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水文地球化学总复习水文地球化学总复习第一章水第一章水 化学基础化学基础-热力学基础热力学基础uu水岩相互作用水岩相互作用水岩相互作用水岩相互作用 溶解沉淀反应、氧化还原作用、界面反应作用这些反应是控制地下水化学成分形成和演变的重要作用。活度，全等溶解和非全等溶解，同离子效应和盐效应、电荷零点pHz、永久电荷、可变电荷、CEC1.地下水中碳酸的主要存在形式和影响因素。2.如何判定地下水碳酸平衡系统是开或是闭系统？闭系统和开系统特征4.水的稳定场、Fe 的稳定场（看图）5.解释一些地球化学现象解释一些地球化学现象6.一般地下水有那些吸附剂？7.胶体带正或负电荷？带电机理是什么？7.阳离子交换要遵守的原则有哪些？2024/4/20 周六资源环境学院环境工程系3Gr=-RTlnKlgK-0.175Gr (kJ/mol)a=r mDavies方程I0.5 mol/LDebye-Huckel）方程(I 0.1)SI0时，水溶液过饱和 SI=0时，溶解平衡状态溶解沉淀反应溶解沉淀反应溶解沉淀反应溶解沉淀反应地下水中常见的常量组分络合物有10种：CaSO40、MgSO40、NaSO4-、KSO4-、CaHCO3+、MgHCO3+、NaHCO30、CaCO30、MgCO30、NaCO3-碳酸平衡一、地下水的碳酸组成 “H2CO3”、HCO3-、CO32-二、地下水系统中的碳酸平衡 闭系统和开系统特征 如何判断”开系统”和“闭系统”溶解平衡研究中，通过计算各种络合物浓度，求得游离离子浓度，校正离子强度，求得更精确的活度系数，从而得出更确切的矿物与水溶解反应所处的状态。地下水系统的氧化还原条件氧化还原体系 Eh（决定电位体系）（O2/H2O、NO3-/NH4、SO42-/H2S、Fe3+/Fe2+、MnO2/Mn2+、CO2/CH2O）1）O2 NO3-NO2-Fe3+SO42SCO2HCO3-；有机物H2SSFeSNH4+NO2-2)地下水滞留时间 及微生物变价元素的稳定场（Eh-pH图）水的稳定场O2+4H+4e=2H2O 2H+2e=H2 Fe 的稳定场解释一些地球化学现象解释一些地球化学现象氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原含有吸附剂 往往带负电，具有一定CEC产生离子交换影响溶质迁移 5同晶代换（永久电荷）和表面解离（可变电荷，pHz)CEC影响因素:测定吸附剂的数量和种类。沉积物颗粒大小：pH：Kd=S/C S=K Cn 用溶质迁移滞后方程 VC=V/R R=1+(b/n)Kd 粘土矿物类，铁、铝和锰的氧化物或氢氧化物，有机物。等温吸附方程松散沉积物：aA+bBx=aAx+bB吸附作用吸附作用1）受质量作用定律支配2）阳离子吸附亲和力第二章第二章 地下水化学成分的组成地下水化学成分的组成水的结构和性质水的结构和性质地下水的化学成分地下水的化学成分地下水质的综合指标及图形表示地下水质的综合指标及图形表示总硬度、碳酸盐硬度(暂时硬度)、非碳酸盐硬度(永久硬度)、离子酸度1.TDS1.TDS（矿化度）、（矿化度）、各类硬度的计算2.水质分析结果的可靠性检验 3.舒卡列夫分类、苏林分类4.三线图示法构成和水资料表示。水的结构 天然水组成复杂的溶液 良好的溶解性能良好的溶解性能第一组指标 体现水的质量 总溶解固体、含盐量、硬度 第二组指标 水体环境状态 COD、BOD、TOC、Eh 第三组指标 表征水酸碱平衡 碱度(碳酸盐碱度)、酸度(离子酸度)硬度(以CaCO3计,mg/L)总硬度=(Ca2+Mg2+)50 碳酸盐硬度(暂时硬度)（HCO3-+CO32-）50 非碳酸盐硬度(永久硬度)当暂时硬度总硬度，无永久硬度 ；负硬度=暂时硬度-总硬度库尔洛夫式库尔洛夫式水质分析结果的可靠性检验1.阴阳离子平衡的检验：2.分析结果中一些计算值的检验 总溶解固体、总硬度、253.根据碳酸平衡关系的检验 pH=8.34苏林分类：苏林分类：三线图示法 舒卡列夫分类：按水中阴阳离子含量按水中阴阳离子含量25meq%25meq%的顺序排列的顺序排列命名，阴离子在前，阳离子在后。命名，阴离子在前，阳离子在后。第三章第三章 地下水化学成分的基本成因类型地下水化学成分的基本成因类型地下水基本成因类型地下水基本成因类型渗入成因地下水化学成分的形成与特征渗入成因地下水化学成分的形成与特征沉积成因地下水化学成分的形成与特征沉积成因地下水化学成分的形成与特征火山成因火山成因-热水循环系统地下水水化学成分的形成与特征热水循环系统地下水水化学成分的形成与特征 次生白云岩化作用 ，钠长石化作用，内生水，初生水，再生水1.在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，地下水化学成分如何演化？在气候温和，降水充沛，地下径流发育的地区，地下水化学成分如何演化？2.碳酸盐岩地区地下水成分受哪些因素影响？3.水与各种岩石的相遇顺序对地下水的影响4.结晶盐地区地下水的水文地球化学模拟。5.海相沉积成因水的形成过程。6.淤泥沉积物经历的变质作用有哪些？海相淤泥水有哪些类型？7.解释海相封存水中CaCl2水的形成。n n地下水的成因类型：溶滤渗入水、沉积成因水和火山成因水，前地下水的成因类型：溶滤渗入水、沉积成因水和火山成因水，前二者称为外生水，后者为内生水。二者称为外生水，后者为内生水。大气降水植物-土壤水-岩相互作用溶滤作用溶滤作用离子交换作用离子交换作用氧化还原作用氧化还原作用重碳酸型水重碳酸型水蒸发浓缩阶段矿化度高，成分复杂9溶溶溶溶滤滤滤滤渗渗渗渗入入入入水水水水形形形形成成成成岩石岩石地下水的成分、地下水的成分、环境的热力学条件环境的热力学条件水水-岩地球化学作用岩地球化学作用碳酸盐岩地区碳酸盐岩地区复杂沉积岩地区复杂沉积岩地区结晶岩地区结晶岩地区受岩溶地下水系统开、闭性的影响受水与矿物的相遇顺序影响受其他矿物的影响受地下水中其他组分的影响环境温度的影响水与矿物的相遇顺序影响矿物稳定场图法水文地球化学模拟氯化物型水氯化物型水-硫酸盐型水硫酸盐型水重碳酸型重碳酸型水水-含硅酸、含硅酸、FeFe3+3+较高的重碳酸型水较高的重碳酸型水海水海水 海相淤泥沉积物陆源的泥砂堆积、海水沉淀产生的化学沉积物和生物堆积脱脱硫硫酸酸作作用用阳阳离离子子交交换换作作用用碳碳酸酸盐盐矿矿物物的的沉沉淀淀反反硝硝化化作作用用有有机机物物的的分分解解金金属属硫硫化化物物的的沉沉淀淀与海水组成非常相似的淤泥水几乎不含SO42-的氯化物水，阳离子以Na、Mg为主几乎不含SO42-的氯化物水，阳离子以Na、Ca为主 海相淤泥水蒸发浓缩作用 次生白云岩化作用（白云岩)钠长石化作用（火山成因沉积物）10阳离子交换作用解释海相封存水中CaCl2水的形成海海海海相相相相沉沉沉沉积积积积成成成成因因因因水水水水 岩浆水（初生水）岩岩浆成因水成因水变质成因水（再生水）指地下水的组分或水温受到了岩浆活动的影响 即与岩浆活动有关的地下水 深循环的地下热水（高温，异常的水化学特征）热水（岩浆为热源）中水的来源火山区的热泉水100%初生水受地球内热烘烤的自流盆地型重力水，其中初生水的百分含量不到5%。冰岛某海边热泉水：57%海水+18%降水+25%初生水岩浆成因热水的初步认识岩浆成因热水的初步认识热水中的溶解物质热水中的溶解物质岩浆分异出来的物质变质成因的物质溶滤围岩获得的物质其他成因水的混合作用加入的物质11火火山山成成因因水水第四章第四章 同位素地球化学同位素地球化学uu同位素基本理论同位素基本理论uu天然水的氢氧稳定同位素组成及应用天然水的氢氧稳定同位素组成及应用uu放射性同位素及地下水定年放射性同位素及地下水定年 同位素丰度、同位素分馏、平衡分馏、动力分馏、同位素交换反应 1.同位素的表示方法 2.同位素分馏的程度用什么参数表示？3.可用哪些效应来解释大气降水的同位素组成的变化？4.氢氧稳定同位素在水文地质研究中的应用5.地下水定年方法。地下水中的同位素：氢：1H(氕，H)、2H(氘，D)、放射性同位素：3H(氚，T)氧：1 16O、17O、18O 14C组成表示方法：同位素丰度 同位素比值(R)千分偏差值()同位素分馏同位素以不同比例分配于两种物质或物相中的现象。平衡分馏和动力分馏同位素交换反应和瑞利分馏天然水的氢氧稳定同位素组成及应用大气降水的同位素组成及解释：温度效应、纬度效应、大陆效应、高度效应以及雨量效应。全球大气降水线（Craig公式）2H=818O+10应用 1.判断地下水的补给来源；2.确定地下水补给区的高程；3.确定混合水的混合比例；4.确定不同水体间的水力联系放射性同位素及地下水定年 3H 3He+-第五章第五章 水的地球化学循环水的地球化学循环地下水圈的概念地下水圈的概念地壳中水的地球化学循环地壳中水的地球化学循环地下水的水文地球化学地下水的水文地球化学分带分带地壳中水的地球化学循环、地壳中水的地球化学循环、地下水的水文地球化学分带、水平分带、垂直分带1.地下水圈的水文物理分带2.地下水的存在形式3.表生带水的地球化学循环水的地球化学循环4.承压水盆地的水文地质动力分带类型5.承压水盆地的水化学成分的分带类型15地下水：贮存于地下岩土空隙中的水；地球内部各种相态水的总称。地下水圈的水文物理分带：固体水带、液体水带、具有聚群态结构的实流体带单分子带、离解分子带。地下水的存在形式：自由水，结合水（离解常数大、pH值低、氢键数量少（溶解性低），矿物结构水。地壳中水的地球化学循环含义：在沉积-变质过程（作用）有次序、有方向的发展中，在岩石、有机物、气体经历的地球化学改造中，导致水的直接参与，产生水的分解和合成等作用与现象的总和。水文循环：地质循环：（一）表生带 原生铝硅酸盐+水+CO2=粘土+碳酸盐（二）沉积盆地深部蒙脱石绿泥石的转化，促进大量水的离解。可能有含水矿物发生重结晶脱水（三）深部变质带-水的地球化学循环粘土矿物+碳酸盐=原生铝硅酸盐+再生水+CO2水的地球化学循环始于表生带的风化作用，一直到深部变质作用带，经变质作用形成再生水（变质成因水），或深部变质作用带的局部熔融体冷却后分异出内生水，并返回地表为止。n地下水的水文地球化学分带，指地下水化学成分在空间（平面与剖面）上有规律的变化。它包括潜水的纬度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等。16承压水盆地三个水文地质动力分带：水强烈交替带（上部带）、水缓慢交替带（中部带）、水消极交替带（下部带）承压水盆地的水化学成分的分带 水平分带：同一含水层中水化学成分分带规律。垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律。按矿化度：1淡水带 2.盐水带 3.卤水带 水化学成分：正垂直分带：反垂直分带、复杂垂直分带