水文地质学基础中国地质大学武汉地下水物理性质与化学性质学习教案

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1、会计学1水文水文(shuwn)地质学基础中国地质大学武地质学基础中国地质大学武汉地下水物理性质与化学性质汉地下水物理性质与化学性质第一页，共59页。 在实际生产和科研工作中，对地下水的物理性在实际生产和科研工作中，对地下水的物理性质和化学性质的研究，有着重要意义：质和化学性质的研究，有着重要意义： 阐明地下水的起源与形成；阐明地下水的起源与形成； 揭示许多地质过程；揭示许多地质过程； 水质评价。水质评价。研究地下水中化学元素的时空分布特征和迁移转化研究地下水中化学元素的时空分布特征和迁移转化规律的学科是规律的学科是水文水文(shuwn)(shuwn)地球化学。地球化学。第2页/共59页第二页，

2、共59页。6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh) 地下水的物理性质主要地下水的物理性质主要(zhyo)指密度、温度、颜色、透明指密度、温度、颜色、透明度、嗅、味及放射性等几方面的性质。度、嗅、味及放射性等几方面的性质。密度密度 地下水的密度决定于其中地下水的密度决定于其中(qzhng)(qzhng)所溶解盐分的含量。所溶解盐分的含量。 地下淡水的密度通常可认为与化学纯水的密度相同，其数值约等于地下淡水的密度通常可认为与化学纯水的密度相同，其数值约等于1.0g/cm31.0g/cm3。 地下水中溶解的盐分愈多，其密度愈大，有时可高达地下水中溶解的

3、盐分愈多，其密度愈大，有时可高达1.2-1.3g/cm31.2-1.3g/cm3。第3页/共59页第三页，共59页。第4页/共59页第四页，共59页。温度温度 埋藏在不同深度的地下水，其温度变化规律不同。根据受热源影响的不同，地壳表层可分为埋藏在不同深度的地下水，其温度变化规律不同。根据受热源影响的不同，地壳表层可分为(fn wi)(fn wi)变温带、常温带及增温带。变温带、常温带及增温带。变温带变温带受太阳辐射影响的地表极薄的带。近地表的地下水温度受气温的影响较大，具有周期性的昼夜变化和季节变化：受太阳辐射影响的地表极薄的带。近地表的地下水温度受气温的影响较大，具有周期性的昼夜变化和季节变

4、化：温度具有昼夜变化的地下水，其埋藏深度一般在温度具有昼夜变化的地下水，其埋藏深度一般在3-5m (1-2m)3-5m (1-2m)以内，即日常温带以上；以内，即日常温带以上；温度具有季节变化的地下水，其埋藏深度一般在地表以下温度具有季节变化的地下水，其埋藏深度一般在地表以下50m50m以内，即年常温带以上。以内，即年常温带以上。 6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)第5页/共59页第五页，共59页。 常温带常温带处于年常温带以下，厚度极小，下限深度一般为处于年常温带以下，厚度极小，下限深度一般为15-30m15-30m；地温一般比当地年平均

5、气温高；地温一般比当地年平均气温高1-21-2。 增温带增温带处于常温带以下，地下水的温度随深度的加大而逐渐升高，成为热水甚至蒸汽，其变化规律取决于地温梯度处于常温带以下，地下水的温度随深度的加大而逐渐升高，成为热水甚至蒸汽，其变化规律取决于地温梯度(/100m)(/100m)。地温梯度的平均值约为。地温梯度的平均值约为3/100m3/100m，通常变化在，通常变化在1.51.54/100m4/100m之间，但个别新火山之间，但个别新火山(hushn)(hushn)活动区可以很高。活动区可以很高。 因此，地下水的温度变化范围非常大。因此，地下水的温度变化范围非常大。第6页/共59页第六页，共5

6、9页。 按照按照(nzho)(nzho)温度，通常把地下水分为六类，见下表。温度，通常把地下水分为六类，见下表。 地下水按温度分类地下水按温度分类地下水类型地下水类型水温水温()()过冷水过冷水0100100 地下水的温度测定利用温度计就地进行，测定泉水的温度，应尽量地下水的温度测定利用温度计就地进行，测定泉水的温度，应尽量(jnling)(jnling)靠近泉的出口，测井水温度时则应靠近井底。靠近泉的出口，测井水温度时则应靠近井底。第7页/共59页第七页，共59页。颜色颜色 地下水的颜色主要由其成分和悬浮于其中的杂质所决定：地下水的颜色主要由其成分和悬浮于其中的杂质所决定：一般一般(ybn)

7、(ybn)的地下水为无色；的地下水为无色；含硫化氢气体的水，在氧化后由于有硫磺胶体产生，故常呈翠绿色；含硫化氢气体的水，在氧化后由于有硫磺胶体产生，故常呈翠绿色；硬度大的水为浅蓝色，含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色，含氧化铁的水呈褐红色；硬度大的水为浅蓝色，含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色，含氧化铁的水呈褐红色； 6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)第8页/共59页第八页，共59页。含腐殖质的水多呈暗黄褐色。含腐殖质的水多呈暗黄褐色。含有悬浮杂质的水，其颜色决定于悬浮物的颜色，颜色深浅则含有悬浮杂质的水，其颜色决定于悬浮物的颜色，颜色深浅则取决于悬浮物的多少

8、。取决于悬浮物的多少。测定地下水的颜色可在试管中进行：测定地下水的颜色可在试管中进行：取两个试管，将蒸馏水注入其中一管取两个试管，将蒸馏水注入其中一管(y un)(y un)，地下水注入另，地下水注入另一管一管(y un)(y un)中。在管下衬以白纸，自上而下观之，即能比较中。在管下衬以白纸，自上而下观之，即能比较出地下水的颜色。出地下水的颜色。第9页/共59页第九页，共59页。透明度透明度 地下水的透明度取决于水中的固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。地下水的透明度取决于水中的固体矿物质、有机物和胶体悬浮物的含量。 按透明度可将地下水分为按透明度可将地下水分为(fn wi)(fn wi)

9、四级。四级。地下水透明度野外分级地下水透明度野外分级6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)分分 级级说说 明明透明的透明的无悬浮物，无悬浮物，60cm60cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线的粗线微浊的微浊的有少量悬浮物，大于有少量悬浮物，大于30cm30cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线的粗线浑浊的浑浊的有较多的悬浮物，小于有较多的悬浮物，小于30cm30cm水深可见水深可见3mm3mm的粗线的粗线极浊的极浊的有大量的悬浮物，水深很小也不能看见有大量的悬浮物，水深很小也不能看见3mm3mm的粗线的粗线第10页/共59页第十页，共59页。

10、嗅嗅( (气味气味) ) 地下水的气味取决于它所含有的气体成分与有机物质地下水的气味取决于它所含有的气体成分与有机物质(wzh)(wzh)的气味：的气味：地下水一般无气味；地下水一般无气味；硫化氢气体使水具有臭鸡蛋气味，含有氧化亚铁时水具有铁腥味，腐殖质使水具有鱼腥气味、沼泽气味。硫化氢气体使水具有臭鸡蛋气味，含有氧化亚铁时水具有铁腥味，腐殖质使水具有鱼腥气味、沼泽气味。气味之强弱，地下水所含气体成分以及有机物质气味之强弱，地下水所含气体成分以及有机物质(wzh)(wzh)的含量。的含量。 6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh) 在一般温度在一

11、般温度(wnd)(wnd)下，地下水中的气味不宜辨别，而在下，地下水中的气味不宜辨别，而在4040左右左右气味最为显著，故在测定地下水的气味时，应将水稍加热，以使气味气味最为显著，故在测定地下水的气味时，应将水稍加热，以使气味明显易辩。明显易辩。第11页/共59页第十一页，共59页。强度强度程度程度说明说明0 0无无没有任何气味没有任何气味极微弱极微弱有经验分析者能觉察有经验分析者能觉察弱弱注意辨别时一般人能觉察注意辨别时一般人能觉察显著显著易觉察，不加处理不能饮用易觉察，不加处理不能饮用强强引人注意的气味，不适饮用引人注意的气味，不适饮用极强极强具有强烈扑鼻的气味，不能饮用具有强烈扑鼻的气味

12、，不能饮用第12页/共59页第十二页，共59页。地下水的味道地下水的味道(口味口味)取决于它的化学成分：取决于它的化学成分：纯水是淡而无味的；纯水是淡而无味的；含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或氯化镁的水具有苦味，含氧化亚铁的水具有含氯化钠的水具有咸味，含硫酸钠的水具有涩味，含硫酸镁或氯化镁的水具有苦味，含氧化亚铁的水具有“墨水味墨水味”，含氧化铁的具有铁锈味；，含氧化铁的具有铁锈味；地下水中含有地下水中含有CO2时清凉可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水则美味适口；时清凉可口，含有重碳酸钙、镁及碳酸的水则美味适口；大量有机质的存在大量有机质的存在(cnzi)使地下水具有甜味。

13、使地下水具有甜味。味味( (味道味道(wi dao)(wi dao)、口味、口味) )地下水各种地下水各种( zhn)味道的强弱，取决于其中各种味道的强弱，取决于其中各种( zhn)成分的浓度、温度以及人的味觉神经的敏感性、个人口味的不同。成分的浓度、温度以及人的味觉神经的敏感性、个人口味的不同。 测定地下水的味道时，应将水加温到测定地下水的味道时，应将水加温到2030，这时水的味道最明显。，这时水的味道最明显。第13页/共59页第十三页，共59页。放射性放射性 地下水的放射性取决于其中所含放射性元素的数量。地下水的放射性取决于其中所含放射性元素的数量。 地下水在不同程度上或多或少地都具有放射

14、性，但一般地下水的放射性极微弱，埋藏和运动于放射性矿床以及酸性火成山岩地下水在不同程度上或多或少地都具有放射性，但一般地下水的放射性极微弱，埋藏和运动于放射性矿床以及酸性火成山岩(shn yn)(shn yn)分布的地下水，其放射性显著增强。分布的地下水，其放射性显著增强。6.2 6.2 地下水的物理性质地下水的物理性质(wl xngzh)(wl xngzh) 某些元素通过某些元素通过(tnggu)(tnggu)原子核衰变自发原子核衰变自发地放出地放出或或射线射线( (有时还放出有时还放出射线射线) )的性的性质。质。第14页/共59页第十四页，共59页。6.3 6.3 地下水的化学地下水的化

15、学(huxu)(huxu)特征特征第15页/共59页第十五页，共59页。 研究地下水中气体成分的意义在于：研究地下水中气体成分的意义在于： 说明地下水所处的地球化学环境；说明地下水所处的地球化学环境； 增强水对岩石的溶解能力，促进某些增强水对岩石的溶解能力，促进某些(mu xi)(mu xi)化学化学反应。反应。第16页/共59页第十六页，共59页。主要离子主要离子(lz)(lz)成分成分 地下水分布最广，含量最多的有七种离子地下水分布最广，含量最多的有七种离子(lz)(lz)： Cl- Cl-、SO42-SO42-、HCO3-HCO3-，Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、K+K+、Na+N

16、a+。 地壳中含量高、且比较容易溶于水中的元素地壳中含量高、且比较容易溶于水中的元素(O2(O2、CaCa、MgMg、NaNa、K)K)；或者地壳中含量虽不大、但极易溶于水中的元素；或者地壳中含量虽不大、但极易溶于水中的元素(Cl(Cl、以以SO42-SO42-形式出现的形式出现的S)S)，以这些元素构成的离子，以这些元素构成的离子(lz)(lz)在地下水在地下水中的含量比较多。中的含量比较多。 在地壳中含量很大的一些元素在地壳中含量很大的一些元素(Si(Si、AlAl、Fe)Fe)，但由于其难，但由于其难溶于水，以这些元素构成的离子溶于水，以这些元素构成的离子(lz)(lz)在地下水中含量通

17、常不在地下水中含量通常不大。大。第17页/共59页第十七页，共59页。其它成分其它成分 次要离子次要离子(lz)(lz)成分：成分：H+H+、Fe2+Fe2+、Fe3+Fe3+、Mn2+Mn2+、NH4+NH4+、OH-OH-、NO2-NO2-、NO3-NO3-、CO32-CO32-、SiO32-SiO32-、PO43-PO43-等；等；微量组分：有微量组分：有BrBr、I I、F F、B B、SrSr等；等；胶体：主要有胶体：主要有Fe(OH)3Fe(OH)3、Al(OH)3Al(OH)3、H2SiO3H2SiO3等；等；有机物：以胶体方式存在于地下水中；有机物：以胶体方式存在于地下水中；微

18、生物。微生物。 第18页/共59页第十八页，共59页。6.3 6.3 地下水的化学地下水的化学(huxu)(huxu)特征特征地下水化学成分表示式地下水化学成分表示式 为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。为了明确地反映水的化学特点，可采用库尔洛夫表示。 将阴阳离子分别标注在横线上下，按毫克当量百分数自大而小顺序排列，小于将阴阳离子分别标注在横线上下，按毫克当量百分数自大而小顺序排列，小于10%10%的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度( (以字母以字母M M为代号为代号) )，三者单位，三者单位(dnwi)

19、(dnwi)均为均为g/Lg/L，横线后为以字母，横线后为以字母t t为代号表示摄氏计的温度。例如：为代号表示摄氏计的温度。例如：。525 .276 .7143 .148 .8432. 02031. 0021. 02307. 02tCaNaSOClMCOSHSiOH第19页/共59页第十九页，共59页。地下水的酸碱度、硬度地下水的酸碱度、硬度(yngd)(yngd)、矿化度、矿化度地下水的酸碱度地下水的酸碱度 地下水的酸碱程度用氢离子浓度或用地下水的酸碱程度用氢离子浓度或用pHpH值来衡量。值来衡量。 纯水中的氢离子是由水分子离解产生的。水的离解度很小，在水温纯水中的氢离子是由水分子离解产生的

20、。水的离解度很小，在水温2222时，一千万时，一千万(107)(107)个水分子中仅有一个水分子离解成一个氢离子个水分子中仅有一个水分子离解成一个氢离子(H+)(H+)和一个氢氧离子和一个氢氧离子(OH-)(OH-)，这时水的离子浓度积为，这时水的离子浓度积为10-1410-14。6.3 6.3 地下水的化学地下水的化学(huxu)(huxu)特征特征第20页/共59页第二十页，共59页。 在纯水中，在纯水中，H+H+和和OH-OH-的浓度是相等的，均为的浓度是相等的，均为10-710-7，水呈中性反应，水呈中性反应(fnyng)(fnyng)； 当水中当水中H+H+的浓度大于的浓度大于OH-

21、OH-的浓度，水呈酸性反应的浓度，水呈酸性反应(fnyng)(fnyng)； 当水中当水中H+H+的浓度小于的浓度小于OH-OH-的浓度，水呈碱性反应的浓度，水呈碱性反应(fnyng)(fnyng)。 水的酸碱度通常用水的酸碱度通常用pHpH值来表示。值来表示。pHpH值是水中氢离子浓度值的负对数值，即：值是水中氢离子浓度值的负对数值，即： pH=-lgH+ pH=-lgH+ 当当H+H+为为10-710-7，pH=7pH=7，说明水为中性；，说明水为中性； 当当H+H+大于大于10-710-7，pH7pH7pH7，说明水呈碱性反应，说明水呈碱性反应(fnyng)(fnyng)。第21页/共5

22、9页第二十一页，共59页。 按照按照pHpH值，可将地下水分为值，可将地下水分为(fn wi)(fn wi)强酸性、弱酸性、中性、弱强酸性、弱酸性、中性、弱碱性、强碱性五类，见下表。碱性、强碱性五类，见下表。 地下水的酸碱度地下水的酸碱度水的类别水的类别pHpH值值强酸性水强酸性水599 地下水地下水pHpH值一般用离子值一般用离子(lz)(lz)酸度计进行，也可用试纸做简酸度计进行，也可用试纸做简易测定。易测定。第22页/共59页第二十二页，共59页。地下水的硬度地下水的硬度 地下水中含有大量地下水中含有大量Ca+Ca+、Mg2+Mg2+时，对生活和工业用水都较大的影响：时，对生活和工业用水

23、都较大的影响： 用硬水洗衣，肥皂气泡少，造成浪费；用硬水洗衣，肥皂气泡少，造成浪费； 用硬水煮饭做菜，不易煮熟；用硬水煮饭做菜，不易煮熟； 硬水在锅炉中易成水垢，而水垢不易传热，浪费燃料，甚至引起锅炉硬水在锅炉中易成水垢，而水垢不易传热，浪费燃料，甚至引起锅炉爆炸。爆炸。 因此，人们因此，人们(rn men)(rn men)对水中的对水中的Ca+Ca+、Mg2+Mg2+含量给予重视。含量给予重视。第23页/共59页第二十三页，共59页。 水中水中Ca+Ca+、Mg2+Mg2+含量的多少用含量的多少用“硬度硬度”概念来表示。硬概念来表示。硬度可区分为总硬度、暂时硬度和永久硬度：度可区分为总硬度、

24、暂时硬度和永久硬度： 水中所含水中所含Ca+Ca+、Mg2+Mg2+的总量称为总硬度；的总量称为总硬度； 在水加热沸腾时，由于形成碳酸盐沉淀而使水失去一部分在水加热沸腾时，由于形成碳酸盐沉淀而使水失去一部分Ca+Ca+、Mg2+Mg2+，这些失去的，这些失去的Ca+Ca+、Mg2+Mg2+的数量的数量(shling)(shling)称为暂称为暂时硬度；时硬度； 水沸腾之后仍留在水中的水沸腾之后仍留在水中的Ca+Ca+、Mg2+Mg2+的含量，它等于总硬的含量，它等于总硬度与暂时硬度之差，称为永久硬度。度与暂时硬度之差，称为永久硬度。第24页/共59页第二十四页，共59页。 水的硬度的大小，可用

25、毫克水的硬度的大小，可用毫克(ho k)(ho k)当量当量(meq)(meq)和德国度和德国度(H(H) )为单位来表示。为单位来表示。 一个德国度相当于一个德国度相当于1 1升水中含有升水中含有10mg CaO10mg CaO或或7.2mg MgO7.2mg MgO。 由于由于1meq CaO=28mg CaO1meq CaO=28mg CaO，所以，所以，1meq=2.8H1meq=2.8H。 我国目前广泛采用德国度表示方法。我国目前广泛采用德国度表示方法。第25页/共59页第二十五页，共59页。 按照硬度，地下水可分为按照硬度，地下水可分为(fn wi)(fn wi)极软水、软水、微硬

26、水、硬水、极极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水五类，见下表。硬水五类，见下表。地下水的硬度分类地下水的硬度分类水的类别水的类别硬硬 度度meq/lmeq/lH H极软水极软水1.51.54.29.09.025.225.2第26页/共59页第二十六页，共59页。地下水的矿化度地下水的矿化度矿化度的概念：矿化度的概念： 存在于地下水中各种离子、分子与化合物的总含量，称为地下水存在于地下水中各种离子、分子与化合物的总含量，称为地下水的矿化度，的矿化度，g/Lg/L。其中包括所有呈溶解状态及胶体状态的成分，但不包。其中包括所有呈溶解状态及胶体状态的成分，但不包括游离状态的气体成分。矿化度表示括游离状态

27、的气体成分。矿化度表示(biosh)(biosh)地下水中含盐量的多少地下水中含盐量的多少，即地下水的矿化程度。，即地下水的矿化程度。矿化度的表征方法：矿化度的表征方法： 习惯上以习惯上以105105110110时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征；时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征； 将分析所得的水中阴阳离子含量相加，求得理论上干涸残物值。将分析所得的水中阴阳离子含量相加，求得理论上干涸残物值。由于在蒸干时，有将近一半的由于在蒸干时，有将近一半的HCO3-HCO3-分解生成分解生成CO2CO2和和H2OH2O而逸失，因此阴而逸失，因此阴阳离子相加时，阳离子相加时， HCO3- HCO3-只

28、取重量的一半。只取重量的一半。 第27页/共59页第二十七页，共59页。 按照矿化度可将地下水分为按照矿化度可将地下水分为(fn wi)(fn wi)淡水、微咸水、咸淡水、微咸水、咸水、盐水及卤水五类，见下表。水、盐水及卤水五类，见下表。地下水按矿化度的分类地下水按矿化度的分类地下水类别地下水类别矿化度矿化度(g/L)(g/L)淡淡 水水15050第28页/共59页第二十八页，共59页。矿化度的变化矿化度的变化高高中中低低主要离子主要离子成分变化成分变化阴离子阴离子ClCl- -SOSO4 42-2-HCOHCO3 3- -阳离子阳离子NaNa+ +NaNa+ +或或CaCa2+2+CaCa2

29、+2+、MgMg2+2+矿化度变化与离子矿化度变化与离子(lz)(lz)成分之间的对应关系成分之间的对应关系 地下水的矿化度变化与其离子成分之间的对应地下水的矿化度变化与其离子成分之间的对应(duyng)(duyng)关系。关系。 矿化度与离子成分具有对应矿化度与离子成分具有对应(duyng)(duyng)关系的一个主要原因是水关系的一个主要原因是水中盐类的溶解度不同中盐类的溶解度不同( (表表6-1)6-1)。第29页/共59页第二十九页，共59页。盐类盐类溶解度溶解度(0(0，g/L)g/L)NaClNaCl350350KClKCl290290MgClMgCl2 2558.1(18558.

30、1(18）CaClCaCl2 2739.1(18)739.1(18)NaNa2 2SOSO4 45050MgSOMgSO4 4270270CaSOCaSO4 41.91.9NaNa2 2COCO3 3193.9(18)193.9(18)MgCOMgCO3 30.10.1表表6-1 6-1 地下水中常见地下水中常见(chn jin)(chn jin)盐盐类的溶解度类的溶解度 总的说来，氯盐的溶解度最大，总的说来，氯盐的溶解度最大，硫酸盐的溶解度次之，碳酸盐的溶解硫酸盐的溶解度次之，碳酸盐的溶解度最小；钙的硫酸盐，特别是钙、镁度最小；钙的硫酸盐，特别是钙、镁的碳酸盐的溶解度最小。的碳酸盐的溶解度最

31、小。 随着矿化度的增加，钙镁的碳酸随着矿化度的增加，钙镁的碳酸盐首先达到饱和析出，继续盐首先达到饱和析出，继续(jx)(jx)增增大时，钙的硫酸盐也饱和析出，因此大时，钙的硫酸盐也饱和析出，因此，高矿化水中便以易溶的氯和钠占优，高矿化水中便以易溶的氯和钠占优势了，由于氯化钙的溶解度更大，因势了，由于氯化钙的溶解度更大，因此在矿化度异常高的地下水中以氯和此在矿化度异常高的地下水中以氯和钙为主。钙为主。第30页/共59页第三十页，共59页。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用 地下水主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入地下水

32、主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入含水层之前含水层之前(zhqin)(zhqin)已经含有某些物质：已经含有某些物质： 靠近海岸处的大气降水中，靠近海岸处的大气降水中，Na+Na+、Cl-Cl-含量较高；含量较高； 内陆的大气降水中，一般以内陆的大气降水中，一般以Ca2+Ca2+与与HCO3-HCO3-为主，初降雨水或干为主，初降雨水或干旱区雨水中杂质较多，而雨季后期与湿润地区的雨水杂质较少。旱区雨水中杂质较多，而雨季后期与湿润地区的雨水杂质较少。 大气降水的矿化度一般为大气降水的矿化度一般为0.02-0.05g/L0.02-0.05g/L，海边和干旱地区较，海边和干旱地区较高，分

33、别可达高，分别可达0.1g/L0.1g/L，及，及n n0.1g/L0.1g/L。第31页/共59页第三十一页，共59页。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用第32页/共59页第三十二页，共59页。岩土成分岩土成分 化学组分的可溶性化学组分的可溶性(溶解度、溶解速度溶解度、溶解速度)：盐分溶解度的差异导致易溶的：盐分溶解度的差异导致易溶的先进入先进入(jnr)地下水中，而难溶的后进入地下水中，而难溶的后进入(jnr)地下水中。地下水中。岩土的空隙特征岩土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基岩，地下水难以与矿物类接触，溶滤作用便无从发生缺乏

34、裂隙的致密基岩，地下水难以与矿物类接触，溶滤作用便无从发生。水的溶解能力水的溶解能力 水中已溶组分的多少水中已溶组分的多少随着盐分在水中的含量增高，溶解能力降低；随着盐分在水中的含量增高，溶解能力降低； 水中某些气体组分水中某些气体组分O2增加硫化物的氧化；增加硫化物的氧化；CO2增加碳酸盐和硅酸盐增加碳酸盐和硅酸盐类的溶解能力。类的溶解能力。影响影响(yngxing)(yngxing)因素因素第33页/共59页第三十三页，共59页。第34页/共59页第三十四页，共59页。特点特点 时间上的阶段性时间上的阶段性 溶滤作用溶滤作用(zuyng)(zuyng)很强烈，长期作用很强烈，长期作用(zu

35、yng)(zuyng)下去，地下下去，地下水以低水以低TDSTDS的难溶离子为主，即的难溶离子为主，即HCO3-CaMgHCO3-CaMg水，这是由溶滤作用水，这是由溶滤作用(zuyng)(zuyng)的阶段性决定的的阶段性决定的: : 地下水是不断运动的，溶解的组分会被带走。开始地下水是不断运动的，溶解的组分会被带走。开始ClCl盐最易盐最易溶于水溶于水随水带走；随后，随水带走；随后，SO42-SO42-盐被溶入水中盐被溶入水中随水带走随水带走；最后，只剩下较难溶的碳酸盐类和硅酸盐了。；最后，只剩下较难溶的碳酸盐类和硅酸盐了。 因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的因此，一个地区

36、经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的TDSTDS愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。第35页/共59页第三十五页，共59页。空间上的差异性空间上的差异性 气候愈是潮湿多雨，地质构造气候愈是潮湿多雨，地质构造(guzo)(guzo)的开启性愈好，岩层的开启性愈好，岩层的导水能力愈强，地形切割愈强烈，地下水径流与水交替愈迅速的导水能力愈强，地形切割愈强烈，地下水径流与水交替愈迅速，岩层经受的溶率愈充分，岩层中可保留的易溶盐类便愈贫乏，岩层经受的溶率愈充分，岩层中可保留的易溶盐类便愈贫乏，地下水的矿化度愈低，难溶离子的相对含量也就越高。地下水的矿化度愈低，难溶离子的相

37、对含量也就越高。 因此，溶滤作用是从地质历史发展的眼光来理解因此，溶滤作用是从地质历史发展的眼光来理解它是地它是地质历史长期作用的结果。质历史长期作用的结果。第36页/共59页第三十六页，共59页。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用浓缩作用浓缩作用 定义定义 地下水在蒸发作用下，水分不断失去，盐分相对浓地下水在蒸发作用下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程，结果集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程，结果形成高形成高TDSTDS，易溶离子为主的地下水，易溶离子为主的地下水(Cl-(Cl-、Na

38、+Na+为主为主) )。形成条件形成条件 干旱半干旱的气候；低平地势控制较浅的地下水埋干旱半干旱的气候；低平地势控制较浅的地下水埋深，有利于毛细作用的颗粒细小的松散深，有利于毛细作用的颗粒细小的松散(sngsn)(sngsn)岩土；岩土；地下水系统的势汇地下水系统的势汇排泄区。排泄区。第37页/共59页第三十七页，共59页。脱碳酸作用脱碳酸作用 温度升高或压力降低温度升高或压力降低(jingd)(jingd)时时CO2CO2溶解度降低溶解度降低(jingd)(jingd)，游离的，游离的CO2CO2从水中逸出，这就是脱碳酸作用。脱碳酸作用的结果，地下水中从水中逸出，这就是脱碳酸作用。脱碳酸作用

39、的结果，地下水中HCO3-HCO3-及及Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+减少，减少，TDSTDS降低降低(jingd)(jingd)： Ca2+2HC03-CO2+H20+CaCO3 Ca2+2HC03-CO2+H20+CaCO3 Mg2+2HC03-CO2+H20+MgCO3 Mg2+2HC03-CO2+H20+MgCO3 例如，深部地下水上升成泉，泉口形成钙华，这是脱碳酸作用的结果；温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用，使例如，深部地下水上升成泉，泉口形成钙华，这是脱碳酸作用的结果；温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用，使HCO3-HCO3-、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+从水中析出

40、，结果地下水中的阳离子通常以从水中析出，结果地下水中的阳离子通常以Na+Na+为主。为主。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用第38页/共59页第三十八页，共59页。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用脱硫酸作用脱硫酸作用 在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使SO42-SO42-还原为还原为H2SH2S： SO42-+2C+2H20H2S+2HCO3- SO42-+2C+2H20H2S+2HCO3- 结果，结果，SO

41、42-SO42-降低，降低，HCO3-HCO3-升高，升高，pHpH值增高。值增高。 封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸的有利环封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸的有利环境。因此，某些油田境。因此，某些油田(yutin)(yutin)中出现中出现H2SH2S，而，而SO42-SO42-含量很含量很低。这一特征可作为寻找油田低。这一特征可作为寻找油田(yutin)(yutin)的辅助标志。的辅助标志。第39页/共59页第三十九页，共59页。阳离子的交替吸附作用阳离子的交替吸附作用 表面带负电荷的岩土颗粒吸附地下水中某些阳离子，而将其表面带负电荷的岩土颗粒吸附地下水中某些阳离子，而将其

42、原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是(bin sh)(bin sh)阳离子的交替吸附作用。阳离子的交替吸附作用。 不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能力，自大而小顺序为：力，自大而小顺序为： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用第40页/共59页第四十页，共59页。 离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则吸

43、附能离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则吸附能力愈大。力愈大。H+H+则是例外。则是例外。 地下水中某种离子的相对浓度增大地下水中某种离子的相对浓度增大(zn d)(zn d)，则该种离子，则该种离子的交换吸附能力也随之增大的交换吸附能力也随之增大(zn d)(zn d)。 显然，阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力；显然，阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力；而岩土的吸附能力取决于岩土的比表面积：颗粒愈细，比表面积而岩土的吸附能力取决于岩土的比表面积：颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。第41页/共59页第四十一页，

44、共59页。混合作用混合作用 成分不同的两种地下水混合后，形成化学成分与原来成分不同的两种地下水混合后，形成化学成分与原来(yunli)(yunli)两者都不同的地下水，这变是混合作用。两者都不同的地下水，这变是混合作用。 混合作用的结果，可能发生化学反应而形成化学类型完混合作用的结果，可能发生化学反应而形成化学类型完全不同的地下水，也可能不产生明显的化学反应。全不同的地下水，也可能不产生明显的化学反应。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)(xngchng)作用作用第42页/共59页第四十二页，共59页。6.4 6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形

45、成(xngchng)(xngchng)作用作用人类活动人类活动 近年来，随着社会生产力与人口的增长，人类活动对地下水近年来，随着社会生产力与人口的增长，人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大：化学成分的影响愈来愈大： 一方面，人类活动产生的大量一方面，人类活动产生的大量(dling)(dling)废弃物进入地下水废弃物进入地下水而导致地下水污染；而导致地下水污染； 另一方面，人为作用大规模地改变了地下水的补给、径流、另一方面，人为作用大规模地改变了地下水的补给、径流、排泄条件和时空分布，从而使地下水的成分发生变化。排泄条件和时空分布，从而使地下水的成分发生变化。 人类干预地下水的能力日益增强人

46、类干预地下水的能力日益增强! !第43页/共59页第四十三页，共59页。6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地下水化学成分的分析方法 地下水化学成分的分析是研究地下水化学成分的分析是研究(ynji)(ynji)的基础。工作目的与要求不同，分析的基础。工作目的与要求不同，分析项目与精度也不相同。项目与精度也不相同。 简分析简分析 简分析用于了解区域地下水化学成分的概貌，这种分析可在野外利用专门的水简分析用于了解区域地下水化学成分的概貌，这种分析可在野外利用专门的水质分析箱就地进行。质分析箱就地进行。 简分析项目少，精度要求低，简便快速，成本不高，技术上容易掌握。简分析项目少，精度要求低，简便

47、快速，成本不高，技术上容易掌握。第44页/共59页第四十四页，共59页。 分析项目：分析项目： 物理性质物理性质温度、颜色、透明度、嗅味、味道等。温度、颜色、透明度、嗅味、味道等。 定量分析项目定量分析项目HCO3-HCO3-、SO42-SO42-、Cl-Cl-、Ca2+Ca2+、总硬度、总硬度、pHpH值。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。值。通过计算可求得水中各主要离子含量及总矿化度。 定性分析项目定性分析项目不固定，较经常不固定，较经常(jngchng)(jngchng)的有的有NO3-NO3-、NO2-NO2-、NH4+NH4+、Fe2+Fe2+、Fe3+Fe3+、H2SH2

48、S、耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水质是否适宜饮用。、耗氧量等。分析这些项目是为了初步了解水质是否适宜饮用。第45页/共59页第四十五页，共59页。全分析全分析 全分析项目较多，要求精度高。全分析项目较多，要求精度高。 通常在简分析的基础上选择通常在简分析的基础上选择(xunz)(xunz)有代表性的水样进行，以比较全面地了解地下水化学成分，并对简分析结果进行检核。有代表性的水样进行，以比较全面地了解地下水化学成分，并对简分析结果进行检核。 全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析以下各项：全分析并非分析水中的全部成分，一般定量分析以下各项： HCO3- HCO3-、SO42-SO42

49、-、Cl-Cl-、Ca2+Ca2+、NO3-NO3-、NO2-NO2-、NH4+NH4+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、K+K+、Na+Na+、NH4+NH4+、Fe2+Fe2+、Fe3+Fe3+、H2SH2S、CO2CO2、耗氧量、耗氧量、pHpH值及干涸残余物体。值及干涸残余物体。6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地下水化学成分的分析方法第46页/共59页第四十六页，共59页。注意事项注意事项 在进行地下水的化学成分的同时，必须进行对有关的地表水体取样分析。因为，地表水体可能是地下水的补给来源，或者排泄去路。在进行地下水的化学成分的同时，必须进行对有关的地表水体取样分析。因为，

50、地表水体可能是地下水的补给来源，或者排泄去路。 对于作为地下水主要补给来源的大气降水对于作为地下水主要补给来源的大气降水(jingshu)(jingshu)的化学成分，也要注意。在某些情况下，不考虑大气降水的化学成分，也要注意。在某些情况下，不考虑大气降水(jingshu)(jingshu)的成分，就不能正确地阐明地下水化学成分的形成。的成分，就不能正确地阐明地下水化学成分的形成。6.5 6.5 地下水化学成分的分析方法地下水化学成分的分析方法第47页/共59页第四十七页，共59页。氯离子等值线图6.6 6.6 地下水化学分析结果地下水化学分析结果(ji gu)(ji gu)的表示方的表示方法

51、法第48页/共59页第四十八页，共59页。ab条形图第49页/共59页第四十九页，共59页。圆形图第50页/共59页第五十页，共59页。雷达(lid)图第51页/共59页第五十一页，共59页。板式(bnsh)图第52页/共59页第五十二页，共59页。散点图第53页/共59页第五十三页，共59页。100806040200Ca020406080100Na+K020406080100Mg020406080100Cl100806040200SO4100806040200HCO3+CO38060402020406080Carbonate (CO3) + Bicarbonate (HCO3)Calcium

52、 (Ca) + Magnesium (Mg)Sulfate (SO4) + Chloride (Cl)Sodium (Na) + Potassium (K)三线图或piper图第54页/共59页第五十四页，共59页。6.7 6.7 本章本章(bn (bn zhn)zhn)小结小结学习要求学习要求 了解地下水的物理性质；了解地下水的物理性质； 理解地下水的化学理解地下水的化学(huxu)(huxu)特征；特征； 掌握地下水化学掌握地下水化学(huxu)(huxu)成分的形成作用；成分的形成作用； 了解地下水化学了解地下水化学(huxu)(huxu)成分的分析方法。成分的分析方法。第55页/共59

53、页第五十五页，共59页。习题习题(1)(1)请对比以下概念请对比以下概念 溶滤作用、浓缩作用、混合作用；溶滤作用、浓缩作用、混合作用； 地下水溶液的酸碱度、硬度和矿化度。地下水溶液的酸碱度、硬度和矿化度。 (2)(2)请对以下陈述作出辨析：请对以下陈述作出辨析： 地下水中的氧气和二氧化碳主要来源于补给地下水的降雨；地下水中的氧气和二氧化碳主要来源于补给地下水的降雨； 通常深部地下水处于还原环境通常深部地下水处于还原环境(hunjng)(hunjng)，而浅部地下水由于氧气较为丰富，处于氧化环境，而浅部地下水由于氧气较为丰富，处于氧化环境(hunjng)(hunjng)；6.7 6.7 本章本章

54、(bn (bn zhn)zhn)小结小结第56页/共59页第五十六页，共59页。 当含有当含有NaClNaCl和和MgSO4MgSO4的地下水发生浓缩作用时，的地下水发生浓缩作用时，NaClNaCl首先析出；首先析出； 在我国的干旱和半干旱地区，由于农业不合理的大水漫导致土地次在我国的干旱和半干旱地区，由于农业不合理的大水漫导致土地次生盐碱化，这是溶滤作用的结果生盐碱化，这是溶滤作用的结果(ji gu)(ji gu)。(3)(3)溶解了大量溶解了大量CO2CO2的地下水在温度的地下水在温度 或压强或压强 时将发生时将发生脱碳酸作用。脱碳酸作用。(4)(4)由深循环地下水补给的、温度较高的泉水中

55、，阳离子通常以由深循环地下水补给的、温度较高的泉水中，阳离子通常以Na+Na+为主为主，这是由于，这是由于( )( )的结果的结果(ji gu)(ji gu)。a.a.溶滤作用；溶滤作用；b.b.脱硫酸作用；脱硫酸作用；c.c.浓缩作用；浓缩作用；d.d.脱碳酸作用脱碳酸作用 第57页/共59页第五十七页，共59页。(5)(5)在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向，在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向，SO42-SO42-浓度显著下降，浓度显著下降，HCO3-HCO3-浓度则显著升高，试回答以下问题：浓度则显著升高，试回答以下问题：(A)(A)什么样的化学作用可能引起这种变化？什么样的

56、化学作用可能引起这种变化？(B)(B)与此相对应，地下水中其它水化学组分可能发生与此相对应，地下水中其它水化学组分可能发生(fshng)(fshng)哪些变化？哪些变化？(6)(6)试用掌握的地下水化学知识解释以下现象：试用掌握的地下水化学知识解释以下现象：(A)(A)油田储层地下水中油田储层地下水中H2SH2S，NH4+NH4+浓度较高，而浓度较高，而SO42-SO42-，NO3-NO3-含量很低；含量很低；(B)(B)灰岩地区的泉口出现钙华。灰岩地区的泉口出现钙华。(7)(7)阐明影响溶滤作用的影响因素和产生浓缩作用的条件。阐明影响溶滤作用的影响因素和产生浓缩作用的条件。第58页/共59页第五十八页，共59页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第59页/共59页第五十九页，共59页。