PPT《水文地质学》

水文地质学 第八讲地下水的化学成分及其形成作用(2) * * OUTLINE 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地下水化学成分的分类与图示 * * 地下水化学成分的形成作用 地下水的主要补给来源是大气降水和地表水.

在补给地下水之前,无论大气降水,还是地表水本身都含有一定量的化学成分,如被风吹入大气的海水,混入大气降水的尘埃等.补给地下水的大气降水矿化度很低,一般在0.02g/L―0.05g/L.地下水与岩石的进一步接触,发生一系列化学成分的形成作用,使地下水的化学成分多样化,矿化度也随之升高. * * 溶滤作用――地下水化学成分最主要的形成作用概念:在地下水与岩土相互接触中和相互作用下,岩土中的一部分物质转入水中的机制和过程.机制:岩土与水接触时,组成结晶晶格的盐类离子被水分子带相反电荷的一端所吸引;

当水分子对离子的引力足以克服结晶晶格中离子间的引力时,离子就会脱离晶格,被水分子包围并溶入水中.结果:岩土失去一部分可溶物质,地下水中补充新的组成成分――化学成分. 地下水化学成分的形成作用 * * 溶滤作用――地下水化学成分最主要的形成作用溶解度:当矿物盐类与水溶液接触时,同时发生两个反方向的作用:溶解作用和结晶作用.前者使离子脱离晶格转入水中,后者使离子重新回到晶格中.开始时,溶解作用强,溶液中盐类离子增加;

随着时间推移,结晶作用变强,溶解作用减弱,直至两个作用达到平衡,溶液达到饱和,此时溶液中某一盐类的含量就是其溶解度.不同盐类,具有不同的溶解度,这与晶格中离子间引力有关一般来讲,同一种盐类的溶解度随着温度的升高而增大,但也有例外.如Na2SO4.见图6-3. 地下水化学成分的形成作用 * * 盐类溶解度与温度的关系 * * 溶滤作用强度的影响因素:组成岩土的矿物盐类的溶解度岩土的空隙特征水本身的溶解能力――矿化度的高低,饱和的水会失去溶解能力水中某些气体成分的含量:CO

2、O2会增强水对某些盐类的溶解能力.水的流动状况:停止的水随着时间的推移也会达到饱和而失去溶解能力.地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用最活跃的关键因素. 地下水化学成分的形成作用 * * 不能把溶滤作用等同于纯化学的溶解作用:溶滤作用是一种与一定的自然地理和地质环境相联系的历史过程.这一过程始于岩层接受大气降水及地表水的入渗补给.Question:氯岩最易于溶解,为什么湿润气候条件下,径流与交替作用强烈,溶滤充分的地区的地下水是低矿化度水,主要离子成分是低溶解度的盐类离子? 地下水化学成分的形成作用 * * 浓缩作用――特定条件下地下水化学成分的形成作用概念:在干旱半干旱气候条件下,在地下水系统的排泄区,由于蒸发作用的持续进行而导致地下水溶液逐渐浓缩,地下水主要化学成分发生变化的过程.机制:蒸发作用只带走水分,而将盐分仍保留在地下水中.结果:最终导致以Cl-、Na+为主的高矿化度水.Why?必要条件:干旱半干旱气候条件、较浅的地下水埋深、颗粒细小的松散岩土层、地下水系统的势汇,即排泄区. 地下水化学成分的形成作用 * * 地下水化学成分的形成作用 脱碳酸作用概念:CO2在水中的溶解度随着温度升高或者压力的降低而减少,一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出,这就是脱碳酸做用.机制:水中CO2的溶解度受环境的温度和压力控制.如钙华. 结果:地下水中的重碳酸根离子、钙离子/镁离子减少,矿化度降低. * * 地下水化学成分的形成作用 脱硫酸作用概念:在还原环境中且有机质存在时,脱硫酸菌使硫酸根离子还原为H2S,这便是脱硫酸做用.机制:结果:使地下水中的硫酸根离子减少甚至消失,重碳酸离子增加,pH值增大. 脱硫酸菌 * * 地下水化学成分的形成作用 阳离子交替吸附作用:存在比较普遍的形成作用概念:岩土颗粒表面带有负电荷,能够吸附阳离子.一定条件下颗粒吸附地下水中的某些阳离子,而将其原来吸附的阳离子转化为地下水的组分,这就是阳离子交替吸附作用.机制:不同的阳离子吸附于岩土表面的能力不同,按吸附能力排序如下: 除H+外,离子价越高,离子半径越大,则离子吸附于岩土表面的能力越强.另外还受到溶液中离子浓度的影响. * * 地下水化学成分的形成作用 混合作用概念:成分不同的两种地下水汇合到一起,形成与原来两者都不同的具有新的化学成分的地下水,这就是混合作用.结果:有两种可能:1)发生化学反应,形成新的化学类型的地下水;