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第一章绪论水文地球化学是研究地下水化学组成的形成、分布、迁移和富集规律及其在生产实际中应用的一门科学。1.水文地球化学的主要研研究究内内容容：：（1）研究水与地壳岩石、气体和有机物质相互作用。（2）研究地下水中化学元素及其同位素的分布、分配、集中、分散及迁移循环的形式、规律和历史。（3）研究地下水化学成分及其形成作用与途径，探索地下水在地壳层中所起的地球化学作用。（4）研究因地下水活动而形成的各种产物（固、液、气体）和地下水对地质作用的影响。2、水文地球化学研究意义：（1）水文地球化学研究可以解决地下水的形成和起源问题。（2）水文地球化学研究可以查明地下水的分布和形成规律，为阐明水文地质条件、评价地下水资源增添些有效的方法。（3）水文地球化学研究可阐明人类活动对地下水的影响，成为自然资源的合理利用、保护、以及防止环境污染（地下水污染）等课题的理论基础。（4）水文地球研究可为矿床的形成提供水文地质分析方面的依据，为找矿提供有用的信息。（5）在与地下热能开发有关的地下热水、饮用与医疗矿泉水及地质环境与人体健康等各方面，水文地球化学研究成果也将显示出它的作用，并做出应有的贡献。第第二二章章地地下下水水的的化化学学组组成成1.非极性的难溶挥发性有机物是地下水中危害最大的主要有机污染物。2.质量浓度：（1）以每升水中所含溶质的毫克数（mg/L）或微克数（μg/L）来表示；（2）以每千克溶液中含溶质的毫克数（ppm）或微克数（ppb）来表示。3.摩尔浓度：mg/L与mol/L之间的转换关系为：mol=mg/1000/分子量4.当量浓度：meq/L=mmol/L×化合价55..地地下下水水化化学学成成分分的的数数据据处处理理（1）水质分析结果的可靠性检验水中阴阳离子的平衡误差可用下式来计算：NcNaE(%)100NcNa式中：E为相对误差，Nc、Na分别为阳离子和阴离子的毫克当量浓度（meq/L）。如Na+、K+为实测值，E应小于±5％，如Na++K+为计算值，E应等于零或接近于零。（2）分析结果中一些计算值的检验总溶解固体：如果总溶解固体是计算值，应检验其数值是否减去了1/2的HCO3-含量，这是水质分析结果中最常见的一种错误。Na++K+：在简分析中，Na++K+是计算值，其计算方法是：22(NaK)(meq/L)Nc(CaMg)(meq/L)(NaK)(mg/L)25(NaK)(meq/L)K+约为Na++K+的1/10硬度：总硬度也是计算值，可按下述方法检验：50)MgCa)L/mgCaCO223＝（数的总硬度（（3）根据碳酸平衡关系的检验当pH8.34时，水质分析结果中不应出现CO32-，因为在这样的pH值条件下，CO32-的常规测定方法不能检测出微量的CO32-；同样，当pH8.4时，水质分析结果中不应出现H2CO3。如果分析结果不符合上述的情况，则说明pH或CO32-和H2CO3的测定有问题。6、比例系数分析法的应用mg/L之间的比值，记为Na/Cl，也可以meq/L之间的比值，记为γNa/γCl比例系数正常海水溶滤水经过某些特殊地质作用Cl/Br300300300(海水浓缩作用）Br/I13001300(经过生物残体作用测海相沉积水）γNa/γCl0.85≈10.85（海相沉积水经过阳离子交换作用）Ca/Sr33200（溶滤经过碳酸盐岩地区）γMg/γCa5.5≤1利用比例系数进行水化学类型的划分苏林分类（1）γNa/γCl14NaCl24SO1NaSO于型水属在这种水中，Na+除与Cl-结合成NaCl外，还与SO42-结合成Na2SO4，故构成Na2SO4型水。4NaCl3SO1NaHCO于型水属在这种水中，Na+除与Cl-和SO42-结合成NaCl和Na2SO4外，还与HCO3-结合成NaHCO3，故构成NaHCO3型水。（2）γNa/γCl1(γCl－γNa）/γMg1属于MgCl2型水这种水中，Cl-除与Na+结合成NaCl外，还与Mg2+结合成MgCl2(γCl－γNa）/γMg1属于CaCl2型水这种水中，除形成NaCl和MgCl2外,Cl-除与Ca2+结合成CaCl27.三线图示法(图的布局见书上）该图由一个等边平行四边形及两个等边三角形组成。浓度单位为每升水的毫克当量百分数。构图时，首先依据阴阳离子各自的毫克当量百分数确定水点在两个三角形上的位置，然后通过该点作平行于刻度线的延伸线，两条延伸线在平行四边形的交点即为该水点在平行四边形的位置。8.库尔洛夫式(示例）℃tCaNaSOClMSHSiOH523.276.7143.143.3427.302.02307.03将阴阳离子分别标示在一条横线上下，均按毫克当量百分数自大而小的顺序排列，小于10％的离子不予表示。横线前依次表示气体成分、特殊成分及矿化度（以字母M为代号），三者单位均为g/L，横线后以字母t为代号表示水的摄氏温度。第三章地下水化学成分的形成与特征NaHCO3型水（苏打水）γNa/γCl1；(γNa-γCl)/γSO41化学成分特征NaHCO3型水—苏打水呈碱性（pH7，一般在8左右）软水或极软水矿化度多在0.6g/L以上NaHCO3型水（苏打水）—形成作用与条件：1、阳离子交替吸附作用)(2)(2)(2323吸附吸附CaNaHCONaHCOCa（1）灌溉地段洗盐：潜水盐化使Na+的浓度增大，使土壤中富含吸附状Na+，而用HCO3-Ca水灌溉时，可出现阳离子交替吸附作用，形成苏打水。（2）在滨海平原发生海退作用后，在海退不久的地方，富含Ca2+陆地水与富含吸附状Na的刚形成的海相粘土质沉积物进行上述阳离子交替吸附作用，形成苏打水。2、脱硫酸作用在封闭还原环境中，脱硫酸菌参与脱硫酸作用，水中SO42-减少乃至消失，出现H2S，形成苏打水SHHCOOHSOC23224222有机发生在湖泊、海洋底部淤泥沉积物中，沼泽及自流盆地深部承压含水层中，尤其是油田水中。如果水中不仅主要含有Na+，还含有较多的Ca2+、Mg2+，那么只有在Ca2+、Mg2+以磷酸盐矿物形式沉淀后，才会出现苏打水，即只有在这些水相对于磷酸盐矿物饱和以后，才有可能形成苏打水3、风化作用含Na的铝硅酸盐矿物（为长石）在含CO2的大气降水作用下发生水解，水中出现Na+和HCO3-Na0.62Ca0.38Al1.38Si2.62O8+1.38CO2+4.55H2O=0.69Al2Si2O5(OH)4+0.62Na++0.38Ca2++1.24H4SiO4+1.38HCO3-Na2SO4型水γNa/γCl1；(γNa-γCl)/γSO414.Na2SO4型水—形成作用与条件：（1）含钠长石的侵入岩，与含SO42-、CO2的渗入成因地下水，发生相互作用，在侵入岩的风化壳中可见到Na2SO4型水；（2）在硫化矿床及含煤地层（常含有硫化物）中，也可见到Na2SO4型水。其形成是由于苏打水，与矿体或含煤地层接触反应，硫化物被氧化，产生SO42-，使水中SO42-含量剧增，pH降低，形成Na2SO4型水；（3）在含芒硝及石膏的盐矿区可见到Na2SO4型水，这种情况下水中常含有Cl-，水的M可达40～100g/l。这类泉水冬天可形成盐华。（4）在沉积岩分布区，Na2SO4型水经常是混合作用、水-岩作用或阳离子交替吸附作用的产物。5.混合作用：为苏打水与硫酸镁水相混合，形成MgCO3沉淀，水中出现Na2SO4苏打水-石膏反应形成更难溶的方解石，以及Na2SO4型水。6.阳离子交替吸附：硫酸钙水或硫酸镁水渗透通过含吸附状Na的粘性土，发生阳离子交替吸附CaSO4+2Na+=Na2SO4+2Ca2+MgSO4+2Na+=Na2SO4+2Mg2+7.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CaCl2型水发生混合：OHCaSONaClOHCaClSONa242242222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rClrNa。这种方式形成的水蒸发浓缩时，常变为Cl-Na咸水，但仍保持rClrNa。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+2NaX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8.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：大大气气降降水水阶阶段段植植物物--土土壤壤影影响响阶阶段段水水--岩岩相相互互作作用用阶阶段段蒸蒸发发浓浓缩缩阶阶段段（1）大气降水阶段：大大气气降降雨雨的的一一般般成成分分特特征征气气体体：：可溶性气体（O2,CO2,N2等）及惰性气体。侵侵蚀蚀性性：：··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；··弱弱酸酸--中中性性，，未未饱饱和和，，矿矿化化度度低低——强强的的溶溶解解能能力力；；··人人类类活活动动促促使使大大气气降降水水聚聚集集各各类类金金属属、、有有机机化化合合物物及及各各种种盐盐类类，，改改变变了了雨雨水水的的矿矿化化度度、、成成分分、、氧氧化化--还还原原性性质质、、侵侵蚀蚀性性等等。。（（例例如如酸酸雨雨——ppHH55..6655））。。（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经过过植植物物--土土壤壤的的地地下下水水的的特特征征含含有有数数量量可可观观的的碳碳酸酸；；未未被被氧氧化化的的有有机机化化合合物物的的进进一一步步分分解解将将使使水水中中碳碳酸酸进进一一步步提提高高；；相相对对于于碳碳酸酸盐盐矿矿物物与与原原生生铝铝硅硅酸酸盐盐矿矿物物，，远远未未达达到到饱饱和和状状态态，，即即具具有有强强溶溶解解能能力力。。（（33））水水岩岩相相互互作作用用阶阶段段水水与与岩岩石石的的相相互互作作用用取取决决于于::岩岩石石（（或或矿矿物物））的的组组成成地地下下水水的的成成分分环环境境的的热热力力学学条条件件水水--岩岩地地球球化化学学作作用用类类型型①溶溶解解--沉沉淀淀作作用用②离离子子交交换换作作用用③氧氧化化还还原原作作用用：：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，