jié)構(gòu)：由一個(gè)帶負(fù)電的氧離子和兩個(gè)帶正電的氫離子組成的。由于氫和氧分布不對稱,在接近氧原子一端形成負(fù)極,氫離子一端形成正極,成為偶極分子。第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

巖土與水接觸時(shí),組成結(jié)晶格架的鹽類離子,被水分子帶相反電荷的一端所吸引；當(dāng)水分子對離子的引力足以克服結(jié)晶格架中離子間的引力時(shí),離子脫離晶架,被水分子所包圍,溶入水中（圖2)。第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

當(dāng)?shù)V物鹽類與水溶液接觸時(shí),同時(shí)發(fā)生兩種方向相反的作用:

溶解作用、結(jié)晶作用

溶解作用使離子由結(jié)晶格架轉(zhuǎn)入水中；而結(jié)晶作用使離子從溶液中固著于晶體格架上。隨著溶液中鹽類離子增加,結(jié)晶作用加強(qiáng),溶解作用減弱。

當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)溶解與析出的鹽量相等時(shí),溶液達(dá)到飽和。此時(shí),溶液中某種鹽類的含量即為其溶解度。第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

隨著溫度上升,結(jié)晶格架內(nèi)離子的振蕩運(yùn)動加劇,離子間引力削弱,水的極化分子易于將離子從結(jié)晶格架上拉出。故鹽類溶解度通常隨溫度上升而增大。第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一影響溶濾作用強(qiáng)度的因素巖土礦物鹽類的溶解度（如NaCl與SiO2）巖土的空隙特征（如致密基巖）水的溶解能力（溶解度，低礦化水溶解能力強(qiáng)）水中的O2、CO2等氣體成分的含量

O2高，溶解硫化物能力強(qiáng)，CO2高，溶解碳酸鹽及硅酸鹽的能力強(qiáng)。水的流動狀況：徑流與交替強(qiáng)度——最活躍、最關(guān)鍵因素。第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一注意：溶濾作用與溶解作用在內(nèi)涵上的區(qū)別

溶濾作用：在不破壞晶體結(jié)晶格架情況下，部分組分進(jìn)入地下水中的作用。如難溶的硅鋁酸鹽中的某些成分。溶解作用：破壞了礦物的結(jié)晶格架，使礦物的全部成分進(jìn)入地下水中。如氯化鈉。

溶濾作用具有時(shí)間上的階段性和空間上的差異性。時(shí)間上的階段性設(shè)想巖層中原來有氯化物+硫酸鹽+碳酸鹽+硅酸鹽等各種礦物鹽類。開始階段，氯化物最易于由巖層轉(zhuǎn)入水中，成為地下水中主要化學(xué)組分。隨著溶濾作用延續(xù)，巖層含有的氯化物由于不斷轉(zhuǎn)入水中并被水流帶走而貧化，相對易溶的硫酸鹽成為遷入水中的主要組分。溶濾作用長期持續(xù)，巖層中保留下來的幾乎只是難溶的碳酸鹽及硅酸鹽，地下水的化學(xué)成分當(dāng)然也就以碳酸鹽及硅酸鹽為主了。因此，一個(gè)地區(qū)經(jīng)受溶濾愈強(qiáng)烈，時(shí)間愈長，地下水的礦化度愈低，愈是以難溶離子為其主要成分。第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一空間上的差異性氣候愈是潮濕多雨，地質(zhì)構(gòu)造的開啟性愈好，巖層的導(dǎo)水能力愈強(qiáng)，地形切割愈強(qiáng)烈，地下徑流與水交暫愈迅速，巖層經(jīng)受的溶濾便愈充分，保留的易溶鹽類便愈貧乏，地下水的礦化度愈低，難溶離子的相對含量也就愈高。第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

二、濃縮作用

當(dāng)?shù)叵滤宦癫夭簧?蒸發(fā)成為地下水的主要排泄方式。

由于蒸發(fā)作用只排走水分,鹽分仍保留在余下地下水中,隨著時(shí)間延續(xù),地下水溶液逐漸濃縮,礦化度不斷增大。同時(shí),隨著地下水礦化度上升,溶解度較小的鹽類在水中相繼達(dá)到飽和而沉淀析出,易溶鹽類（如NaCl)的離子逐漸成為水中主要成分。第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一濃縮作用（過程）理想模式0.5L水1.0L水0.25L水第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一產(chǎn)生濃縮作用必須同時(shí)具備的條件:干旱或半干旱的氣候；低平地勢控制下較淺的地下水位埋深；有利于毛細(xì)作用的顆粒細(xì)小的松散巖土；地下水流動系統(tǒng)的勢匯——排泄處。

干旱或半干旱氣候下，濃縮作用的規(guī)模取決于地下水流動系統(tǒng)的空間尺度以及其持續(xù)的時(shí)間尺度。第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一三、脫碳酸作用水中CO2的溶解度受環(huán)境的溫度和壓力控制。脫碳酸作用概念：CO2的溶解度隨溫度升高或壓力降低而減小,一部分CO2成為游離CO2從水中逸出——脫碳酸作用。脫碳酸的結(jié)果：地下水中HC03-及Ca2+、Mg2+減少,礦化度降低:

Ca2++2HC03-→CO2+H20+CaC03↓

Mg2++2HC03-→CO2+H20+MgC03↓

深部地下水上升成泉，因脫碳酸作用，泉口形成鈣華；溫度較高的深層地下水，因脫碳酸作用使Ca2+、Mg2+從水中析出，陽離子以Na+為主。第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一四、脫硫酸作用

在還原環(huán)境中,當(dāng)有有機(jī)質(zhì)存在時(shí),脫硫酸細(xì)菌能使SO42-還原為H2S：

SO42-+2C+2H2O→H2S↑+2HC03-

結(jié)果：使地下水中SO42-減少以至消失,HC03-增加,pH值變大。封閉的地質(zhì)構(gòu)造是產(chǎn)生脫硫酸作用的有利環(huán)境。故某些油田水中出現(xiàn)H2S,而SO42-含量很低。這一特征可作為尋找油田的輔助標(biāo)志。第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一五、陽離子交替吸附作用

陽離子交替吸附作用：

巖土顆粒表面帶有負(fù)電荷,能夠吸附陽離子。一定條件下,顆粒將吸附地下水中某些陽離子,而將其原來吸附的部分陽離子轉(zhuǎn)為地下水中的組分——陽離子交替吸附作用。當(dāng)含Ca2+為主的地下水,進(jìn)入主要吸附有Na+的巖土?xí)r,水中的Ca2+便置換巖土所吸附的一部分Na+,使地下水中Na+增多而Ca2+減小。第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

不同陽離子吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力自大到小的排序：H+

>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+

離子價(jià)越高，離子半徑越大，水化離子半徑越小，吸附能力越大。H+例外。第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地下水中某種離子的相對濃度增大，該種離子的交替吸附能力（置換巖土所吸附的離子的能力）隨之增大。例如，當(dāng)?shù)叵滤幸訬a+為主，而巖土中原來吸附有較多的Ca2+

，那么，水中的Na+將反過來置換巖土吸附的部分Ca2+

。海水侵入陸相沉積物時(shí)，就是這種情況。陽離子交替吸附作用的規(guī)模取決于巖土的吸附能力。巖土的吸附能力決定于巖土的比表面積。顆粒越細(xì)，比表面積越大，交替吸附作用的規(guī)模就越大。故粘土及粘土巖類最容易發(fā)生交替吸附作用，而致密的結(jié)晶巖中，實(shí)際上不發(fā)生這種作用。第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一六、混合作用混合作用的概念：成分不同的兩種水匯合在一起,形成化學(xué)成分與原來兩者都不相同的地下水——混合作用?；旌纤牡V化度與化學(xué)類型取決于參與混合的兩種水的成分及其混合比例：兩種水的混合可能產(chǎn)生或不產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一七、人類活動在地下水化學(xué)成分形成中的作用

近年來,隨著社會生產(chǎn)力與人口的增長,人類活動對地下水化學(xué)成分的影響愈來愈大：人類活動產(chǎn)生的廢棄物污染地下水；人為作用大規(guī)模地改變了地下水形成條件,從而使地下水化學(xué)成分發(fā)生變化。第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.5地下水化學(xué)成分的基本成因類型不同領(lǐng)域?qū)W者比較一致的結(jié)論：地球上的水圈是原始地殼生成后，氫和氧隨同其它易揮發(fā)組分從地球內(nèi)部層圈逸出而形成的——地下水起源于地球深部層圈。地下水的主要成因類型（從形成地下水化學(xué)成分的基本成因出發(fā)）：

溶濾水、沉積水、內(nèi)生水

第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一一、溶濾水

富含C02與02的滲入成因的地下水,溶濾它所流經(jīng)的巖土而獲得其主要化學(xué)成分,這種水稱之為溶濾水。溶濾水的成分受到巖性、氣候、地貌等因素的影響。第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一巖性對溶濾水的影響：石灰?guī)r、白云巖分布區(qū)的地下水,HC03-、Ca2+

、Mg2+為其主要成分。含石膏的沉積巖區(qū),水中SO42-與Ca2+均較多。酸性巖漿巖地區(qū)的地下水大都為HC03-—Na型水?；詭r漿巖地區(qū),地下水中常富含Mg2+。煤系地層分布區(qū)與金屬礦床分布區(qū)多形成硫酸鹽水。第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一巖土的各種組分的遷移能力各不相同：在潮濕氣候下，原含有大量易溶鹽類(如NaCl、CaSO4)的沉積物，經(jīng)過長時(shí)期充分溶濾，易遷移的離子淋洗比較充分，到后來地下水所能溶濾的主要是難以遷移的組分(如CaCO３、MgCO3、SiO2等)。故在潮濕氣候區(qū)，盡管原來地層中所含的組分很不相同，有易溶的與難溶的，但其淺表部在豐沛降水的充分淋濾下，最終淺層地下水很可能都是低礦化重碳酸水，難溶的SiO2在水中占到相當(dāng)比重。干旱氣候下，平原盆地的排泄區(qū)，地下水將鹽類不斷攜來，水分不斷蒸發(fā)，淺部地下水中鹽分不斷積累，不論其巖性有何差異，最終都將形成高礦化的氯化物水。從大范圍來說，溶濾作用主要受控于氣候，顯示受氣候控制的分帶性。第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一地形因素對溶濾水的影響：

地形因素往往會干擾氣候控制的分帶性。

在切割強(qiáng)烈的山區(qū)．流動迅速、流程短的局部地下水系統(tǒng)發(fā)育。地下水徑流條件好，水交替迅速，即使在干旱地區(qū)也不會發(fā)生濃縮作用，因此常形成低礦化的以難溶離子為主地下水。

地勢低平的平原與盆地，地下水徑流微弱，水交替緩慢，地下水的礦化度與易溶離子含量均較高。第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

干旱地區(qū)的山間堆積盆地,因氣候、巖性、地形的統(tǒng)一分帶性,使其地下水化學(xué)分帶最為典型：山前氣候相對濕潤,顆粒比較粗大,地形坡度也大；向盆地中心,氣候轉(zhuǎn)為十分干旱,顆粒細(xì)小,地勢低平。

水化學(xué)分帶：從（盆地邊緣洪積扇頂部）低礦化重碳酸鹽水帶——（過渡地帶）中等礦化硫酸鹽水——（盆地中心）高礦化的氯化物水。第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一

絕大部分地下水屬于溶濾水，包括：潛水、大部分承壓水。

位置較淺或構(gòu)造開啟性好的含水系統(tǒng)：由于其徑流途徑短,流動相對較快,溶濾作用發(fā)育,多形成低礦化的重碳酸鹽水。

構(gòu)造較為封閉的,位置較深的含水系統(tǒng)：形成礦化度較高,易溶離子為主的地下水。

同一含水系統(tǒng)的不同部位：由于徑流條件與流程長短不同,水交替程度不同,而出現(xiàn)水平的或垂向的水化學(xué)分帶(圖9)。第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一二、沉積水

沉積水：指與沉積物大體同時(shí)生成的古地下水。河、湖、海相的沉積物中的水具有不同的原始成分,在漫長的地質(zhì)年代中水質(zhì)又經(jīng)歷一系列復(fù)雜的變化。

例如：海相淤泥為例（P59-60）,海相淤泥在成巖過程中受到上覆巖層壓力而密實(shí)時(shí)，其中所含的水，一部分被擠壓進(jìn)入顆粒較粗且不易壓密的相鄰巖層，構(gòu)成后生沉積水；另一部分仍保留于淤泥層中，成為同生沉積水。第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一三、內(nèi)生水本世紀(jì)初,曾把溫?zé)岬叵滤醋鲙r漿分異的產(chǎn)物。后來發(fā)現(xiàn),在大多數(shù)情況下,溫泉是大氣降水滲入到深部加熱后重新升到地表形成的。近年來,通過對地?zé)嵯到y(tǒng)的熱均衡分析得出,僅靠水滲入深部獲得的熱量無法解釋某些高溫水的出現(xiàn),認(rèn)為應(yīng)有10%-30%的來自地球深部層圈的高熱流體的加入。這樣,源自地球深部層圈的內(nèi)生水逐漸為人們重視。有人認(rèn)為,深部高礦化鹵水的化學(xué)成分也顯示了內(nèi)生水的影響。第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)生水的典型化學(xué)特征至今并不完全清楚。前蘇聯(lián)某些花崗巖中包裹體溶液為礦化度100-200g/L的氯化鈉型水。冰島玄武巖區(qū)的熱蒸汽凝成的水，是礦化度1-2g/L的HS-HCO3-Na水，含有大量的SiO2與CO2。內(nèi)生水的研究迄今還很不成熟，它涉及水文地質(zhì)學(xué)乃至地質(zhì)學(xué)的一系列重大理論問題。因此，今后水文地質(zhì)學(xué)的研究領(lǐng)域?qū)⑾虻厍蛏畈繉尤U(kuò)展，重視內(nèi)生水的研究。第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一6.6地下水化學(xué)成分的

分析內(nèi)容與分類圖示地下水化學(xué)分析的內(nèi)容地下水化學(xué)分類與圖示方法第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一一、地下水化學(xué)分析內(nèi)容地下水化學(xué)成分的分析是研究的基礎(chǔ)，工作目的與要求不同,分析項(xiàng)目與精度也不相同。一般水文地質(zhì)調(diào)查中的分析類型：簡分析全分析專項(xiàng)分析第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一簡分析：用于了解區(qū)域地下水化學(xué)成分的概貌,這種分析可在野外利用專門的水質(zhì)分析箱就地進(jìn)行。分析的目的：為初步了解水質(zhì)是否適于飲用。特點(diǎn)：分析項(xiàng)目少，精度要求低,簡便快速,成本不高,技術(shù)上容易掌握。第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一分析項(xiàng)目：

物理性質(zhì)——溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等；

定量分析項(xiàng)目——HC03-、S042-、Cl-、Ca2+、總硬度、pH值。通過計(jì)算可求得水中各主要離子含量及總礦化度。硬度：指水中含有的能與肥皂作用生成難溶物，或與水中某些陰離子生成水垢的金屬離子。如Ca2+、Mg2+（Fe2+、Mn2+、Al3+）。常用Ca2+、Mg2+含量表示。又分為總硬度、暫時(shí)硬度和永久硬度?？傆捕龋褐杆兴珻a2+、Mg2+

的總量。暫時(shí)硬度：指水中Ca2+、Mg2+與HC03-和C032-離子結(jié)合的硬度。永久硬度：指水中Ca2+、Mg2+與Cl-和S042-離子結(jié)合的硬度。定性分析項(xiàng)目——不固定,較經(jīng)常的有NO2-、NO3-、NH4+、Fe2+、Fe3+

、H2S、耗氧量等。第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一全分析（并非分析水中的全部成分）：特點(diǎn)：項(xiàng)目較多，要求精度高，能較全面了解地下水化學(xué)成分做法：在簡分析的基礎(chǔ)上選擇有代表性的水樣進(jìn)行全分析，并對簡分析結(jié)果進(jìn)行檢核。定量分析的項(xiàng)目：

HCO3-、SO42-、Cl-、CO32-、NO2-、NO3-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S、CO2、耗氧量、pH值、干涸殘余物。第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期一專項(xiàng)分析：為了滿足某項(xiàng)目具體工作而提出的一些特需項(xiàng)目的分析。例1：對地下水作為生活飲用水的評價(jià)提出的細(xì)菌分析、有毒性的AS、Pb、Hg的分析；例2：對工程建設(shè)項(xiàng)目的侵蝕性分析等。第73頁