第七章地下水的物理性质及化学成分

第 1节 概 述
（2）揭示地下水的分布特点和分布规律
A、确定饮用水、工农业用水 B、提取化工原料 C、确定含水层之间及与地表水间的水力联系 D、查明地下水的侵蚀能力 E、查明地下水水质污染源 F、揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿 G、医疗用水、地方病
第 1节 概 述
F、揭示地下水的地质作用规律，实现水质找矿 岩溶 沉积 成岩 变质 成矿
（2）常温带以下的水温计算
常温带以下的地下水温同地温一样随深度增加而增加， 可用下面公式来计算：
T = t + (H–h) r
T——地表下深度为H处的地下水温度(℃) t—— 地区的年平均气温(℃)； H—— 地下水所处的深度(m)； h—— 常温带深度(m)； r—— 所在地区的地热增温级(m/℃)。
？问题：当已知地热增温级、年常温带深度、地下水水
温及当地平均气温后，如何可计算出常温带以下的地下水循 环深度。
（3）地下水按温度分类
1、过冷水： < 0℃ 2、冷水： 0－20 ℃
3、温水： 20－42 ℃
4、热水： 42－100 ℃ 5、过热水： >100 ℃
（4）地下水温度的测定 泉水的温度，测量泉的出口处；

(Ar+Kr+Xe)/N2＝0.0118
比值等于此数，说明N2是大气起源的； 小于此数，表明含有生物起源或变质起源的N2。
2、硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)

H2S与CH4，其化学特性与出现O2相反。指示地下水处 于还原的地球化学环境。在油田水中，通常H2S含量很 高。
H2S与CH4 的生成，均在与大气比较隔绝的环境中，有 有机物存在或微生物参与。其中，H2S是SO42-的还原产 物。
1、地壳温度的分带性
地壳按热力状态从上而下分为变温带、常温带和增 温带。
变温带
变温带 1－2m，昼夜变化;3-14m季节变化 15－30m地温年变化只有0.1℃ 常温带 常年温度保持在10度左右 增温带 一般是33m/℃
常温带 增温带
变温带地温受气温的影响呈周期性的昼夜、季节和年变化。随着 深度的增加，变化幅度逐渐减小。 常温带温度变化幅度趋于零，温度相对稳定的深度带。常温带的 最大深度为30－40m，在气温变化较小的海洋性气候地区，常温带深 度较小，可为10m左右。
FeO Fe2O3 腐殖质（沼泽）
四、气味及强度等级
地下水一般无气味。在一般温度下气味不易辨别，而在 40℃左右温度时气味最显著，故在测定地下水气味时，应将 水稍给加热，以使其气味明显易辨。 当含有硫化氢时—鸡蛋气味；含有氧化亚铁—铁腥昧； 含腐殖质会—鱼腥气味。
强 度 O Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 程 度 无 极微弱 弱 显著 强 极强 特 征 没有任何气味 有经验者能觉察 注意时能鉴别 易觉察，不处理，不可饮用 引人注意 具有强烈的气味
（二）地下水中常见成分

阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe 2+ 及Mn2+等； 阴离子：Cl-、SO42-、 CO32- 、 HCO3-、 NO2-、NO3-、 OH-、SiO32-及 PO43-等； 未离解的化合物：Fe2O3 、 A12O3及 H2SiO3等；
地方性甲状腺肿
多是饮用或食用碘含量过低的水、食物 所致。 多发生在山地、丘陵，高原地带及距海岸较远的地 区，患者颈部有不同程度增粗，影响呼吸及心脏功能， 重者丧失劳动能力，甚至演变成甲状腺癌。
克 汀 病
地方性甲状腺肿患者的后代则易患克汀病(呆小病)，矮 小、呆、傻，重者瘫痪，丧失自理能力。 目前治疗甲状腺肿类病的方法，是食用含碘盐配合药物 治疗，均可取得较好疗效。
五、味道与成因
地下水的味道取 决于它的化学成分。 纯水是淡而无味的。 测定地下水的味道时 应将水加温至20— 30℃，这时水的味道 最明显。
味道
涩味
成因
Na2SO4
苦味 墨水味
铁锈味
MgSO4 MgCl2 FeO
Fe2O3
清凉可口 味美适口
土甜味
CO2
Mg(HCO3)2, Ca(HCO3)2
有机质
溶解度： 氯盐 > 硫酸盐 > 碳酸盐
Ca2+、 Na+ > Ca2+、Mg2+ 低矿化度： HCO3-、 Ca2+与Mg2+ 、 中矿化度： SO42-、 Na+、 Ca2+ 、 高矿化度： Cl-、 Na+ 由于溶解度（CaCl2 > NaCl ）矿化度异常高的水中， Ca2+、 Cl - 为主。 所以，HCO3-、 Cl -、 SO42-、 Ca2+ 、Mg2+、Na+、K+是 人们研究地下水化学成分的主要项目。


气体成分：O2 、 N2、CO2、CH4、H2S 以及 Rn(氡)等。
（三）地下水中最多的7种离子：
Cl- SO42- HCO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+
二、地下水中主要气体成分
地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等， 尤以前三种为主。
特点：通常情况下，地下水中气体含量不高，每公升水中 只有几毫克到几十毫克。
主要出现在水中氟含量高的地区。儿童，一般2—3岁时 乳牙出现斑釉症，以后恒齿发生斑釉。随着年龄的增长，病情 逐渐加重，颈、肩、胸、腰、髋等部位的关节受到侵害，以至 躯干、 四肢运动受到障碍、 变形．重者瘫痪，完全丧失自理 能力。
地方性氟中毒
目前防治该病 的方法主要是改水。 一般根据当地的水 文地质条件，寻找 每升氟含量小于1 毫克的水，或采用 物理、化学方法降 低水中的氟含量。 氟骨病
3、在深部高温下，含碳酸盐类的岩石也可以生成CO2
CaCO3

400℃
CaO+CO2
因此，在少数情况下，地下水中可能富含CO2。 意义：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。
三、地下水中主要离子的成分
由于主要盐类的溶解度不同，矿化度与离子成分之间具 有对应关系：
地下水中常见盐类的溶解度
1、氯离子(Cl-)
（1）特点：是地下水中分布最广的离子，每升水中由数毫克至 数百克不等。
在高矿化度水中，C1-常占优势。
不被植物吸收、不被土壤颗粒吸附、不易沉淀，是地下 水中最稳定的离子，因此Cl- 常常是水中含盐量多寡的标志。
（2）来源：A、含岩盐的沉积岩或氯化物溶解；
岩石圈
补给
气体
径流 储存
离子 胶体 有机物 微生物
排泄
第 1节 概 述
二、地下水化学成因研究的意义
（1）揭示地下水的形成条件和形成过程
地下水的化学成分是地下水与环境（自然地理、地质背 景以及人类活动）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。 研究地下水的化学成分，可以回溯一个地区的水文地质 历史，阐明地下水的起源与形成。
B、含氯化物的岩浆岩风化溶解； C、海水补给； D、火山喷发物； E、人为污染。动物粪便，工业、生活污水。
2、 硫酸根离子(SO42-)
（1）特点：SO42- 地下水中总含量在阴离子中仅次于Cl-。其含 量变化范围由小于1毫克至数克不等。中等矿化度的水中含 量高。 （2）来源：A、主要为石膏及其它含硫酸盐的沉积物。 B、天然硫和硫化物矿物的氧化作用也可以给地下 水带来SO42-，如： 2S十3O2十2H2O → 4H+十2SO422FeS2十7O2十2H2O→2FeSO4十4H+十2SO42C、煤系地层（含黄铁矿） D、化石燃料，产生大量SO2，形成“酸雨”
六、放射性
地下水的放射性取决于其中所合放射性元素的数量。 地下水在不同程度上或多或少地都具有放射性，但一般地 下水的放射性极弱。 具有放射性的成因：放射性矿床、酸性火山岩分布区 的地下水放射性显著增强。 放射性组分：U（铀） Th（钍） Ra（镧） Rn（氡） 放射性单位:马海(M.E.)、居里(Ci) 1 M.E. = 3.64×10-10 Ci。 测定水的放射性时，应就地进行，因为氡的半衰期很 短，为3.825昼夜。
井水温度则测接近井底处。
二、透明度
地下水的透明度取决于水中固体矿物质、有机物和胶 体悬浮物的含量。 按透明度可将地下水分为四级：透明的、微浊的、混 浊的及极浊的。
级别 透明 微浊
特
征
无悬浮物及胶体，60cm内可见3mm的粗线。 有少量悬浮物及胶体， >30cm内可见3mm的粗线。
混浊 极浊
有少量悬浮物及胶体， < 30cm内可见3mm的粗线。
迁移 地下水 分散 富集
富 有 化学成分
卤岩、金属矿产、油田
第 1节 概 述
G、医疗用水、地方病（Endemics）
地方病
我国常见的地方病有地方性氟中毒、地方性甲状腺 肿(包括克汀病)、大骨节病及克山病等。 地方病的发生与地貌、地质构造及水文地球化学条 件等因素有关。
地方性氟中毒
主要是饮用或食入过量的氟元素，使之不断地在肌体内聚 集引起的。过量的氟元素，主要侵害人体的骨骼、关节．故也 叫氟骨病。
克山病
主要是心肌变性、坏死或形成瘫痪，表现为一系列血 液循环障碍，重者可能死亡。病因有“水土因素说”和 “生物因素说”等。
大骨节病
大骨节病是慢性退行性以骨骼。关节病交为主 的全身性疾病。它使关节疼痛、增粗，运动受阻， 肌肉萎缩，影响、阻碍 管状长骨发育。病因有 “生物地球化学说”，“食物性真菌中毒 说”， “腐植酸说”等。
增温带 一般是33m/℃
增温带常温带以下的地温带，主要受地球内部热力的影响，随 着深度增加而有规律地升高的地带。