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地下水化学成分的形成作用地下水是指在土壤和岩石间的孔隙中流动的水，其成分受到地质结构、气候、植被、土壤类型等多种因素的影响。
地下水化学成分的形成与这些因素密切相关，下面我们来分析一下它们的作用。
首先，地质结构是地下水化学成分形成的重要因素之一。
不同岩石和土壤中，含有的矿物质种类和含量不同，这些矿物质的溶解度、离子交换能力、化学反应速率等都会影响地下水的化学成分。
例如，含有大量硬度物质的石灰岩地区，地下水中的钙和镁离子浓度较高；而含有大量盐类的沙漠地区，地下水中的钠和氯离子浓度较高。
其次，气候也是影响地下水化学成分的重要因素之一。
气候的干湿、寒暖和降水量等都会影响地下水循环和水文化学过程。
例如，在干燥的气候条件下，地下水很容易蒸发，导致水中溶解的盐类浓度增加；而在多雨的气候条件下，地下水循环强，能更快地从地表流入地下水，从而形成的地下水高度不同，然后散布着不同的化学成分。
第三，植被的类型和密度也会影响地下水的化学成分。
根据植被的不同类型，将直接或间接地吸收更多或更少的水分，降低或增加水中化学成分的浓度。
例如，草原植被可增加碳酸盐的含量，从而影响地下水的PH值；而森林植被能够起到过滤作用，防止有害物质进入到地下水中。
最后，土壤类型也对地下水化学成分的形成起到了重要影响。
土壤的特性决定其在水文学上的特殊能力，从而影响地下水化学成分的多样性。
在不同的土壤中，溶质交换作用不同，而水的化学成分主要是由此生成的。
例如，酸性土壤中的铝和铁离子容易流入地下水中，增加水的a值，改变水的化学组分。
综上所述，地下水化学成分是由地质结构、气候、植被和土壤类型等多种因素共同影响下所形成的。
对此，我们应该注意环境保护，促进人与自然和谐共生，才能维护良好的地下水质量和可持续发展。
第六章地下水的化学成分及其形成作用第一节概述地下水是天然溶液。
地下水在参与自然界水循环过程中，与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分的交换（—水质状况）。
水是良好的溶剂，地下水在空隙中运移时，可以溶解岩石中的组分，使地下水的化学成分丰富多彩。
地下水的物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性与放射性地下水的化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等地下水的放射性、微生物成分等。
第二节地下水的化学特征一、地下水中常见的气体成分主要有氧（）、氮（）、二氧化碳（）、硫化氢（）、甲烷（），常见的气体成分与地下水所处环境，地下水的来源有关。
（1）氧（）、氮（）来源：在大气成分中、含量很高，随降水一起入渗进入地下含水层中。
反过来，如果地下水中富含与——也说明地下水是大气起源。
由于活跃，在地下水运动中易发生氧化作用而消耗，因此，大气起源的地下水中，也可能独立存在。
此外，氮还有生物起源与变质起源。
指示意义：含量高指示氧化环境；封闭环境下，氧被耗尽只剩下，则为大气起源封闭环境。
（2）硫化氢（）、甲烷（）来源：这两种气体，都是在封闭环境下生成的。
如是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成，还原环境下地下水中的→，在成煤过程中，在还原作用下产生，使煤田水富含。
同理，甲烷（）是成油和油气藏形成过程的结果，油田水富含甲烷（）。
指示意义：富含和的地下水，指示封闭的还原环境。
（3）二氧化碳（）大气降水中的含量较低，地下水中主要来源：①主要源于土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生②碳酸盐岩地层的脱碳酸作用③深部高温下，变质作用生成④人类活动，在使用化石燃料（煤、石油、天然气）时，大气中的增加作用：地下水中增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解的能力愈强！（4）地下水中气体成分特征小结：①气体成分——指示地下水所处的地球化学环境氧化环境还原环境②气体成分增加水对盐类的溶解能力→促进水—岩的化学反应（即相互作用）二、地下水中的主要离子成分（1）概述：地下水中组分很多，而分布广、含量多的主要有七种离子阴离子：，，阳离子：，，，离子成分含量与什么有关？①各种元素的丰度（克拉克值）—即某元素在地壳化学成分中的重量百分比②该元素组成的化合物在水中的溶解度在自然界，丰度较高的元素，如Si、Al、Fe，在水中含量很低；而某些丰度较低的，如Cl、S、C，在水中含量却很高。
第六章 地下水的化学成分及其形成作用6．1 概 述地下水不是化学纯的H 2O ，而是一种复杂的溶液。
天然：人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。
地下水的化学成分是地下水与环境、以及人类活动长期相互作用的产物。
一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。
水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。
水是地球中元素迁移富集的载体。
利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。
6．2 地下水的化学特征1．地下水中主要气体成分O 2 、N 2 、CO 2 、CH 4 、H 2S 等。
1）O 2 、N 2地下水中的O 2 、N 2主要来源于大气。
地下水中的O 2含量多→说明地下水处于氧化环境。
在较封闭的环境中O 2耗尽，只留下N 2，通常说明地下水起源于大气，并处于还原环境。
2）H 2S 、甲烷（CH 4）地下水中出现H 2S 、CH 4 ，其意义恰好与出现O 2相反，说明→处于还原的地球化学环境。
3）CO 2CO 2主要来源于土壤。
化石燃料（煤、石油、天然气）→CO 2（温室气体）→温室效应→全球变暖。
地下水中含CO 2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。
2．地下水中主要离子成分7大离子：Cl -、SO 42-、HCO 3-、Na +、K +、Ca 2+、Mg 2+。
低矿化水中（M<1 ~ 2g/L ）：HCO 3-、Ca 2+、Mg 2+为主（难溶物质为主）；发生化学反应岩石圈水圈交换化学成分中矿化水中（M=2 ~ 5g/L ）：SO 42-、Na +、Ca 2+为主； 高矿化水中（M>5g/L ）：Cl -、Na +为主（易溶物质为主）。
造成这种现象的主要原因是水中盐类溶解度的不同： １）Cl -主要出现在高矿化水中，可达几g/L ~ 100g/L 以上。
来源：① 来自沉积岩氯化物的溶解；② 来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ③ 来自海水；④ 来自火山喷发物的溶滤；⑤ 人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl -，因此居民点附近矿化度不高的地下水中，如Cl -含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。
第六章地下水的化学成分及其形成作用一、名词解释1．永久硬度：指水中钙离子和镁离子与氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子结合的硬度。
2．暂时硬度：指水中钙离子和镁离子与碳酸根离子和重碳酸根离子结合的硬度。
3．总硬度：水中所含钙离子和镁离子的总量。
4．混合作用：成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两者都不相同的地下水，这便是混合作用。
5．地温梯度：指每增加单位深度时地温的增值。
6．溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。
7．浓缩作用：由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在余下的地下水中，随着时间延续，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增大的作用。
8．脱碳酸作用：地下水中CO2的溶解度随温度升高或压力降低而减小，一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出，这便是脱碳酸作用。
9．脱硫酸作用：在还原环境中，当有有机质存在时，脱硫酸细菌能使硫酸根离子还原为硫化氢的作用。
10．阳离子交换吸附作用：一定条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用。
二、填空1．地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。
2．地下水中常见的气体成分有氧气、氮气、二氧化碳、甲烷及硫化氢等。
3．地下水中分布最广、含量较高的阴离子有氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子等。
4．地下水中分布最广、含量较高的阳离子有钠离子、钾离子、钙离子及镁离子等。
5．一般情况下，低矿化水中常以重碳酸离子、钙离子及镁离子为主；高矿化水则以氯离子及钠离子为主。
6．一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子则可以是钠离子，也可以是钙离子。
7．地下水化学成分的形成作用有溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。
8．据地下水化学成分的成因类型，可将地下水分为溶滤水、沉积水和内生水。
9．在低矿化水中，阴离子以重碳酸盐为主，阳离子以钙离子、镁离子为主。
第六章地下水的化学成分及其形成作用第一节概述地下水是天然溶液。
地下水在参与自然界水循环过程中，与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分的交换（—水质状况）。
水是良好的溶剂，地下水在空隙中运移时，可以溶解岩石中的组分，使地下水的化学成分丰富多彩。
地下水的物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性与放射性地下水的化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等地下水的放射性、微生物成分等。
第二节地下水的化学特征一、地下水中常见的气体成分主要有氧（）、氮（）、二氧化碳（）、硫化氢（）、甲烷（），常见的气体成分与地下水所处环境，地下水的来源有关。
（1）氧（）、氮（）来源：在大气成分中、含量很高，随降水一起入渗进入地下含水层中。
反过来，如果地下水中富含与——也说明地下水是大气起源。
由于活跃，在地下水运动中易发生氧化作用而消耗，因此，大气起源的地下水中，也可能独立存在。
此外，氮还有生物起源与变质起源。
指示意义：含量高指示氧化环境；封闭环境下，氧被耗尽只剩下，则为大气起源封闭环境。
（2）硫化氢（）、甲烷（）来源：这两种气体，都是在封闭环境下生成的。
如是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成，还原环境下地下水中的→，在成煤过程中，在还原作用下产生，使煤田水富含。
同理，甲烷（）是成油和油气藏形成过程的结果，油田水富含甲烷（）。
指示意义：富含和的地下水，指示封闭的还原环境。
（3）二氧化碳（）大气降水中的含量较低，地下水中主要来源：①主要源于土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生②碳酸盐岩地层的脱碳酸作用③深部高温下，变质作用生成④人类活动，在使用化石燃料（煤、石油、天然气）时，大气中的增加作用：地下水中增加，水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解的能力愈强！（4）地下水中气体成分特征小结：①气体成分——指示地下水所处的地球化学环境氧化环境还原环境②气体成分增加水对盐类的溶解能力→促进水—岩的化学反应（即相互作用）二、地下水中的主要离子成分（1）概述：地下水中组分很多，而分布广、含量多的主要有七种离子阴离子：，，阳离子：，，，离子成分含量与什么有关？①各种元素的丰度（克拉克值）—即某元素在地壳化学成分中的重量百分比②该元素组成的化合物在水中的溶解度在自然界，丰度较高的元素，如Si、Al、Fe，在水中含量很低；而某些丰度较低的，如Cl、S、C，在水中含量却很高。
这说明元素组成的化合物的溶解度起主要作用。
（2）主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量（TDS）关系常见地下水的化学成分特征，与地下水的矿化度（或TDS）具有以下关系矿化度：低→ 中→ 高阴离子：阳离子：我们可以得出主要离子构成的盐类溶解度的大小为：碳酸盐类 < 硫酸盐类 < 氯化物（氯盐）（3）主要离子成分的来源低矿化度水中的常见离子：，，常共同出现在低矿化度水中。
来源沉积盐岩的溶解、岩浆岩、变质岩等的风化溶解，如风化溶解反应式：沉积盐岩的溶解反应式：高矿化度水中的常见离子：，，常出现在高矿化度水中。
来源沉积盐岩（钠盐、钾盐）的溶解，以及岩浆岩、变质岩的风化溶解，有时也有海水海风影响。
变质岩的风化溶解反应式：中等矿化度水中的常见离子：，常出现在中等矿化度水中。
其中，来源于沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发，气体氧化、以及人类活动燃烧煤产生大量，大气中过高时，会出现降“酸雨”现象（如一些工业城市上空）。
（4）主要离子成分在地下含水系统（岩层）中的分布插图6-1，表示了水中主要阴离子沿流程的变化特点。
请思考？相应的阳离子和矿化度（TDS），沿流程如何变化？插图6-1 主要阴离子沿流程变化特点（图中+号表示含量多少）三、地下水中的其他成分次要离子：阳离子，如阴离子，如及等微量组分：有Br、I、F、B、Sr等化合物构成的胶体：主要有，及等，有时可占到相当比例。
有机质：经常以胶体方式存在于地下水中。
有机质的存在，常使地下水酸度增加，并有利于还原作用。
地下水中还存在各种微生物：如，硫细菌、铁细菌、脱硫酸细菌等；在污染水中，还有各种致病细菌。
第三节地下水的温度地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。
变温带：浅埋地下水显示微小的水温季节变化。
常温带：地下水水温与当地年平均气温很接近，这两带的地下水，常给人以“冬暖夏凉”的感觉。
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。
如西藏羊八井的钻孔，获得温度为160℃的热水与蒸汽，地下水水温的计算：已知年平均气温（t）、年常温带深度（h）、地温梯度（r）时，可概略计算某一深度（H）的地下水水温（T），即：地下水循环深度计算：利用地下水水温（T），可以推算其大致循环深度（H），即：地温梯度的平均值约为3℃／100m。
通常变化于1.5—4℃／l00m之间，但个别新火山活动区可以很高。
如西藏羊八井的地温梯度为300℃／100m。
第四节地下水化学成分的形成作用本节讨论的地下水化学成分的形成作用包括：溶滤作用——水与岩的相互作用，经常发生浓缩作用——蒸发排泄条件下发生脱碳酸作用——在温度与压力发生变化时发生脱硫酸作用——在还原环境下发生，→↑阴离子交替吸附作用——岩土表面吸附阳离子与水中阳离子的作用混合作用——2种或以上不同类型地下水交汇混合时发生人为活动的作用一、溶滤作用1、定义：在地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的过程，其结果是，岩土失去部分可溶物质，地下水中获得相应的化学组分，通常水的矿化度会增高。
如：（岩——水作用）离子2、影响因素（水和岩两个方面考虑）岩土的化学组分：通常流经什么样岩土，就会有什么样的水化学特征如：石灰岩地区常见水、花岗岩地区常见水组分的可溶性：与组分的溶解度和溶解速度有关；盐分溶解度的差异，使易溶组分很快进入水中，而难溶组分缓慢进入水中。
水的溶解能力：与水的矿化度（TDS）、气体组分（，）含量有关a.水中已溶组分的多少——即水的矿化度大小，随着盐份在水中的含量增高，水的溶解能力逐渐降低b.水中某些气体组分含量越高，如，气体含量高，可以增相应盐类的溶解度—增加硫化物的氧化，而被溶解—增加碳酸盐类的溶解度通常，入渗到地下的水（如降水、河水等），矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，与岩土发生溶滤作用后，不断有新的盐份被溶解到水中，地下水的矿化度（TDS）增高，水的溶解能力就会下降。
地下水的流动（交替）性：地下水的流动性是维系水的溶解能力的条件。
而地下水的流动性取决于水的径流和交替强度（即V与Q）：停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降低为零，溶滤作用很弱地下水流动速度快，水交替（更新）迅速，，不断被补充，低TDS水不断更新已经降低溶解能力的水，保持水的溶解能力。
请思考：如果某一地区，地下水流动很快，水交替（循环）迅速，水化学特征如何？也就是说，某一地区溶滤作用进行的很强烈，长期作用结果地下水中的矿化度高（TDS）如何？水中阴离子和水中阳离子以什么为主？3、溶滤作用的结果：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，如或水。
这是由溶滤作用的阶段性决定的！设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。
开始阶段水流作用，盐最易溶水中→随水带去，不断转入岩层中盐贫化随后，相对易溶的盐也被溶入水中→随水带走，岩层中盐也贫化最后（岩土中），只剩较难溶的碳酸盐类，溶滤的结果水中的化学成分就以较难溶的碳酸盐（或硅酸盐）为主二、浓缩作用1、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，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。
用一个理想模式，来理解浓缩作用：矿化度：350mg/L 700mg/L 1400mg/L … 2800mg/L插图6-2 浓缩作用（过程）理想模式水份失去过程→盐分相对浓集，水的矿化度不断增高，相应的水的化学成分也发生变化。
实际上地下水在蒸发过程中，发生的浓缩作用与上述理想模式是不同的！！●地下水在蒸发过程中，水分失去还有补充，盐分积累后随水流也会不断补充，因此，实际的蒸发作用可以产生含盐量很高的地下水（卤水）或盐渍化的土地。
2、浓缩作用的结果：往往形成高矿化度的以易溶离子为主的地下水（，为主的）●蒸发浓缩前，地下水为低矿化水，阴离子以为主，阴离子以与为主。
●随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的重碳酸盐部分析出，及逐渐成为主要成分。
●继续浓缩，硫酸盐达到饱和并析出，水便形成以、为主的高矿化水浓缩作用的影响因素——与蒸发排泄的影响因素相同。
因此，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）。
3、浓缩作用的基本条件：●干旱或半干旱的气候●低平地势控制下较浅的地下水位埋深●有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土最后一个必备的条件是地下水流动系统的势汇——排泄处，因为只有水分源源不断地向某一范围供应，才能从别处带来大量的盐分，并使之集聚。
三、脱碳酸作用：（钟乳石、石笋、泉华均是脱碳酸作用的结果）1、发生条件：环境的温度和压力变化。
水中的溶解度受环境的温度和压力控制。
随温度升高或压力降低，一部分便成为游离从水中逸出，发生脱碳酸作用。
脱碳酸作用反应式：2、脱碳酸的结果：地下水中及、减少，矿化度（TDS）降低，pH↓（略低）深部地下水上升成泉时，脱碳酸作用在泉口往往形成钙华。
温度较高的深层地下水，由于脱碳酸作用使、从水中析出，阳离子通常以为主。
四、脱硫酸作用1、发生条件：在还原环境中，有有机质存在，在脱硫酸细菌参与下，SO42—还原为H2S，反应式：2、脱脱硫的结果：地下水中减少以至消失，增加，pH值变大。
封闭的地质构造，如储油构造，是产生脱硫酸作用的有利环境。
因此，某些油田水中出现，而含量很低。
这一特征可以作为寻找油田的辅助标志。
五、阳离子吸附交替作用1、定义：岩土颗粒表面带有负电荷，一定条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用。
不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小顺序为：。
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。
则是例外。
2、结果：岩土吸附的阳离子与水中阳离子交换，岩土与水中阳离子都发生变化。
如：含为主的地下水，进入主要吸附有的岩土时，水中的便置换岩土所吸附的一部分，使地下水中曾多而减小。
3、影响因素：阳离子交替吸附作用的规模取决于岩土的吸附能力，与岩土的比表面积。
●颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。
因此，粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用，而致密的结晶岩中，不发生这种作用。
六、混合作用1、发生条件：成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两者都不相同的地下水。
