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6第六章 地下水化学成分的形成及影响因素.pdf

6第六章 地下水化学成分的形成及影响因素

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2019-04-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《6第六章 地下水化学成分的形成及影响因素pdf》,可适用于高等教育领域

LOGOHydrogeochemistry水文地球学东华理工大学水文地球化学课程组第六章地下水化学成分的形成及影响因素CompanyLogowwwthemegallerycom本章内容地下水化学成分形成过程中的主要作用影响地下水化学成分的基本因素潜水化学成分的形成承压水盆地地下水化学成分的形成过程CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用地下水化学成分形成过程中的主要作用有:溶滤作用、阳离子吸附作用、阳离子吸附交替作用、氧化作用、还原作用、混合作用、浓缩作用、脱碳酸作用等。一.溶滤作用.概念岩石中某些组分进入水的过程它不破坏岩石的结晶格架而只有一部分元素进入水中。例如沉积岩中有许多易溶盐当岩石与水作用时易溶盐部分进入水中这里要区别溶滤作用与溶解作用的区别。溶解作用指物质全部溶于水这时矿物结晶格架被破坏。例如NaCl的溶解作用使NaCl晶体格架被破坏。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用一.溶滤作用.概念广义的溶滤作用也包括溶解作用例如沉积岩中的NaCl进入水中相对岩石来说是溶滤作用而相对NaCl来说刚是溶解作用。因此从某种意义上说溶滤作用与溶解作用是一个相对的概念。.溶滤作用的方式()渗透过程中的直接溶滤()静止水中的扩散转移CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用一.溶滤作用.影响溶滤作用的因素()水溶液的性质及其中气体的含量例如CO在水中的大量存在会提高方解石、白云石的溶解度从而增强水对陆源碎屑岩石的溶滤作用。()岩性不同的岩石所含的矿物(氯化物、硫酸盐、碳酸盐等)不同因而它们遭到溶滤作用的程度也会产生差异。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用一.溶滤作用.影响溶滤作用的因素()水动力条件地下水的水动力条件取决于地形与构造。在山区地形切割强烈地下水径流条件良好岩石冲刷彻底(易容盐大量淋失)易形成低矿化度的淡水主要为重碳型水。在平原区地形平坦地下水径流条件差流动缓慢加上蒸发作用的影响易造成高矿化度地下水的形成(溶滤不充分易溶盐积累)。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用一.溶滤作用溶滤作用举例火山岩地区溶滤富含正长石(含Na)的火山岩时形成低矿化碱性HCONa型水或弱酸性硅酸和硅酸-重碳酸、钠型水。NaAlSiOHOCO→NaCOHALSiO·HOSiONaCOCOHO→NaHCOCompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用二、阳离子交替吸附作用.概念在一定条件下岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子而将其原来吸附的某些阳离子转入水中从而改变了地下水的化学成分这一作用称为阳离子交替吸附作用。如MgClCaCaClMg+(水溶液)(吸附体)(水溶液)(吸附体)为什么自然界中阳离子交替吸附占优势而阴离子交替吸附不占优势。由于自然界岩石中的吸附体主要是胶体而胶体主要是带负电荷的。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用二、阳离子交替吸附作用.影响因素()岩石的粒度粒度愈细交换性能越强如在粘土类岩石中阳离子交替对水化学成分的影响更明显。()交替阳离子的性质阳离子的电价越高越易被吸附。电价相同的阳离子原子量越大越易被吸附。H>Fe>Al>Ba>Ca>Mg>K>Na()离子浓度浓度大的离子比浓度小的离子更易被吸附。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用二、阳离子交替吸附作用.影响因素()pH值pH值上升有利于交替吸附PH值低时阻碍吸附由于H的吸附能力很强它会阻碍阳离子进入吸附体。、举例Ca(HCO)Na+NaHCO+Ca吸附体吸附体CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用三、氧化作用会被氧化的岩石在某种程度上是指富含金属硫化物或硫的岩石(黄铁矿FeS、黄铜矿CuFeS等)含氧的地下水对富含金属硫化物或硫的岩石产生作用形成硫酸和硫酸盐而硫酸的产生又可大大增强水对硅酸盐类、碳酸盐类的溶滤。FeSOHO=FeSOHSOSHOO=HSORSiOHSO=RSOSiOHOCaCOHSO=CaSOHOCO↑FeSOOHO=Fe(SO)FeO·HOCompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用四、生物还原作用指在有机物与细菌参与下影响地下水化学成分的一种还原作用。.脱硫酸作用一般发生在深埋、循环微弱交替、缺氧的地下水中:SOCHO→HS↑HCO-通式RSOCHO→RSCOHORSCOHO→RCOHS↑式中R代表Ca、Mg、Na等C代表脱硫细菌这种作用可在各种矿化度(<gl)各种温度(~℃最佳)下进行。作用结果是SO减少,HS增加。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用四、生物还原作用.去硝化作用(脱硝酸作用)在缺氧条件下异养型去氮菌把NO、NO(还原)分解为气态氮(NO和N)的过程。NO-C→CON↑CO↑作用结果水中富含N和CO↑CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用五.脱碳酸作用碳酸盐类在水中的溶解度决定于水中CO的数量当温度升高或减小时水中CO的含量就减少这时水中HCO便会与Ca、Mg、Fe结合形成沉淀。这种由于CO逸出使水中含量减少的作用称为脱碳酸作用。这种作用通常发生在温压条件下突变的地方如深部碳酸泉在地表出露的地方常见有钙体(石灰)就是脱碳酸作用的结果。Ca(HCO)CaCO↓CO↑HOCompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用六.浓缩作用当水蒸发时水中盐分含量不减其浓度(矿化度)相对增大这种作用称为浓缩作用。在干旱或半干旱地区蒸发量大大超过降雨量地下和地表径流差水的主要排泄方式是蒸发。在水的蒸发浓缩过程中首先从水中沉淀出难溶于水的CaCO、MgCO以后沉淀CaSO。因此地下水在高度浓缩地区多形成氯化物水。CompanyLogowwwthemegallerycom地下水化学成分形成过程中的主要作用七.水的混合作用自然界中单一成因的地下水难以找到它们往往在循环过程中发生一系列的混合从面导致其成分的变化。两种不同化学成分或矿化度的地下水相混合所形成的地下水其化学成分与混合前的地下水有所不同这种作用称为混合作用。混合作用的结果是产生新的水化学类型改变水温、矿化度、硬度等。如:Ca(HCO)NaSO→CaSO↓NaHCOA.H.奥吉尔维在研究苏联高加索基斯洛沃茨克纳尔赞水污染原因时第一个解决了关于地下水的混合问题。两种不同的水(淡水和矿化水)混合时产生一系列的中间型水其成分变化服从直线方程式:y=axb可用图解法表示CompanyLogowwwthemegallerycom图水的混合作用图解(据AM奥弗琴尼柯夫“矿水”)取某矿水A升其矿化度为PgL某一组分的含量为SgL取某淡水B升其矿化度为P'gL其同一组分的含量为S'gL。假设这两种水混合后其矿化度为XgL同一组分的含量为YgL则APBP'=X(AB)=AXBXASBS'=Y(AB)=AYBY两式两边均除以B得:CompanyLogowwwthemegallerycomXPPXBA'APSBP‘S‘XYC求某一组分公式:CompanyLogowwwthemegallerycomYSSYBA'YSSYXPPX''展开得:XS-XY-P'SP'Y=PY-PS'-XYXS'化简整理得:'''''PPSPPSXPPSSYCompanyLogowwwthemegallerycomaPPSS''bPPSPPS'''令最后得到:Y=aXb例钻孔在m深处遇到了涌水量为Q冷=L/S的冷水水温T冷=℃。在钻到m深时钻孔涌水量突然增加到Q混=L/S水温T混=℃冷水和热水的静水位大致相同求m处所遇到的水的温度是多少?Q冷T冷Q热T热T混Q混XPPXBA'热混热冷混冷热TTTTTQQ解:按式(-)进行计算即式中A-所求热水的涌水量Q热即A=Q混-Q冷=L/S-L/S=LSB-m处冷水的涌水量Q冷=L/SX-混合水的温度T混=℃P'-冷水的温度T冷=℃P-m深处热水温度T热=?。将各数值代入式(-)得:T热==即在m深处所遇热水的水温为℃水的类型干涸残渣(mgL)Na(mgL)Ca(mgL)Mg(mgL)SO(mgL)Cl(mgL)HCO(mgL)淡水混合水CompanyLogowwwthemegallerycom例钻孔在m处遇到了Q淡=L/ST淡=℃的淡水钻进至m深处涌水量增加到Q混=L/S水温T混=℃两个含水层的静水位相差很小。水的化学成分见表-。求矿水的涌水量Q矿、水温T矿及其化学成分(干涸残渣,NaClHCO)。表-淡水及混合水化学成分表混矿淡混淡矿TTTTQQ矿T解:①求矿水的涌水量Q矿:Q矿=Q混-Q淡=LS-L/S=L/S②求矿水的水温T矿应用式(-):将已知值代入(T矿)=×l=T矿=℃CompanyLogowwwthemegallerycomXPPXBA'PS③求矿水的干涸残渣:按公式:将数值代入由此可求出:P=mg/L。即矿水的干涸残渣为mg/L。④求矿水的Na含量:将已知数据A=L/SB=L/SS'=lmg/LY=mg/L代入式(-)。S=mg/L矿水的Na含量为mg/L。CompanyLogowwwthemegallerycom例有一河旁钻孔在深部遇到矿水矿化度为mg/L抽水时有河水混入总涌水量.L/S.已知河水矿化度为mg/L混合水矿化度mg/L求河水混入的数量。解:设河水数量为B将已知数据代人式(-):BB-B=BB=LS河水混入量为L/S。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素一.自然地理因素.地形影响水交替条件而水交替条件又影响水的化学成分和矿化度。地形切割强烈水的交替条件就好有利于淡水的形成。反之则形成高矿化度的咸水或盐水。如山区形成碳酸型水而平原易形成硫酸水或氯化物型水.水文网(水文因素)密集的水文网有利含水层的水交替条件。盐分的带出及淡潜水的形成。在水文网稀疏的条件下地下水径流受阻从而使潜水矿化度增高。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素一.自然地理因素.大气降水能使地下水的储存量、矿化度和化学成分发生明显变化。.蒸发蒸发是影响地表水及潜水化学成分和矿化度的重要原因之一。潜水蒸发有二种基本形式:毛细蒸发和土石内部蒸发。()毛细蒸发:在潜水的埋藏深度小于毛细上升高度时水沿毛细管上升水分蒸发后盐分积累在土壤毛细管中使土壤富含盐而形成盐渍土。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素一.自然地理因素.蒸发在毛细蒸发作用下潜水位下降但它的矿化度并不增加。但大气降水下渗时把土壤毛细管中的盐分带入地下水潜水矿化度增高。()、土石内部蒸发:指水分子脱离潜水面直接扩散到空气中在沙漠地带潜水的土石内部蒸发作用十分强烈。蒸发影响潜水埋藏深部般小于~m。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素一.自然地理因素.化学风化化学风化的主要营力是大气降水类型有碳酸风化和硫酸风化。碳酸风化主要营力是碳酸这种风化形式是强度取决于水中侵蚀CO的浓度:CaCOCOHO=CaHCONaAlSiOHOCO=NaCOHAlSiO·HOSiOCompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素一.自然地理因素.土壤土壤使水富含离子、气体和有机质它对地下水化学成分的影响有两个方面:一方面土壤可以增加通过它的大气降水的矿化度另一方面使已经具有一定化学成分的潜水在与土壤相互作用时产生变质例如溶滤作用、离子吸附作用等。水与土壤作用时溶解减少CO气体数量相应增加。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素二.地质和水文地质因素.断裂构造活动使岩石发生破坏并形成裂隙由于断裂构造发育很深这样沿着这些深大断裂从深部涌出热的有时带气体的矿水甚至卤水从而使浅部地下水化学成分发生急剧变化。.地静压力在地静压力的作用下上覆岩层的重量压缩粘土隔水层使其中的结合水被挤入含水层从而改变水化学成分。由于结合水的矿化度高所以受结合水影响的地下水矿化度升高。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素二.地质和水文地质因素.岩石的离子―盐类综合体指岩石的可溶部分它为地下水成分的形成提供物质来源它包括以下各组分:()溶液(存在于岩石内部)()易溶于水的组分包括易溶盐类(NaCl、NaSO、NaCO和钾盐等)和易于交换的吸附状阳离子(Na或Ca)()难溶的组分包括难溶盐类(CaSO·HO、CaSO、CaCO、MgCO等)和难溶的硫化物(FeS、HS、ZnS等)()参与生物化学作用的组分包括微生物、有机物质、和某些无机物质(硫酸盐、硝酸盐、硫化物等)。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素三.物理化学因素(自学)、酸-碱条件、氧化-还原条件、盐的溶解性能、扩散作用、渗透作用、重力分异作用四.物理因素(自学)包括温度压力时间和空间CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素五.生物因素、植物对水化学成分的影响①植物的蒸发:干旱条件下植物蒸发量大引起潜水矿化度提高。②植物选择吸收离子改变水的PH值和化学类型。例如盐生植物吸收Cl③植物的有机残骸影响土壤的酸碱度从而影响潜水的PH值和水化学类型。例如针叶林产生酸性水PH值可达到阔叶林产生碱性。④植物根放出的CO降低土壤的pH值并促使很多矿物质转入溶液。在土壤溶液和潜水中HCO含量取决于土壤中的COCompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素五.生物因素.地壳剖面上的微生物分带上部土壤带:m富含细菌主要为喜氧气细菌风化带:几十到几百米细菌相当多喜氧与厌氧茵并存深部基岩带:细菌相对贫少主要是厌氧菌。六.人为因素部分CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分.人工开采地下水对潜水化学成分的影响及原因①.开采区含水层的矿化度提高原因:潜水位下降包气带加厚充氧作用加强氧化作用加强使不溶解的硫化物转化为可溶硫酸盐并被水所溶滤矿化度提高。②.在海或盐湖附近开采淡水有可能使盐水由海或盐湖进入含水层使淡水被盐化。③.开采时由于同一含水层或含水层的盐水侵入使地下淡水矿化度提高。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分.人工开采地下水时对承压水化成分的影响①开采承压地下水时形成降落漏斗在漏斗范围内压力降低使水流从高压流向低压时由于减压从水中逸出CO析出铁和碱金属的碳酸盐沉淀导致水化学成分变化(减压脱气)②开采承压地下水时由于承压水位下降低时使隔水层和上覆岩层的静水压力降低造成粘土层有效压力增加而产生压实作用使粘土中的水进入含水层引起水化学成分变化。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分.人工开采地下水时对承压水化成分的影响③开采承压地下水时区域性大降落漏斗的形成(直径可达几十公里)可以把它看作一个特殊的排泄窗口使下部含水层的水的导入而引起地下水矿化度的增高(越流渗透)。、实例介绍实例:一供水井井深米含水层为含黄铁矿的绢云母片岩。连续抽水个月水位下降米在这个期间内水中SO浓度在mgl左右。停抽个月后再次抽水时第一天的水样中SO=mgl,Fe不断降低pH值升高。请解释这种现象出现的原因。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分、实例介绍实例:据题意:()由于水位下降很大所以形成了一个漏斗区在漏斗区内原来的含水层变为包气带因绢云母片岩中的黄铁矿被氧化其反应如下:()停抽期间水位逐渐恢复使第一次抽水所形成降落漏斗区又主充满了水黄铁矿氧化所产生的SO和H进入水中溶解FeSO结果在漏斗区内形成一个SOFeH浓度的局部污染晕。SOHFeSOOHFeSOCompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分、实例介绍实例:据题意:()再次抽水时这部分水首先被抽出从而出现第一天水样中SOFe浓度高pH值降低的现象。()随着抽水继续原漏斗区外的水流入与漏斗区的水混合。因此产生SOFeH逐渐降低的现象。这种现象是典型的氧化还原过程。CompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分、实例介绍实例.某深层砂矿含水层的地下水化学成分为(mgl):由于过量开采水位降幅很大。为保持稳定供水量以井灌方式补给补给水源来自湖水呈草绿色含有机质多。结果观测井中检查到HS(人工补给前没有检出)试说明出现HS的原因发生何种反应?HCO及pH值将升高或降低。,,,,,,,pHSOClHCOMgCaNaKCompanyLogowwwthemegallerycom影响地下水化学成分的基本因素六.人为因素部分、实例介绍实例.据题意:发生了脱硫酸作用与甲烷发酵作用:HCOpH升高SHHCOOHCSOCHHCOOHCCompanyLogowwwthemegallerycom潜水化学成分的形成一、潮湿气侯区、黑色土壤区黑色土壤缺少易溶盐类但富含吸附性钙镁离子经大气降水的淋滤作用往往形成HCOCaHCOMg型水这种水的矿化度较低多为gl。.花岗岩地区大气降水长期淋滤作用使铝硅酸盐水解风化形成低矿化度的硅酸重碳酸型水矿化度多为gl。SiOOAlSiOHSiONaOHOSiAlNaCompanyLogowwwthemegallerycom潜水化学成分的形成一、潮湿气侯区、红壤土区土壤被矿化度很低的大气降水强烈淋滤并发生阳离子交替吸附作用:式中-土壤及粘土中的铝铁硅酸盐M代表金属AlFe离子M与OH作用产生沉淀。从而使土壤成为酸性土。酸性土与水长期作用形成低化度的酸性水。矿化度多为mgLOHMHFeOAlSiOHHMFeOAlSi),,(),,(MFeOAlSi),,(CompanyLogowwwthemegallerycom潜水化学成分的形成一、潮湿气侯区.花岗岩地区如果花岗岩地区植被发育则会产生大量土壤CO从而促进铝硅酸盐风化:、碳酸盐地区碳酸溶滤作用导致型水的形成。NaHCOOHCOCONaSiOOHOSiAlHCONaCOOHOSiAlNaMgHCOCaHCO,CompanyLogowwwthemegallerycom潜水化学成分的形成二.干旱气侯由于蒸发作用强列土壤中含有各种盐类:难溶盐类(MgCOCaCO)易溶盐类(CaSOMgSONaSONaCl)等。通过蒸发作用水中盐按下列顺序沉淀:大气降水淋滤的结果导致高矿化潜水形成。干旱地区潜水化学成分差异很大M由小于gl到gl不等水型有HCO型水SO型水和Cl物型水。淡水或低矿化度潜水在干旱地区分布不广。由淡水到高矿化度水导致组分的变化规律是由河谷和山前到盆地中心水型由HCO到SO到Cl物型水。CaClMgClKClNaClSONaMgSOCaSOMgCOCaCOCompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程一、承压水成因类型承压水盆地地下水化学成分的形成比潜水复杂前面介绍的各种形成作用均可有参与而且与承压水类型有关。承压水成因类型有:陆相沉积型泻湖沉积型和海相沉积型。.陆相沉积型承压水由河湖沉积物而形成的承压含水层中的承压水如山前倾斜平原中的砂粘土沉积层形成的承压水。这种承压水多为低矿化度的HCOCa型水主要由溶滤作用而形成的。但也可以形成高矿化度的ClNa型水(如盐湖沉积)。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程一、承压水成因类型、泻湖沉积型承压水①泻湖:浅水海湾因湾上被泥沙淤积成的砂咀或沙坝所封闭或接近封闭面成的湖。泻湖的含盐度与所在地区所侯及与海洋的隔离程度不同而不届。A.气侯潮湿有淡水补给含盐度低。B.气侯干旱蒸发量大含盐度高。②水化特点在泻湖相沉积层中含有大量的盐和石膏因此形成高矿化度的SOCa,SOCaMg,SOCaNa,SONaCaMg和SONa型水。只有在冲刷程度很高的岩石露头处才形成淡水CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程一、承压水成因类型.海相沉积型承压水海相沉积型承压水的形成过程是陆相成因类型水和海相成因类型水相互作用的过程即渗透水(陆相成因水)排挤沉积封存海水并同时进行渗入水与沉积封存海水之间的混合作用。海相沉积岩层中起始形成封存海水然后慢慢被渗入水取代。因此首先必须研究海成封存水的形成过程及特点。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海水的特点①pH=(浅部)深部pH=②水型:Cl-Na③矿化度:gL④主要离子:NaK>Mg>CaCl>SO>HCOCO成分:NaCl→MgCl→CaSO→Ca(HCO)⑤平均化学成分(mgkg):,,BrClClNaMgNaClMCompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海水的特点海水随着海相沉积物一起被埋藏下来或渗入其它海相沉积岩中在漫长的地质历史过程中由于水-岩作用变质而成海成封存水。、海成封存水①有两种基本类型A、同生水:与岩石的沉积作用同时生成。B、外生水(后生水):海水流到早已沉积好的海底层或海岸一带的岩层中。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海成封存水②水化学成分高矿化度(Mmax=gL)的ClNaCa型水γNaγCL<,ClBr<③海水封存水形成过程A、蒸发作用:海水蒸发M增大含盐成分发生一系列的变化:首先CaCO、MgCO发生沉淀而后CaSO沉淀。这样水中氯化物含量相对增加当水干涸到原来体积的时NaCl和MgSO开始沉淀而MgCl和KCl含量相对增加。在进一步的浓缩作用下MgCl和KCl沉淀。这样使海水成分更加复杂化。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海成封存水③海水封存水形成过程B、水和大陆水中盐类之间的化学反应Ca(HCO)MgCl→CaMg(CO)↓CaClCO↑HO这个反应的结果是生成白云石并在水中出现一般海水所缺少的CaClC、阳离子交替吸附作用a、海水与陆相粘土物质之间的吸附交替作用海进:NaClCa(吸附)→CaClNa(吸附)海退:CaSONa(吸附)→NaSOCa(吸附)由此可以看出水的化学成分由于离子交替吸附作用而变。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海成封存水③海水封存水形成过程C、阳离子交替吸附作用b、海水与海底淤泥之间的吸附交替作用:NaClCa(吸附)→CaClNa(吸附)从而使水成为ClNaCa型水。总的来讲上述各种作用导致Na减少Ca增加使γNaγCl<CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程二、海成封存水化学成分的形成、海成封存水③海水封存水形成过程C、阳离子交替吸附作用c、海相沉积物中生物残骸的分解海相沉积物中富含生物残骸而生物残骸中富含BrI等有机物Br、I由于生物残骸分解而进入封存水从而使封存水中富集BrI使ClBr<。正常海水:Br=mgLI=mgL封存水:Br=mgLI=mgL。上述三种作用的长期进行使正常海水逐渐演变为海成封存水。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、基本思路一般地说海相封存水与它周围的的岩石处于化学平衡状态其矿化度不会改变。只在当含有这些水的岩层出圳地表剥蚀或被构造断裂所切进时封存水才进入成分改变的新的历史时期。此时发生了渗透水对封存水的排挤承压水盆地地下水化学成分的形成过程就是渗透水排挤封存水的进程。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、承压水盆地基本水化学类型的形成(三个阶段)第一阶段:渗入水(大气降水等)在含水层露头处(补给区)与封存水(ClNaCa)发生混合并淋滤海相沉积岩层形成ClNa型水封存水被挤入较低部分(这个阶段主要淋滤NaCl)。第二阶段:随着溶滤作用的继续易溶的氯化物被冲刷较难溶的硫酸类开始被溶滤从而形成硫酸盐型水(SOClNa型水)。ClNa,ClNaCa型水被依次挤到较低部位。第三阶段:大气降水继续淋滤硫酸盐大量减少开始淋滤碳酸盐从而形成矿化度很低的HCOCa型水依次挤到较低部位。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、承压水盆地基本水化学类型的形成(三个阶段)图承压水盆地地下水化学成分形成过程演示图(第一阶段)图承压水盆地地下水化学成分形成过程演示图(第二阶段)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、承压水盆地基本水化学类型的形成(三个阶段)经过上述三个阶段便形成了承压水地地下水化学成分的基本类型。在这些基本成因类型之间还有许多过渡类型由此而组成一系列变化的水化学类型分带。图承压水盆地地下水化学成分形成过程演示图(第三阶段)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:A、HCO型水在补给区首先形成低矿化度的HCOCa型水(有时由于阳离子交替吸附作用:Ca(HCO)Na(吸附)↔NaHCOCa(吸附)使HCOCa型水变为HCONa型水)HCOCa型水运动富集硫酸盐变成HCOSOCa型水。由于阳离子吸附交替作用:NaCa↔CaNa(吸附)使水中富集Na使HCOSOCa型水变成HCOSOCaNa型水再变成HCOSONaCa型水(M:gL)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:B、SO型水HCOSONaCa型水继续富集硫酸盐及产生Ca和Na阳离子吸附交替作用将逐步形成SO-HCONaCa型水→SO-HCO–Na型水→SO-Na型水。(M:-gL)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:C、HCO型水由于SO-Na型水向下进入缺氧含有机质的还原环境SO开始产生脱硫酸作用随着脱硫酸作用的继续使SO-Na型水依次变为SO-HCO–Na型水→HCOSO–Na型水→HCO–Na型水。在这个过程中产生HS气体同时SO完全消失(M:-gL)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:D、Cl型水碱性HCO–Na型水向下进入被冲刷弱而含NaCl的岩层HCONa型水变为HCOClNa型水ClHCONa型水ClNa型水(M=gL)。E封存水CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:E封存水在ClNa型水之后是高矿化度的封存水(ClNaCa型水)。整个地下水化学成分形成过程中主要有三个作用:淋滤冲刷作用阳离子交替吸附作用和脱硫酸作用CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成①正常海相沉积岩有还原硫酸盐能力的有机质存在的含水层中水化学类型的形成公式:图封闭型承压水盆地地下水化学成分形成过程演示图(正常海相沉积岩中有能还原硫酸盐的有机质存在的含水层)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成②、在岩层中含有石膏或缺少具有还原硫酸盐能力的有机物质的含水层中水化学类型的形成方式:A、HCO型水在补给区首先形成低矿化度的HCOCa型水向下运动富集硫酸盐变为HCOSOCa型水(M=gl)。CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成②、在岩层中含有石膏或缺少具有还原硫酸盐能力的有机物质的含水层中水化学类型的形成方式:B、SO型水HCOSOCa型水继续向下运动富集CaSO使水变为SOHCOCa型水SOCa型水。由阳离子交替吸附作用是SOCa型水依次变为SOCaNa型水SONaCa型水SONa型水(M=gL)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成②、在岩层中含有石膏或缺少具有还原硫酸盐能力的有机物质的含水层中水化学类型的形成方式:C、Cl型水SONa型水向下冲刷含NaCl的岩层使水型依次变为SOClNa型水ClSONa型水(M=gL)含少量SO。D、封存水在ClNa型水之后提高矿化度的封存水(ClNaCa型水)。在整个地下水化学成分形成过程中主要有两个作用:淋滤冲刷作用阳离子交替吸附作用。在整个过程中没有出现脱SO作用所以不出现碱性HCONa型水CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成②、在岩层中含有石膏或缺少具有还原硫酸盐能力的有机物质的含水层中水化学类型的形成方式:图封闭型承压水盆地地下水化学成分形成过程演示图(含石膏或缺少还原硫酸盐能力的有机物质的含水层)CompanyLogowwwthemegallerycom承压水盆地地下水化学成分的形成过程三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程、封闭型承压水盆地中各种化学类型水的形成上述这两种情况水化学成分的区别如下:第一种水:a、含有碱性HCONa型水带b、SO可被还原直至消失并出现HS。c、矿化度较低第二种水:a、缺少碱性HCONa型水带b、SO型水带较宽SO被保存SO不可能完全消失。c、矿化度较高。CompanyLogowwwthemegallerycom本章内容地下水化学成分形成过程中的主要作用影响地下水化学成分的基本因素潜水化学成分的形成承压水盆地地下水化学成分的形成过程CompanyLogowwwthemegallerycom复习思考题、什么是溶滤作用?它与溶解作用有什么区别?影响溶滤作用的因素有哪些?、什么阳离子交替吸附作用?影响交替强度的因素有哪些?、简述海成封存水化学成分的形成过程。、略述承压水盆地地下水基本水化学类型的形成过程。、简述封闭地质构造中含石膏或缺少有机质沉积岩层与正常海相沉积(含有机质)含水层水化学成分的形成过程及两者水化学成分的区别?CompanyLogowwwthemegallerycom本章内容地下水化学成分形成过程中的主要作用影响地下水化学成分的基本因素潜水化学成分的形成承压水盆地地下水化学成分的形成过程

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