8-溶濾滲入水

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1、水文地球化學(xué)主講：郭清海中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院一門(mén)關(guān)于地下水的科學(xué)地下水化學(xué)成分的形成與特征地下水基本成因類型按照地下水的形成起源可分為：溶濾-滲入水沉積-埋藏水同期沉積水非同期沉積水含有一定比例的其他成因水內(nèi)生水溶濾-滲入水溶濾-滲入水為大氣起源，溶濾作用對(duì)地下水化學(xué)成分的形成起重要作用。沉積-埋藏水也稱為封存水，埋藏于地質(zhì)構(gòu)造比較封閉的地下環(huán)境中，其成分可在一定程度上反映形成沉積物時(shí)盆地的特點(diǎn)。在沉積-埋藏水的形成過(guò)程中，一般經(jīng)歷以下的演化階段，下面以海相地層為例說(shuō)明。以上演化過(guò)程在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期可能會(huì)循環(huán)往復(fù)許多次。由此可見(jiàn)，沉積-埋藏水的形成過(guò)程及其水化學(xué)成分

2、是非常復(fù)雜的。擠壓階段：淤泥、粘土中的水受擠壓進(jìn)入含水層滲入階段：沉積物出露地表，大氣水或地表水入滲，并驅(qū)替沉積物中的水，發(fā)生水交替作用下一個(gè)擠壓階段：形成新的淤泥、粘土；含水層中的水由中心向盆地兩側(cè)運(yùn)移地下水基本成因類型地下水基本成因類型內(nèi)生水概念由來(lái)1902年捷克鴆斯提出“初生水”，即巖漿分異出來(lái)的水（巖漿水），認(rèn)為該水首次流出地表，繼而參與水圈總循環(huán)。1940年蘇聯(lián)奧弗琴尼柯夫認(rèn)為巖漿中確有水存在，并可使地下水圈的水在地殼發(fā)展過(guò)程中稍有增加，但不能認(rèn)為地下水的儲(chǔ)量是巖漿活動(dòng)造成的；他將高溫條件下礦物及巖石中結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)、并轉(zhuǎn)入現(xiàn)代水圈的水稱為“再生水”。1975年加

3、弗里連科，在承認(rèn)初生水基礎(chǔ)上，提出“深成水”，包括沿深大斷裂向地殼層和地表運(yùn)移的，積極參與區(qū)域變質(zhì)作用、接觸交代作用和花崗巖化作用的大量初生水，以及以上作用終止后從巖石中脫出的再生水。這部分水僅當(dāng)存在適當(dāng)通道時(shí)，才溢出地表。地下水基本成因類型滲入成因的（溶濾-滲入水）外生的沉積成因的（沉積-埋藏水）地下水變質(zhì)成因的（再生水、變質(zhì)水）內(nèi)生的巖漿成因的（初生水、巖漿水）混合滲入成因地下水滲入成因地下水成分的形成過(guò)程滲入成因地下水的形成經(jīng)歷了：大氣降水階段包氣帶（土壤）階段水-巖相互作用階段蒸發(fā)濃縮階段一、大氣降水階段大氣降雨的一般成分特征氣體可溶性氣體（O2,CO2,N2等）及惰

4、性氣體侵蝕性CO2溶于水后，形成碳酸，降低了雨水的pH值，提高了它的侵蝕性弱酸-中性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未飽和，礦化度低———強(qiáng)的溶解能力人類活動(dòng)促使大氣降水聚集各類金屬、有機(jī)化合物及各種鹽類，改變了雨水的礦化度、成分、氧化-還原性質(zhì)、侵蝕性等。（例如酸雨——pH<5.65）一、大氣降水階段不同地區(qū)的大氣降雨成分不同近海地區(qū)：受風(fēng)卷送的海水飛沫等影響，其N(xiāo)a，Cl，Br，I等含量相對(duì)增高，在海邊的雨水的礦化度可超過(guò)0.1g/l。內(nèi)陸濕潤(rùn)地區(qū)：雨水是無(wú)色、無(wú)味的，所含離子主要為Ca2+和HCO3-，礦化度一般為0.0n克/升。內(nèi)陸干旱地區(qū)：雨水中雜質(zhì)比較多，礦化度可達(dá)0.n克/升。二、包氣帶（

5、土壤）階段土壤是一個(gè)消耗水中DO的“酸性泵”DO與黃鐵礦、錳結(jié)核等土壤中的礦物相反應(yīng)也是酸性物質(zhì)的來(lái)源之一土壤中存在大量碳酸，來(lái)源于大氣中的CO2土壤中有機(jī)物的分解根系植物的呼吸作用土壤的生物化學(xué)作用產(chǎn)生許多有機(jī)酸，如富里酸、腐殖酸土壤的氧化還原條件改變金屬元素的價(jià)態(tài)氧化條件下As、Fe、Mn形成難溶化合物，阻礙其隨地下水遷移，并減小了對(duì)農(nóng)作物的危害還原條件下Cr、Zn、Cu、Cd形成難溶化合物，阻礙其隨地下水遷移，并減小了對(duì)農(nóng)作物的危害二、包氣帶（土壤）階段經(jīng)過(guò)土壤的入滲水的特征含有數(shù)量可觀的碳酸；相對(duì)于碳酸鹽礦物與原生鋁硅酸鹽礦物，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和狀態(tài)，即具有強(qiáng)溶解能力。上述特

6、征決定了經(jīng)過(guò)土壤帶的入滲水具有很強(qiáng)的與圍巖介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的能力。二、包氣帶（土壤）階段三、水-巖相互作用階段水與巖石的相互作用取決于巖石（或礦物）的組成地下水的成分環(huán)境的熱力學(xué)條件：如溫度、壓力等水-巖地球化學(xué)作用類型溶解-沉淀作用離子交換作用氧化還原作用氯化物型水出現(xiàn)于含鹽地層及土壤鹽漬化區(qū)硫酸鹽型水出現(xiàn)于干旱、半干旱大陸區(qū)和石膏區(qū)重碳酸型水出現(xiàn)于碳酸鹽巖區(qū)、陸源沉積巖區(qū)、火山巖區(qū)含硅酸、Fe3+較高的重碳酸型水出現(xiàn)于風(fēng)化強(qiáng)烈的濕熱氣候區(qū)在氣候溫和，降水充沛，地下徑流發(fā)育的地區(qū)，如含水層介質(zhì)由多種礦物組成，各種礦物在溶濾作用下依次溶出三、水-巖相互作用階段—溶濾作用三、水-巖相

7、互作用階段—溶濾作用以富含O2的入滲水進(jìn)入含黃鐵礦的沉積層為例沉積層中黃鐵礦溶解，地下水中形成Fe2+與SO42-2FeS2+7O2+2H2O=4SO42-+2Fe2++4H+上述反應(yīng)生成的硫酸與碳酸鹽巖反應(yīng)，可生成CO2，并進(jìn)一步促進(jìn)碳酸鹽巖的溶解，形成SO4.HCO3型水；若無(wú)碳酸巖存在，則形成SO4型水；在強(qiáng)氧化條件下，且有碳酸鹽巖存在時(shí)，硫酸被中和，pH增高，可析出氫氧化鐵沉淀以沉積層中含有機(jī)物為例地下水中的SO42-被還原為H2S地下水中含H2S氣體，取樣時(shí)可聞到臭雞蛋味道SO42