【正文】 第二篇 地下流體化學(xué)動態(tài)觀測《地下流體觀測》第二篇 地下流體化學(xué)動態(tài)觀測第一章 預(yù)備知識第一節(jié) 地下流體化學(xué)特性及其動態(tài)觀測點(diǎn)一． 水中組分的化學(xué)性質(zhì)(一).地殼的化學(xué)成分某元素在地殼中的平均化學(xué)成分，稱為該元素的豐度。地球化學(xué)家克拉克最早提出比較完整的地殼豐度值，所以地殼豐度值又稱為克拉克值。地殼中元素豐度特征是：1．處于前三位的元素是O、 Si、 Al ；2．元素豐度隨原子序數(shù)增加而減?。?．元素的克拉克值反映了地殼的平均化學(xué)成分，確定著地殼中各種地球化學(xué)背景，影響著元素地球化學(xué)過程的濃度。如豐度值低而溶解度高的Br、I在水中的濃度總是低的，而豐度值高的K、Na在地下水中形成較高的濃度。(二).天然水的的成分1．大氣降水大氣降水是海洋和陸地蒸發(fā)的水蒸汽凝結(jié)而成的，其成分主要取決于地區(qū)條件，因此其成分變化較大。近海處的大氣降水由于混入由風(fēng)卷送的飛沫，成分中有Cl、Na+,內(nèi)陸可混入灰塵，細(xì)菌，以Ca2+、HCO32為主，SO42的含量也較高，～。一般初降雨水中雜質(zhì)較多，而長期降雨或濕潤地區(qū)雨水的雜質(zhì)較少。2．河水河流是降水經(jīng)地面徑流匯集而成，它在發(fā)源地可能受高山冰雪補(bǔ)給，沿途可能與地下水相互交流，由于流域面積十分廣闊，又是敞開流動水體，河水成分與地區(qū)、氣候條件關(guān)系密切，而且受生物活動和人類活動影響最大。河水廣泛接觸巖石、土壤，水質(zhì)與地形、地質(zhì)條件直接有關(guān)，不同地區(qū)礦物組成決定著河水的基本化學(xué)成分。河水中一般均攜帶泥沙。山區(qū)、林區(qū)沼澤流出的河水含有腐植質(zhì)及藻質(zhì)。河水中的主要離子為：Na+、 K+ 、Ca2+ 、Mg2+、 Cl 、SO42 、HCO3 、NO、Fe3+。河水的總含鹽量一般在100—200mg/L，不超過500mg/L，某些內(nèi)陸河流可達(dá)到很高的礦化度。世界河流平均含鹽量為100mg/L ，我國為166mg/L。一般情況下，河水化學(xué)成分有一定的穩(wěn)定性，若出現(xiàn)異常，大多來自現(xiàn)代工業(yè)污染。二．地下水的化學(xué)成分與特性水的基本化學(xué)組成是H2O,但地下水不是純水，是一種復(fù)雜的天然水溶液，其中溶解有各種不同離子、分子以及多種氣體。到目前為止，在天然地下水中已發(fā)現(xiàn)有60多種元素存在。不同元素以不同形式存在于地下水中。各種元素及其化合物等在地下水中存在的形式主要是氣體與離子。由于地下水中含有不同的元素而且以不同形式及不同含量存在，因此使地下水具有不同的化學(xué)特性。地下水中，還含有微生物、細(xì)菌等。（一）地下水中的氣體成分地下水中含有多種氣體成分，常見的有：ONCOCHH2S。（O2）、氮?dú)猓∟2）地下水中的ON2，主要來源于大氣，在近地表的地下水中，其含量較大，愈往深處，其含量愈少，因此，常常將含有ON2的地下水當(dāng)做大氣降水入滲補(bǔ)給為主的地下水。地下水中氧的存在與否，對水文地球化學(xué)環(huán)境的研究具有較大的意義。含溶解氧較多的地下水，所處的地球化學(xué)環(huán)境為氧化環(huán)境，而沒有或很少含氧的地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境為還原環(huán)境。（H2S）H2S氣體通常是在缺氧的還原環(huán)境中（封閉的地質(zhì)構(gòu)造），在有機(jī)物存在時生物化學(xué)作用的產(chǎn)物，多見于深層地下水中。此外，在油田中，其含量一般較高，因此常常將H2S作為尋找石油的間接標(biāo)志。（CO2）地下水中的CO2來源很復(fù)雜，在地殼淺處可來自大氣，也可來自土壤中的生物化學(xué)作用所形成的產(chǎn)物。在地殼深處，在火山活動或者巖漿活動的地區(qū)，碳酸鹽遇熱分解也能生成CO2由此可見，地殼中不同深度上的地下水都可含CO2，在現(xiàn)代地殼運(yùn)動較強(qiáng)烈的地區(qū)更為多見，含量也往往較高。地下水中的CO2的含量通常為15～40mg/L,一般不超過150mg/L.（二）地下水中的主要離子成分地下水中含有數(shù)十種離子，有些含量很大，有些含量很小。一般情況下，在地下水化學(xué)成分中占主要地位的只有以下7種，即Na+、K+、Ca+Mg+Cl、SO4HCO3。它們分布范圍廣，在地下水中占絕對優(yōu)勢，并且決定了地下水化學(xué)成分的基本類型和特點(diǎn)。1．氯離子（Cl）氯離子是地下水中分布最廣的離子，幾乎存在于所有的地下水中，含量變化范圍很大，每升水中由數(shù)毫克至數(shù)百克不等。在含鹽量較多的地下水中，Cl含量常常占優(yōu)勢，因此Cl常常是水中含鹽量多寡的標(biāo)志。地下水中的Cl主要來自巖鹽及其它含氯化物的沉積物，也可以來自海水和火山巖中某些礦物（如方鈉石NaAlSiO3﹒NaCl）的分化產(chǎn)物。此外，地下水中的Cl還可能有有機(jī)來源，即來自動物及人類的排泄物。因此，往往在城市或居民點(diǎn)附近的地下水中，Cl的含量增高。2．硫酸根離子（SO42）硫酸根離子也是地下水中廣泛存在的離子，其總含量在陰離子中僅次于Cl。在每升地下水中SO42的含量變化范圍由小于1mg至數(shù)克不等。地下水中SO42的主要來源為石膏及其它含硫酸鹽的沉積物。天然硫和硫化物（如黃鐵礦等）的氧化作用也可以給地下水帶來SO42。如：3．重碳酸根離子（HCO3）重碳酸根離子也是地下水中廣泛存在的陰離子，但其含量一般不超過1g/L，這是因?yàn)镠CO3主要來源于碳酸鹽類巖石，而碳酸鹽類巖石的溶解度很小，只有當(dāng)?shù)叵滤写嬖贑O2時才較易溶于水。通常以HCO3為主要成分的地下水含鹽量都不高，因此它是淡水的特征。4．鈉離子（Na+）鈉離子是地下水中分布最廣泛的陽離子，其含量隨水中含鹽量而變化，可由每升數(shù)毫克至數(shù)十克甚至數(shù)百克以上。Na+是地下水溶解巖鹽及其它的鈉鹽的結(jié)果，也可以來自海水或古海水的殘余，還可以來自火成巖與變質(zhì)巖中某些礦物（如鈉長石）的分化產(chǎn)物：公式5．鉀離子（K+）鉀離子的來源與Na+相似。鉀鹽的溶解度也很大，但是K+在地下水中的含量要比Na+少得多，這是因?yàn)镵+容易組成難溶于水的次生礦物（如水云母等）和被植物吸收之故。6．鈣離子（Ca+2）鈣離子在地下水中分布很廣，但含量不高，很少超過1g/L，因?yàn)镃a+2主要是地下水溶解碳酸鹽類巖石的結(jié)果，而這類巖石的溶解度很低，所以Ca+2只是低含鹽量地下水的主要陽離子，隨著含鹽量的增高，Ca+2的相對含量很快減少。7．鎂離子（Mg+2）鎂離子在地下水中分布也很廣，但含量不高，其主要來源為白云巖，也可以來自火成巖、變質(zhì)巖中含鎂礦物(如輝石、橄欖石等)的分化產(chǎn)物，如：地下水中Mg+2的含量一般比Ca+2少，這是因?yàn)镸g+2容易參與次生礦物的組成之故，在富含鐵鎂礦物的超基性巖石發(fā)育地區(qū)，有時可以見到含Mg+2高的地下水（三）地下水的主要化學(xué)特性1．礦化度存在于地下水中的離子、分子及化合物的總含量，稱為地下水的礦化度，以g/L表示。其中包括所有呈溶解狀態(tài)及膠體狀態(tài)的成分，但不包括游離狀態(tài)的氣體成分。礦化度表示水中含量的多少，即水的礦化程度。按照礦化度將地下水分為淡水、微咸水、咸水、鹽水即鹵鹽水五類（） 不同類型地下水的礦化度地下水類型礦化度/(g/L)地下水類型礦化度/(g/L)淡水＜1鹽水10～50微咸水1～3鹵水＞50咸水3～10地下水的礦化度通常是以水樣蒸干（在105～110176。C）后所得到的干涸殘余物的含量來表示