第二章 内容补充（地下水中存在的水文地球化学作用）
2017-03-08 20:45阅读：
1.NaCI型水—形成作用与条件：
（1）概述：自然界98%的地下水属卤水、盐水和咸水，其中氯化物水都占首位
有的地方可以遇到氯化物类淡水，如四川渡口沙沟村中见Cl-Na型水，M仅0.264g/l。
（2）常见形成作用
大陆盐渍化地区，蒸发浓缩作用的结果可形成Cl-Na型水。
Cl-Na型水可由不同成分的水混合而成，这与含水层中是否存在岩盐无关。例如，
Na2SO4型水与CaCl
2型水发生混合。
在侵入岩风化壳中经常含有一定量的Cl-Na水，这里钠离子由含钠的铝硅酸盐水解而进入地下水中，
Cl-则是由分散状的矿物结晶格架遭受破坏进入水中，侵入岩一般贫Cl-，故水的rCl
< rNa
。这种方式形成的水蒸发浓缩时，常变为Cl-Na咸水，但仍保持rCl
< rNa 。
含盐沉积物及盐矿区，由溶解作用形成Cl-Na水，一般为咸水、盐水或卤水。
（3）CaCl2
型水—形成作用与条件：
阳离子交替吸附作用：
2NaCl+ CaX=CaCl2 +2 NaX
‚次生白云岩化作用
深部环境，高镁卤水与石灰岩作用，生成白云岩
2CaCO3+MgCl2=CaMg(CO3)2+CaCl2
ƒ钠长石化
斜长石结晶格架中的Ca2+、Al3+被卤水中的Na+、Si4+代替，成为钠斜长石
CaAl2Si2O8+Na++Si4+=NaAlSi3O8+Ca2++Al3+
④内生说
地球上存在着以地幔大气为原生成因的“水氯圈”，所有的阴离子以Cl为主的天然高矿化水属于此圈
当这些内生的氯化物水溶液受地球内部应力作用由下至上运动时，Ca、Mg离子通过空隙介质的能力低于Na、K的。从而使地壳较深处的氯化物高矿化水偏钙质
2.渗入成因地下水成分的形成过程
渗入成因地下水的形成经历了：大气降水阶段
植物-土壤影响阶段
水-岩相互作用阶段
蒸发浓缩阶段
（1）大气降水阶段：
大气降雨的一般成分特征
气体：可溶性气体（O2,
CO2,
N2等）及惰性气体。
侵蚀性：·CO2溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的pH值，提高了它的侵蚀性；
·
弱酸-中性，未饱和，矿化度低—强的溶解能力；
·人类活动促使大气降水聚集各类金属、有机化合物及各种盐类，改变了雨水的矿化度、成分、氧化-还原性质、
侵蚀性等。（例如酸雨—pH<5.65）。
（2）植物-土壤影响阶段
·土壤是一个消耗水中DO的“酸性泵
”
·土壤中存在大量碳酸，来源于:大气中的CO2‚光合作用—土壤中的有机物—CO2、NH3等强反应物ƒ根系植物的呼吸作用④嫌氧条件下硫酸盐、硝酸盐可被有机物还原，产生CO2
·土壤的生物化学作用产生许多有机酸，如富里酸、腐殖酸
·DO与黄铁矿、锰结核等土壤中的矿物相反应也是酸性物质的来源之一
经过植物-土壤的地下水的特征含有数量可观的碳酸；‚未被氧化的有机化合物的进一步分解将使水中碳酸进一步提高；ƒ相对于碳酸盐矿物与原生铝硅酸盐矿物，远未达到饱和状态，即具有强溶解能力。
（3）水岩相互作用阶段
水与岩石的相互作用取决于:岩石（或矿物）的组成‚地下水的成分ƒ环境的热力学条件
水-岩地球化学作用类型
①溶解-沉淀作用
②离子交换作用
③氧化还原作用：i.以富含O2的入渗水进入含黄铁矿的沉积层为例
·沉积层中黄铁矿溶解，地下水中形成Fe2+与SO42-
·上述反应生成的硫酸与碳酸盐岩反应，可生成CO2，并进一步促进碳酸盐岩的溶解，形成SO4.HCO3型水；若无碳酸岩存在，则形成SO4型水
·在强氧化条件下，且有碳酸盐岩存在时，硫酸被中和，pH增高，可析出氢氧化铁沉淀
ii.以沉积层中含有机物为例
·地下水中的SO42-被还原为H2S
·地下水中含H2S气体，取样时可闻到臭鸡蛋味道
·SO42- + 2C + 2
H2O à H2S +
2HCO3-
（4）蒸发浓缩阶段
水中盐类析出顺序（从左至右溶解性增大）：
Al, Fe, Mn的氢氧化物
SiO2和粘土矿物
Al, Fe, Mn的磷酸盐
Ca和Mg的碳酸盐
CaSO4
（石膏）
Na2SO4（芒硝）
Na, K的氯化物
Mg的氯化物
Na, K和Ca的硝酸盐
地下水化学成分变化（随盐类析出而变化）：
硅酸-重碳酸型水
重碳酸-钙镁水
苏打水
Na2SO4型水
Cl-Na水
3.表生带地下水具有分带性：自然地理分带——水平分带
地质分带——垂直分带
4.不同基岩区地下水化学成分的形成、演化：
（1） 碳酸盐岩地区地下水化学成分的形成和特征
1)PCO2
开、闭系统的化学成分比较
|
开系统
|
闭系统
|
PCO2
|
高
|
低
|
HCO3-、Ca2＋、TDS
|
高
|
低
|
pH值
|
低（7～8）
|
高（>8）
|
出露地表后变化
|
形成泉华
|
一般无泉华
|
地下水组分变化大
|
地下水组分变化小
|
2)
相遇顺序—不全等溶解对地下水的影响
①
白云石à方解石
先遇白云石，饱和后，再遇方解石。该顺序因水温不同，溶解和沉淀反应各异，使rCa/rMg=>1
原因：
Kc=[Ca2+][CO32-]
Kd=
[Ca2+][Mg2+][CO32-]2
»{[Ca2+]
[CO32-]} 2
t<10°C时，Kd1/2>
Kc,即白云石饱和后，水流经方解石时出现沉淀
t
>10°C时，Kd
1/2<
Kc,即白云石饱和后，水仍能溶解方解石，白云石沉淀反应迟滞，历时长；白云石沉淀后，方解石溶解，沉淀、溶解同时存在。
② 方解石à白云石
方解石溶解产生不了使白云石沉淀的
