工学水文地质学地下水的化学成分及其形成作用
- 格式:pptx
- 大小:7.61 MB
- 文档页数:81
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)发生化学反应岩石圈水圈交换化学成分地下水中出现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);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;碳酸盐溶 解 度矿 化 度小低H C O 3-S O 42-C l-大高硫酸盐氯盐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。
•地下水的化学特征•地下水化学成分的形成作用•地下水化学成分的基本成因类型•地下水化学成分的分析内容与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境(1)地下水中溶解氧含量越多,说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行;(2)氮气的单独存在,常可说明地下水起源于大气并处于还原环境;(3)硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境;(4)地下水中二氧化碳愈多,其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。
1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化(1)矿化度发生变化,地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。
低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主;(2)高矿化水则以氯离子与钠离子为主;(3)中等矿化水中,阴离子常以硫酸根离子为主,主要阳离子可以是钠离子,也可以是钙离子。
1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等;2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体;3、微生物(如硫细菌、脱氧细菌等);4、物理性质(如温度、透明度、颜色、放射性等)。
1、地下水的总矿化度(g/L)地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度;2、库尔洛夫式1、溶滤作用:在水与岩土相互作用下,岩土中的一部分物质转入地下水中,即为溶滤作用;溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素(1)组成岩土的矿物盐类的溶解度;(2)岩土的空隙特征;(3)水的溶解能力;(4)水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中二氧化碳含量愈高,溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强,氧气的含量愈高,水溶解硫化物的能力愈强;(5)水的流动状况。
3、溶滤作用在时间上的阶段性(1)溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。
(2)首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中,成为地下水中主要化学成分,并被水流带走而逐渐贫化;然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中,成为地下水的主要成分;随着溶滤作用的长期持续,岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐,地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。
2.3地下水化学成分的形成作用地下水主要来源于大气降水,其次是地表水(河、湖、彻等)。
这些水在进人含水层之前,已经含有某些物质,与岩土接触后再进一步发生各种物理化学及生物作用,使地下水的化学成分发生进一步变化。
使地下水化学成分发生变化的各种作用,称为地下水化学成分的形成作用。
2.3.1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。
溶滤作用的结果,使岩土土失去一部分可溶物质,地下水则补充了新的组分。
实际上,当矿物岩类与水溶液接触时,同时发生两种方向相反的作用:溶解作用与结晶作用。
溶滤作用的强度,即岩土中的组分转入水中的速率,取决于一系列因素。
首先,取决于组成岩土的矿物盐类的溶解度。
显然,含岩盐沉积物中的NaCl将迅速转入地下水中,而以SiO2为主要成分的石英岩,是很难溶于水的。
其次,岩土的空隙特征是影响溶滤作用的另一因素。
缺乏裂隙的致密基岩,水难以与矿物盐类接触,溶滤作用也便无从发生。
第三,水的溶解能力决定着溶滤作用的强度。
水对某种盐类的溶解能力随该盐类浓度增加而减弱。
某一盐类的浓度达到其溶解度时,水对此盐类便失去了溶解能力。
因此,总的来说低矿化水溶解能力强而高矿化水溶解能力弱。
第四,水中CO2、O2等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中CO2含量愈高,溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。
水中O2的含量愈高,溶解硫化物的能力愈强。
最后,水的流动状况是影响其溶解能力的一个关键因素。
流动停滞的地下水,随着时间的推移,水中溶解盐类增多,CO2、O2等气体耗失,最终将失去溶解能力,溶滤作用便告终止。
地下水流动迅速时,含有大量CO2和O2的低矿化度的大气降水和地表水,不断入渗更新含水层中原有的溶解能力降低了的水,地下水便经常保持强的溶解能力,岩土中的组分不断向水中转移,溶滤作用便持续地进行。
由此可知,地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、最关键的因素。
溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。