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第六章第六章特殊特殊类类型地下水化学型地下水化学 第1页6.1 地下水化学与地方病地下水化学与地方病6.2 热水、卤水热水、卤水6.3 矿泉水矿泉水目 录第2页1、地方病地带性、地方病地带性2、成因单一地方病、成因单一地方病(甲状腺肿、氟病与甲状腺肿、氟病与龋齿、地砷病龋齿、地砷病)3、成因复杂地方病、成因复杂地方病(克山、大骨节、癌克山、大骨节、癌)6.1 地下水化学与地下水化学与地方病地方病第3页地方病：地方病：因当地水或土壤中某种（些）元素或化因当地水或土壤中某种（些）元素或化合物过多、不足或百分比失常，经过食合物过多、不足或百分比失常，经过食物和饮水作用引发一些地域发生疾病。物和饮水作用引发一些地域发生疾病。第4页原生环境水文地质学原生环境水文地质学 主要研究因天然地下水中化学物质异常（不足主要研究因天然地下水中化学物质异常（不足或过剩）而造成各种生物地球化学地方病，以或过剩）而造成各种生物地球化学地方病，以及研究改造环境、改良水质、防治病害综合性及研究改造环境、改良水质、防治病害综合性办法。办法。注意注意:（1）原生环境与次生环境；）原生环境与次生环境；（2）必须坚持生态学观点；）必须坚持生态学观点；（3）地下水与其环境是原生环境水文地质学两个主）地下水与其环境是原生环境水文地质学两个主要研究对象要研究对象,不能隔开。不能隔开。第5页1、地方病地带性、地方病地带性 地方病分布往往含有显著地带性。地方病分布往往含有显著地带性。迄今为止迄今为止,已已发觉两大病区：发觉两大病区：(1)欧洲北纬欧洲北纬50700，亚洲和北美如北纬，亚洲和北美如北纬40600。此带以此带以元素缺乏元素缺乏为其主要特征，属于酸性弱酸为其主要特征，属于酸性弱酸性还原水文地球化学环境，该环境腐殖质丰富，性还原水文地球化学环境，该环境腐殖质丰富，水分充沛，透气性不良，水分充沛，透气性不良，蒸发微弱。蒸发微弱。(2)赤道北赤道北400赤道南赤道南300。该带以。该带以元素过剩元素过剩为其主为其主要特征。本区主要特点是气候干燥，蒸发强烈，要特征。本区主要特点是气候干燥，蒸发强烈，水分不足，为氧化环境，腐殖质贫乏。水分不足，为氧化环境，腐殖质贫乏。第6页2、成因单一地方病、成因单一地方病(氟病与龋齿、甲状腺肿、地砷病等氟病与龋齿、甲状腺肿、地砷病等)（1）氟病与龋齿）氟病与龋齿 氟病与龋齿是因为环境中氟过剩或不足引氟病与龋齿是因为环境中氟过剩或不足引发两类性质不一样地方病发两类性质不一样地方病,与饮水和饮食与饮水和饮食关系甚为亲密关系甚为亲密.A 过剩过剩-斑釉齿和氟骨症斑釉齿和氟骨症 不足不足-佝偻病、骨质松脆病和龋齿佝偻病、骨质松脆病和龋齿B 起源：天然起源起源：天然起源第7页第8页第9页第10页（2）甲状腺肿 地方性甲状腺肿是一个世界范围地方性疾地方性甲状腺肿是一个世界范围地方性疾病，是因为肌体长久缺碘所造成甲状腺代病，是因为肌体长久缺碘所造成甲状腺代偿性增生肥大。世界总人口偿性增生肥大。世界总人口5%。A 正常摄入量正常摄入量(成年人成年人)为为100300 g；B 饮用水中缺乏碘地域；饮用水中缺乏碘地域；C 防治对策防治对策食盐加碘。食盐加碘。第11页第12页第13页（3）地方性砷中毒 地方性砷中毒是一个世界范围地方性地方性砷中毒是一个世界范围地方性疾病，是因为长久饮用含砷量大于疾病，是因为长久饮用含砷量大于10 g/L饮饮用水，造成皮肤角用水，造成皮肤角质质化、皮肤色素化、皮肤色素异常、癌症高异常、癌症高发发等症状等症状。世界总人口。世界总人口5%。A 饮用水中砷含量大于饮用水中砷含量大于50 g/L 地域；地域；B 普通发生于封闭沉积盆地、三角洲沉积盆普通发生于封闭沉积盆地、三角洲沉积盆地等；地等；C 防治对策防治对策除砷；寻找新水源。除砷；寻找新水源。第14页第15页第16页第17页摄于摄于.08.01摄于摄于.09.30第18页第19页3、成因复杂地方病、成因复杂地方病(克山、大骨节、癌克山、大骨节、癌)（1）大骨节病）大骨节病 是一个关节痛或关节肿大引发，造成成人是一个关节痛或关节肿大引发，造成成人四肢畸形生长疾病。四肢畸形生长疾病。A 分布区分布区：华北、东北、西北、西南及台湾：华北、东北、西北、西南及台湾 B 病因病因：病区饮水中腐殖质含量普遍较高：病区饮水中腐殖质含量普遍较高(达达0.42 mg/L)、镰刀菌、低硒（复杂）、镰刀菌、低硒（复杂）C 防治方法防治方法补硒、改水、换粮等补硒、改水、换粮等第20页第21页（2）克山病）克山病 此病是一个病因不明慢性心肌病，常表此病是一个病因不明慢性心肌病，常表现为心肌肥大。现为心肌肥大。A 分布范围分布范围：与大骨节病相近，略有差异；：与大骨节病相近，略有差异；B 病因复杂病因复杂；C 防治防治补硒、改进营养结构。补硒、改进营养结构。第22页第23页（3）癌）癌 与水土环境相关癌主要为消化系统癌病变，与水土环境相关癌主要为消化系统癌病变，如胃癌、肝癌、食道癌等。如胃癌、肝癌、食道癌等。A 这三种癌变高发区突出特点是：饮水水质这三种癌变高发区突出特点是：饮水水质不良，有机污染严重。水质特点为：浑浊、不良，有机污染严重。水质特点为：浑浊、异味、异嗅、微生物多。异味、异嗅、微生物多。B 水污染标志：水污染标志：NO3-、NO2-、NH4+以及腐殖以及腐殖酸。酸。第24页6.2 地下热水、卤水地下热水、卤水一、地下热水一、地下热水1、化学成份形成与特征、化学成份形成与特征 热水分类（按温度）：热水分类（按温度）：我国当前把水温低于25地下水称地下冷水，高于25地下水称地下热水：25-40 温水 40-60 温热水 60-90 热水 90-150 中温地热资源 150 高温地热资源 第25页（1）化学组分特征）化学组分特征A、非反应性组分非反应性组分：Cl、Br、B、Cs等易溶组分，等易溶组分，这些组分普通不受水和矿物之间平衡所控制，一旦这些组分普通不受水和矿物之间平衡所控制，一旦从岩石矿物转入地下水中就不易再次进入矿物结构。从岩石矿物转入地下水中就不易再次进入矿物结构。B、反应性组分反应性组分：Na、K、Li、Rb等受水和岩石等受水和岩石间交换平衡控制组分；间交换平衡控制组分；SiO2、Ca、Mg、SO4、HCO3、F等受石英、方解石、绿泥石、硬石膏及萤等受石英、方解石、绿泥石、硬石膏及萤石等矿物溶解平衡控制组分。可作为热水温度化学石等矿物溶解平衡控制组分。可作为热水温度化学温标。常见有温标。常见有SiO2和和Na/K温标。温标。第26页（2）地下热水主要化学类型）地下热水主要化学类型A、Cl-Na型水（常见）型水（常见）：pH弱碱性、主要离子是弱碱性、主要离子是Cl和和Na，Cl/SO4比值高。这种水比值高。这种水TDS改变范围很大。改变范围很大。B、SO4-Cl型水（罕见）型水（罕见）：pH低（硫化物在地下氧化低（硫化物在地下氧化为硫酸盐所致）。为硫酸盐所致）。C、SO4型水型水：常见于喷气孔地域，蒸汽中：常见于喷气孔地域，蒸汽中H2S与空与空气接触时（或细菌活动），氧化成气接触时（或细菌活动），氧化成H2SO4。D、HCO3-Ca型水型水：普通为低温泉钙华，：普通为低温泉钙华，40 第27页2、基本类型和形成作用、基本类型和形成作用按按气体成份气体成份，可分为以下六种类型：，可分为以下六种类型：碳酸碳酸-硫化氢水硫化氢水（H2S和和CO2，HCl，HF，700 OC）氢氢-碳酸水（碳酸水（H2，350 OC）碳酸水（碳酸水（CO2，20100 OC）碳酸碳酸-氮水（氮水（CO2，N2，CH4，20100 OC）甲烷及甲烷甲烷及甲烷-氮水氮水（CH4，50200 OC）氮热泉（氮热泉（N2 99，碱性），碱性）形成作用：形成作用：热变质作用；生物化学作用；火山成因；大气成因热变质作用；生物化学作用；火山成因；大气成因第28页在在粤粤东东花花岗岗岩岩(r)岩岩分分布布区区，r 沿沿深深大大断断裂裂多多期期侵侵入入，和和碳碳酸酸岩岩接接触触，在在接接触触带带附附近近，变变质质作作用用强强烈烈（）。岩岩浆浆侵侵入入和和围围岩岩变变质是这些碳酸泉形成主要原因。质是这些碳酸泉形成主要原因。热变质作用：热变质作用：CO2、生物化学作用：生物化学作用：H2S、CH4、CO2、H2火山成因：火山成因：H2S、CO2、SO2、HF大气成因：大气成因：O2、N2、CO2第29页3 关于热水成因一些初步认识关于热水成因一些初步认识 热水中水起源：热水中水起源：由上世纪初由上世纪初Lingren100%初生水（岩浆水）初生水（岩浆水）50年代苏联学者年代苏联学者100%自流盆地型重力水被烘烤自流盆地型重力水被烘烤渗透渗透水水+沉积水沉积水+5%初生水初生水（D.E.White）。这三种观点都）。这三种观点都仍有些人支持。但第三种观点逐步占上风：依据水中仍有些人支持。但第三种观点逐步占上风：依据水中3He/4He和和 比值和热均衡计算。比值和热均衡计算。热水中溶解物质起源：热水中溶解物质起源：多起源多起源 热水成份特殊性，主要取决于：热水成份特殊性，主要取决于：岩性条件（岩石圈是水岩性条件（岩石圈是水中溶解物质及气体主要起源）。中溶解物质及气体主要起源）。水水-岩相互作用时间长岩相互作用时间长短短第30页二、地下卤水二、地下卤水1、概况、概况（1）主要在沉积岩中，火成岩中卤水较少，没）主要在沉积岩中，火成岩中卤水较少，没有发觉变质岩中卤水；有发觉变质岩中卤水；（2）我国主要有两类卤水：黄卤和黑卤）我国主要有两类卤水：黄卤和黑卤（3）TDS可达可达400 g/L；最高温度在；最高温度在100，水，水化学类型大多为化学类型大多为Cl-Na-Ca型和型和Cl-Na型型（4）含有很高工业价值：）含有很高工业价值：Li，Br，B2O3，Na，K等到达矿产资源工业品味标准。等到达矿产资源工业品味标准。第31页2、卤水化学成份、卤水化学成份（1）Cl-：是卤水中主要阴离子，其含量占阴离：是卤水中主要阴离子，其含量占阴离子子99%（当量百分比），普通到达（当量百分比），普通到达90-260 g/L，主要来自浓缩作用和岩盐溶解；，主要来自浓缩作用和岩盐溶解；（2）SO42-：普通含量较低，：普通含量较低，320 g/L 该分类是以海水浓缩，不一样盐类沉积阶段该分类是以海水浓缩，不一样盐类沉积阶段浓度改变为依据：石膏沉淀浓度改变为依据：石膏沉淀(150 g/L);石盐沉淀石盐沉淀(320 g/L)（2）按岩石类型分类：沉积岩（碳酸盐岩型卤水、）按岩石类型分类：沉积岩（碳酸盐岩型卤水、碎屑岩型卤水）；岩浆岩（岩浆岩型卤水）；变碎屑岩型卤水）；岩浆岩（岩浆岩型卤水）；变质岩（变质岩卤水）。质岩（变质岩卤水）。第35页4、卤水成因、卤水成因（1）渗透溶滤说：）渗透溶滤说：由大气降水和地表水渗透并溶滤了岩石中由大气降水和地表水渗透并溶滤了岩石中可溶盐类，并在经过沉积层向下重力扩散引发盐化和变质可溶盐类，并在经过沉积层向下重力扩散引发盐化和变质作用；作用；（2）沉积成因说：）沉积成因说：在地史时期各个不一样阶段和沉积物一起在地史时期各个不一样阶段和沉积物一起沉积，以后被不透水隔水层所覆盖并经受长久变质作用而沉积，以后被不透水隔水层所覆盖并经受长久变质作用而形成地下水（普通指被封存古海水）；形成地下水（普通指被封存古海水）；（3）重力分异说：）重力分异说：TDS向深处增高时因为密度不一样和离子向深处增高时因为密度不一样和离子分异结果；分异结果；（4）蒸发说：）蒸发说：地温随深度而增高，深部地下水因气化后延空地温随深度而增高，深部地下水因气化后延空隙上升，而浓缩。隙上升，而浓缩。第36页6.3 矿泉水矿泉水一、矿泉水定义：一、矿泉水定义：在一些特殊地质和地球化学环境中渗透时，地下在一些特殊地质和地球化学环境中渗透时，地下水富集一些有用化学组分、气体组分或微量元素等，水富集一些有用化学组分、气体组分或微量元素等，含有特殊用途，称为矿泉水。含有特殊用途，称为矿泉水。二、矿泉水分类：二、矿泉水分类：按照用途分：按照用途分：工业矿水（卤水）工业矿水（卤水）医疗矿水（含有治疗疾病特殊功效）医疗矿水（含有治疗疾病特殊功效）饮用矿水（饮用天然矿泉水）饮用矿水（饮用天然矿泉水）第37页三、饮用天然矿泉水三、饮用天然矿泉水1、饮用天然矿泉水所具备条件、饮用天然矿泉水所具备条件（1）饮用天然矿泉水中所含化学组分、气体成份或）饮用天然矿泉水中所含化学组分、气体成份或微量元素都必须是在自然环境中天然形成，微量元素都必须是在自然环境中天然形成，不得人不得人为添加为添加任何矿物质使其到达饮用天然矿泉水水质要任何矿物质使其到达饮用天然矿泉水水质要求；求；（2）饮用天然矿泉水中所含化学组分、气体成份或饮用天然矿泉水中所含化学组分、气体成份或微量元素都必须有一个或一个以上到达微量元素都必须有一个或一个以上到达适当含量适当含量；（3）饮用天然矿泉水是一个）饮用天然矿泉水是一个不经煮沸和其它消毒处不经煮沸和其它消毒处理理即可为人们直接饮用天然饮料。即可为人们直接饮用天然饮料。第38页2、饮用天然矿泉水定义、饮用天然矿泉水定义 在天然环境下，经过深循环形成，其化学组分、在天然环境下，经过深循环形成，其化学组分、气体组分或微量元素等含量必须有一个或一个以上气体组分或微量元素等含量必须有一个或一个以上到达要求界限值，且不超出限量指标、卫生学指标，到达要求界限值，且不超出限量指标、卫生学指标，又完全符合饮用水水质要求地下水。又完全符合饮用水水质要求地下水。界限指标界限指标(mg/L)限量指标限量指标(mg/L)锂锂0.20 5.0锶锶 0.20(含量在 0.20-0.40 mg/l 范围时,水温必须在 25C以上)5.0锌锌 0.20 5.0 溴化物溴化物 1.0-碘化物碘化物 0.20 0.50偏硅酸偏硅酸 25.0(含量在 25.0-30.0 mg/l 范围时,水温必须在 25C以上)-硒硒 0.010 0.05游离二氧化碳游离二氧化碳 250-溶解性总固体溶解性总固体 1000-表表1 饮用天然矿泉水一些指标界限值和限量值饮用天然矿泉水一些指标界限值和限量值第39页界限值(mg/L)限量值(mg/L)铜-1.0 钡-0.70镉-0.010 铬(Cr6+)-0.050 铅-0.010 汞-0.0010 银-0.050 硼(BO计)-30.0 砷-0.050 氟化物(以 F-计)-2.00耗氧量(以O2计)-3.0 硝酸盐(以 NO3计)-45.0 226 镭放射性（BQ/L）-1.10（续表（续表1）第40页3、天然饮用矿泉水类型、天然饮用矿泉水类型 依据达标元素或化学组分分类：依据达标元素或化学组分分类：含锂矿泉水；含锂矿泉水；含锌矿泉水；含锌矿泉水；含锶矿泉水；含锶矿泉水；含偏硅酸矿泉水；含偏硅酸矿泉水；含锶、锌和偏硅酸矿泉水；含锶、锌和偏硅酸矿泉水；含碳酸、偏硅酸和锶矿泉水；等含碳酸、偏硅酸和锶矿泉水；等第41页4、含锶矿泉水形成含锶矿泉水形成（1）溶滤作用是含锶矿泉水形成主要作用；）溶滤作用是含锶矿泉水形成主要作用；（2）富含锶地质条件（碳酸盐岩、闪长岩、花岗岩）富含锶地质条件（碳酸盐岩、闪长岩、花岗岩地域）；地域）；（3）含水层径流条件好：空隙空间大、连通性好、）含水层径流条件好：空隙空间大、连通性好、循环交替好；循环交替好；（4）地下水中含有游离）地下水中含有游离CO2，使含锶矿物（如菱锶，使含锶矿物（如菱锶矿）溶解。矿）溶解。第42页作 业1、试用碳酸平衡解释两种方解石饱和水混合溶蚀现象；2、一个地下水化学成份以下（mg/L）:Cl:2506;SO4:1264;HCO3:Br:1.7;649;K:10.52;Na:1996;Mg:255;Ca:60.2;pH：7.99；Eh:-111.8 mv。试分析该水样为海相沉积成因地下水？为何？3、某一含水层与黄铁矿矿区相邻，在黄铁矿开采之前，地下水水化学类型为HCO3-Ca，矿床开采后一段时间，地下水变为SO4-Ca，请解释形成原因。第43页4、试用阳离子交换反应解释污水浇灌造成土试用阳离子交换反应解释污水浇灌造成土壤板结和地下水硬度增高原因。壤板结和地下水硬度增高原因。5、p90，第，第10题；题；6、p90，第，第15题；题；第44页
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