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地下水的理化性质及其形成作用.ppt

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水文地质学 Hydrogeology,开课:地下水科学与工程教研室 主讲:姜纪沂 助教:廖 欣 联系:图405,jiangjiyi@fzxy.edu.cn 电话:15133637898,第四章 地下水的理化性质及其形成作用,4.1 地下水的物理性质 4.2 地下水的化学成分与特征 4.3 地下水化学成分的形成作用 4.4 地下水化学成分地下水化学资料整理与分析 4.5 地下水化学成分成因分类,4.1 地下水的物理性质,一、基本指标地下水的物理性质是地下水的比重、温度、透明度、颜色、味、嗅味、导电性、放射性等物理特性的总和。水温变化是影响水化学成分、水化学作用的重要因素。 悬浮固体(悬浮物)是指水中悬浮的泥砂、硅土、有机物和微生物等难溶于水的胶体或固体微粒。 比重取决于水中溶解盐数量。溶解盐越多,地下水比重越大。一般地下水的比重接近1。据此可判别盐湖中盐类沉积层位,便于分层位开采。,4.1 地下水的物理性质,导电性取决于水中溶解的电解质,即各种离子含量和价态。离子含量越多,价数越高,则导电性越强。此外,温度也影响导电性。 放射性取决于水中放射性物质含量。放射性矿床与酸性火成岩地区的地下水具有较高的放射性。利用水中放射性突然增强可以寻找放射性矿藏。 电导率(比电导) 是指电阻率的倒数,是度量水中离子含量的指标之一。淡水的电阻率为10-1~10-3Ω,咸水的电阻率比淡水的电阻率小,可根据电阻率确定滨海地区咸水和淡水分界面。,4.1 地下水的物理性质,地下水中的物质及颜色:,地下水中的物质及味道:,4.1 地下水的物理性质,地下水的透明度分级:,地下水的温度分级:,4.1 地下水的物理性质,二、地下水温度的控制因素,地温受太阳辐射能的影响呈周期性的昼夜变化和年变化,随着深度的增加,变化幅度逐渐减小。,地温变化幅度趋于零的深度为常温带。,地温受地球内部热力的影响,随着深度增加而有规律地升高。,1. 地壳的热力状态分层,2. 地壳热力状态表征指标 地热梯度r:在增温带,深度每增加100m,所增高的温度值。单位为oC/100m。 地热增温级G:温度每升高1℃ 所需增加的深度(m)称为地热增温级(单位: m /oC)。,,,例:已知年平均气温(t)、年常温带深度(h)、地温梯度(r)时,可估算某一深度(H)的地下水水温(T):T= t+ (H-h).r。,4.1 地下水的物理性质,3. 地下水的温度受其赋存与循环所处的地温控制。(1)变温带的浅埋地下水显示微小的水温季节变化。(2)常温带中的地下水水温与当地年平均气温接近。(3)增温带中的地下水,其水温随其赋存与循环深度的加大而升高,可成为热水乃至蒸汽。例:利用地下水水温,可以估算其循环深度H?,4.2 地下水的化学成分与特征,2. 研究地下水化学成分的意义 ① 阐明地下水的起源、形成与分布规律; ② 阐明成矿机制,完善与丰富找矿理论; ③ 地下水质量(环境)评价。,1. 地下水成分复杂,地下水成分复杂,下渗过程中与周围岩土产生溶滤作用(岩土成分复杂),,一、概述,一、概述,3. 研究学科 水文地球化学—研究地下水中化学元素迁移、集聚和分布规律的科学。 研究重点—地下水水质变化与地下水化学成分的形成作用。 4. 应注意问题ⅰ.离不开地下水动力学的研究ⅱ.要从与周围环境长期作用的观点出发,4.2 地下水的化学成分与特征,二、地下水的化学成分,组成地壳的87种元素,地下水中已发现70余种。存在形式:,4.2 地下水的化学成分与特征,气体: O2、N2、 H2S 、CH4、 CO2、Rn等离子:H+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ , OH-, Cl-, SO42-, NO2-, HCO3-, CO32-, SiO32-, PO42-胶体成分:SiO2 Fe(OH)3 Al(OH)3有机质:可增加地下水的酸度,有利于还原。微生物:① 氧化环境:硫细菌、铁细菌等;②还原环境:脱硫酸细菌等;③ 污染水:致病细菌。,(一)地下水中的气体成分O2、N2是氧化环境(开放、与大气相通)的标志;H2S 、CH4是还原环境(封闭、与大气隔绝)的标志;CO2的来源:生物化学作用;地壳深处灰岩遇热分解,4.2 地下水的化学成分与特征,1. 氧(O2)、氮(N2) (1)来源: O2 主要来源于大气; N2 三个来源:大气、生物成因、变质成因。 (2)判别: O2与N2共存---来源于大气并处于氧化环境 N2单独存在---来源于大气并处于还原环境 大气中惰性气体(Ar, Kr, Xe)与N2的比值: (Ar, Kr, Xe)/ N2 = 0.0118,则N2是大气起源 (Ar, Kr, Xe)/ N2 < 0.0118,则N2有生物或变质起源,4.2 地下水的化学成分与特征,2. 二氧化碳
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