地下水的物理性质和化学成分资料

强
福岛第一核电站运营商东京电力公司发言人松茂直
之3月31日说，东电3月30日11时10分从1号反应堆地下 15米处采集地下水样本。
检测结果显示，每千克样本碘131放射性活度为430 贝克勒尔，超过政府规定安全水平1万倍。
3.2
地下水的化学成分
各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等 3.2.1 地下水中主要气体成分 主要的气体组分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、
离子浓度越高，温度越高，导电性越强
根据地下水的导电性，可以区分含水层和隔水层、 矿水和淡水，也可以根据导电性圈定富水地带，寻找 断裂破碎带 （8）放射性
取决于其中放射性物质的含量
地下水按放射性元素的含量（g/L）分为强放射性 水，中等放射性水和弱放射性水
以镭为例
弱 10-10g/L
中等 ＞10-9g/L
温度每升高1℃所需增加的深度（m）称为【地热增温 级】（m/℃） 一般地区为：33m/℃ 近代火山活动地区为：1m/℃；如西藏羊八井达到0.3m/℃ 前寒武纪地区为：100m/℃
（2）颜色
由于含有某种离子较多，或者富集悬浮物质 和胶体物质 取决于水中溶解的盐类和有机质 二氧化碳——清凉可口 重碳酸钙——味美可口 氯化钠——咸味 硫酸钠——涩味
CH3COOH 8NO3 6H2O 10CO2 4N2 8OH 能量

5S 6KNO3 2H2O 3N2 K2 SO4 4KHSO4
2)氮（N2） ②分布特征 A）由于N2的化学性质不及氧活泼，它的分布随深度的减 少，不及O2明显 B）大气中的惰性气体（Ar/氩、Kr/氪、Xe/氙xiān）与N2 的比例恒定，即：（Ar+Kr+Xe）/N2=0.0118。 比值等于此数，说明N2是大气起价化合物而从中沉 淀； 反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而易于在 水中迁移

不同地区的地温梯度变化于：
0.6～10℃/100m之间。
地下水的温度对地下水的化学成分有很
大影响。水温增高，化学反应速度和溶解度
也增高。
过冷水
＜0℃
如：水温增高10℃时，冷 水
0～20℃
水分子的扩散速度约
低温热水
20～ 40℃
增加20％，化学反应 热 水 中温热水
40～ 60℃
速度增加2～3倍。
中高温热水
第一节 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、 嗅、味、相对密度、导电性及放射性等。
它在一定程度上反映了地下水的化学成分及 其存在的环境条件。
一、地下水的温度 二、地下水的颜色 三、地下水的透明度 四、地下水的嗅（气味） 五、地下水的味（味道） 六、地下水的比重
一、地下水的温度 水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年
无 有少量 有较多， 半透明状
有大量，似乳状
60cm水深 ＞30cm水深
＜30cm水深 水深很小 也看不见
四、地下水的嗅（气味）
地下水的气味取决于水中所含的气体成分和有
机物质。一般地下水是无嗅的。
“气味”的强弱 与温度有关，
含气体 或有机质
鉴别气味时，
一般将水加热 至40℃时，
H2S 含低铁Fe2+
的风化溶滤。此外：废水、污水的渗入，动物排泄物 和动物尸体腐烂是Cl- 的有机来源之一。
一般在居民点、工业区及其附近，地下水中Cl-含
放射性取决于其中放射性物质的含量，地下 水不同程度上或多或少地都具有放射性，但其 含量一般极微，循环于放射性矿床的地下水
其放射性相应增强。
第二节 地下水的化学成分
一、地下水的化学成分（有60多种） （一）地下水中的主要离子成分 （二）地下水中的主要气体成分 （三）地下水中的胶体成分 （四）地下水中的有机质及细菌成分

（2）颜色。纯水是无色 的，而地下水的颜色取决于水 中的化学成分及悬浮物。
1.1地下水的物理性质
（4）嗅味。纯水无嗅、无味 ，但当水中含有某些气体或有机质 时就会有某种气味。例如，水中含 H2S时有臭鸡蛋味，含腐殖质时有 霉味，等等。
（5）口味。地下水的味道主 要取决于水中的化学成分。
（6）比重。地下水的比重取 决于所含各种成分的含量。纯水比 重为1，但当水中溶解的各种成分 较多时可达1.2～1.3。
（1）主要离子成分。地下水中的阳离子 主 要 有 H+ 、 Na+ 、 K+ 、 NH4+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe3+ 和 Fe2+ 等 ， 阴 离 子 主 要 有 OH- 、 Cl- 、 SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、CO32-、SiO32和PO43-等。一般情况下，在地下水化学成分 中占主要地位的是Na+、 K+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Cl- 、 SO42-和HCO3-离子。它们是人们评价地 下水化学成分的主要项目。
1.2地下水的化学成分
（2）主要分子成分。地下水中的主要 分 子 成 分 有 Fe （ OH ） 3 、 Al （ OH ） 3 和 H2SiO3等。
（3）主要气体成分。地下水中常见的 气体有N2、O2、CO2、H2S。一般情况下， 地下水的气体含量每升只有几毫克到几十毫 克。
工程地质
工程地质
1.1地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温 度、颜色、透明度、嗅味、口 味、比重、导电性及放射性等。
（3）透明度。纯水是透明 的，但当水中含有矿物质、机械 混合物、有机质及胶体物质时， 水的透明度就会改变，所含各种 成分越多，透明度越差。

Ca OH2 +2H+ Ca 2+ +2H2O 碳酸性侵蚀： 由于CaCO3在侵蚀性CO2作用下溶解使砼遭受破坏
CaCO3 H2O CO2 CaHCO3 2 Ca 2 2HCO3
Ca OH 2 +CO2 CaCO3 +2H 2O
②结晶性侵蚀：
②分解类腐蚀
③结晶分解复合类腐蚀
当 地 下 水 中 NH4- ， NO3- ， Cl- 和 由 于 地 下 水 中 含 有 超 量 Mg2+ 离子的含量超过一定数量时， CO2 时混凝土中的 CaCO3 被 与混凝土中的 Ca(OH) 发生反应， 2 溶解而受腐蚀，即为分解 Ca(OH) 与镁盐作用的生成物中， 2 类腐蚀。地下水的酸度过 除 Mg(OH) 不易溶解外， CaCl 则 2 2 大，即pH值小于某一数值， 易溶于水并随之流失 。硬石膏 那 么 混 凝 土 中 的 Ca(OH)2 CaSO 一方面与混凝土中的水化 4 也要分解，特别是当反应 铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一 生成物为易溶于水的氯化 方面，硬石膏遇水生成二水石膏。 物时，对混凝土的分解腐 二水石膏在结晶时体积膨胀，破 蚀很强烈。 坏混凝土的结构。
主要是硫酸盐侵蚀，是含有硫酸盐的水与砼发生反应，在砼的孔洞中形成石 膏和硫酸铝盐晶体；由于结晶膨胀作用使砼的强度降低以致破坏。
生成硫酸铝盐的反应式为： 3CaO.Al2O3.6H2O+3CaSO4 25H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 石膏是形成硫酸铝盐的中间产物。 ③结晶分解复合性侵蚀
第5章 地下水
内容提要

5.1概述
5.2地下水的类型及其主要特征


5.3地下水的性质

早期， 早期，Cl盐最易溶于水中→随水带走，岩土贫Cl盐继续作用，较易溶
后期溶滤作用—长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水 后期 去考察，去分析与研究问题！！
（二）浓缩作用
定义：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集 浓缩作用（过程）——理想的蒸发浓缩模式
水份失去过程→盐分相对浓集，化学成分的变化 （实际上与上述理想模式是不同的）
水中以哪种阴、阳离子为主？

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（一）溶滤作用——结果 结果
长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主 这是由溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中： 因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：
① 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是地质历史长期作用的结果 ② 地下水是不断运动的—溶解的组分会被带去（岩土组分变化） 前期溶滤作用—溶滤什么组分 溶滤什么组分， 前期溶滤作用 溶滤什么组分，水中获得相应组分
0.5L水 水
蒸发（2）
0.25L 1400mg/L
蒸发（3）
0.125L 2800mg/L

0.25L 水
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地下水化学特征具有分带性
由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响， 由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响， 地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。 地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。
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（二）主要离子成分
这与主要离子构成的盐类溶解度有关：
硫酸盐类 < 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 矿化度(g/L) : 低(<1) 阴 阳 离 离 子: 子: HCO-3 Ca2+ 中(1-10) 高(10-30) SO2-4 Ca2+,Mg2+ ClNa+,K+

饮用水水质评价 工业用水水质评价 农业用水水质评价 工程建设项目用水水质评价
§2 地下水的物理性质
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气味、比 重、放射性、导电性。它在一定程度上反映了地下水的化学成分及其 存在的环境条件。
一、地下水的温度
水温变化范围-5℃以下－100℃以上。在寒带和多年积雪地带，浅层的 地下水温可低达-5℃以下；在温带和亚热带的平原、丘陵区浅层地下水的年 平均温度一般接近于当地年平均气温；在火山活动地区及地壳深处，地下水的 温度很高，可超过100℃。如我国广东丰良地区在地下800m深处，打出了 103.5℃的热水。
③增温带：
❖ 常温带以下,地温受地球内热影响，随深度加大而有规律地升高—— 增温带。 深度每增加100m温度增加的值称地热增温率（地温梯度， 单位：℃/100m），温度每增加一度深度增加的值称地热增温级。 各地增温级不同， 华北：33-43m；北方山区：50m；古老结晶岩区：1000m； 近火山区：1m；一般山区：33m，由于变化不大，故地下水“冬 暖夏凉”。
地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制：
❖ 变温带中浅埋地下水显示微小的水温季节变化。 ❖ 常温带地下水温与当地年平均气温很接近。(地温年变化幅度小于
0.1℃) ❖ 增温带地下水随其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水甚至蒸汽。 ❖ 利用年平均气温t、年常温带深度h、地温梯度r，可计算某一深度H的
❖ 如地下水中含有重碳酸钙、重碳酸镁及碳酸时，水味便爽快、适口， 人们称这种水为“甜水”
❖ 如含氯化物会使水发咸味 ❖ 含硫酸钠、硫酸镁使水变苦，而且常引起饮用者呕吐、腹痛和腹泻
❖ 含盐分过多时水味发涩
❖ H2S与碳酸气同时存在有酸味，有机质有甜味，但不适饮用。

地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强， 甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子 例如，海水入侵大陆时可以发生如下反应 (3)岩土本身吸附能力的大小 主要取决于其比表面积，比表面积越大，则岩土本身 吸附能力越大，交替吸附能力越强；反之，交替吸附能 力越弱
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
4.1 地下水的物理性质
地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据 地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
本章完
地下水在运动过程中的各种作用
• 离子交换与吸附作用 指岩土颗粒表面因静电作用而吸附的阳离子在一定条 件下部分转入水中，而书中的某些阳离子转入吸附到岩 土颗粒表面的过程 影响因素： (1)阳离子本身吸附能力的大小 水中吸附能力大小的阳离子可以交替岩土颗粒表面吸 附能力小的阳离子。阳离子吸附能力由大到小的顺序：
地下水中常见的化学成分
(2) 硫化氢(H2S) 处于还原环境，一般存在于封闭地质构造的地下水中，特 别是油田水中(SO42-将被微生物还原成H2S) (3)甲烷(CH4) 一般存在于封闭地质构造的地下水中，特别是油田水中 (4)二氧化碳(CO2) 地下水中的二氧化碳主要有两个来源： 一种由有机物的氧化(植物的呼吸作用及有机质残骸的发 酵作用)形成。这种作用发生于大气、土壤及地表水中，生成 后随同水一起入渗补给地下水，浅部地下水中的主要是这种 成因的 ；另一种是深部变质造成的。含碳酸盐类的岩石，在 深部高温影响下，分解生成CO2，即：

3.地下水的化学成分
– 溶解气体意义： • 气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境 – O2、N2：主要来源于大气；指示地下水是大气起源， 若只有N2说明地下水起源于大气且处于还原环境 – CH4、H2S：来源于封闭还原环境下微生物参与的生 • 会物增化加学地作下用水；溶指解示某还些原矿环物境组分的能力 - CO2主要来自与土壤中有机质残骸的发酵作用与植 物的呼吸作用，可增加水对碳酸盐岩等的溶解能力
地下水的物理性质和化学特征
目录
1 概述
目录 CONTEN
TS
2 地下水的物理性质 3 地下水的化学成分
3 地下水的化学成性质
1.概述
• 地下水含有各种组分具有一定的物理性质和化学组特征。 • 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。
• 中等矿化的地下水中，阴离子常以
SO4２-为主，阳离子则以Na+或
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3.地下水的化学成分
离子成分
阴离子：Cl-、SO2-4、HCO-3 阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+
来源于相应矿物、岩石的溶解风化
3.地下水的化学成分
其他成分
• H+、Fe2+、F3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2、NO3、 CO32-、SiO3-及PO43-等。
• 微量组分，有Br、I、F、B、Sr等。 • 胶体Fe（OH）3、Al（OH）3、H2SiO3等。 • 有机质：经常以胶体的方式存在于地下水中。有机质
• 意义：水质评价，水化学找矿；地震预报等

五、地下水中的其它成分
1.次要离子：H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH－、NO2－、NO3－、 CO32－、 SiO3－、PO43－等。
2.微量组分：Br、I、F、B、Sr 、Ba等。其作用：
1）说明地下水的形成环境；
2）对人体健康有明显影响。
3.未离解的化合物构成的胶体：如Fe(OH)3、A1(OH)3、H2SiO3等。
3.二氧化碳（CO2）
1）来源：
a.主要来源于土壤。有机质残骸的发酵作用与植物的呼吸作用使土壤不 断产生CO2，并溶入流经土壤的地下水中。
b.深部变质来源。含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可以变质生成 CO2。
在少数情况下，地下水中可能富含CO2 甚至高达1g/L 以上。
c.少量来源于降水和地表水，但含量通常较 低。
d.人为来源。
2）作用：地下水中含CO2 愈多，其溶解碳酸盐岩与对结晶岩进行风化 作用的能力便愈强。
四、地下水中主要离子成分
1.总体特征
1）主要离子成分：氯离子（C1－）、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根 离子（HCO3－）、钠离子（Na+）、钾离子（K+）、钙离子（Ca2+） 及镁离子（Mg2+）。
3.地下水化学成分对于用于各种地下水利用的目的，水质评价都具有决定性 意义。
4.地下水化学成分的确定，有助于查明地下水有关物质的迁移、分散规律， 对寻找矿产资源，确定矿床或污染源位置具有重要意义。
三、地下水化学成分研究理论及特征
1. 理论基础：水文地质学的分支——水文地球化学，研 究地下水中化学元素迁移、集聚与分散的规律，地下水 水质演变的学科。
地壳中钾的含量与钠相近，钾盐的溶解度也相当大。但是，在地下水中 K+的含量要比Na+少得多。原因： a.K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物(水云母、蒙脱石、绢云母)； b.易为植物所摄取。

3.２.2地下水化学成分的性质 3.2.2.1总含盐量与总溶解固体
TDS是反映地下水化学成分的主要指标，一般情 况下地下水随着TDS的变化，主要离子的种类也 相应地改变
TDS含量低的淡水常以HCO3-为其主要成分 TDS 含量中等的盐质水常以SO42-为其主要成分 TDS 含量高的盐水和卤水则常常是以以Cl-为其主 要成分
3.1地下水的物理性质 3.1.1.1 地壳的温度带
常温带以下的地温，主要受地球内部热力影响， 随着深度的增加而有规律地升高，称为增温带。 温度每增加l℃所需要的深度(m)称为地热增温级， 一般平均每33m升高1℃(用33m/ ℃表示) 由于岩石的导热性、地壳运动和水文地质条件的 不同，各地的地热增温级有很大差异
3.1地下水的物理性质
3.1.1.2地下水的温度
地下水的温度一般和它所在地区的地温状况是相 适应的 1)变温带地下水的水温 整个变温带的地下水温度有年变化，变温带上部 (地表以下1~3m)的地下水温度还有昼夜变化
不论是地下水温度的年变化还是昼夜变化都较气 温变化幅度为小，而且落后于气温的变化时间
3.1.6 地下水的导电性
地下水导电能力的大小取决于水中所含电解质的 数量与性质（各种离子的含量与离子价）。离子 含量越多，离子价越高．则水的导电性越强。
3.1.７ 地下水的放射性
地下水的放射性的强弱决定于其中所含放射性元 素的数量。 一般地下水的放射性极微弱，在与放射性矿床有 关时，放射性含量相应增强。
3 地下水的物理性质与化学成分 3.1地下水的物理性质 地下水的物理性质一般指：温度、颜色、 透明度、嗅、味、比重、导电性、放射性等 3.1.1温度 地下水的温度变化主要是受气温和地温的 影响，尤其是地温。 原因：地下水存在于地壳中，且停留时间长 3.1.1.1地壳的温度带 地壳按热力状态从上而下分为变温带、年常温 带、增温带