【理论】地下水化学成分（成因类型+形成作用）

一.地下水化学成分的基本成因类型

地球上的水圈是原始地壳生成后，氢和氧随同其它易挥发组分从地球内部层圈逸出而形成的。地下水起源于深部层圈。其成因类型主要有三个。

1、溶滤水

是指由富含CO2和O2的水渗入补给并溶滤其所流经岩土而获得主要化学成分的地下水。其成分受岩性、气候、地貌等因素的影响。在大范围上，受气候控制而有分带性。 

（1）岩性：①石灰岩、白云岩分布区，水中HCO3-、Ca2+、Mg2+为主；② 含石膏的沉积岩区，水中SO42-、Ca2+均较多；③ 酸性岩浆岩地区，多为HCO3—Na型水； ④ 基性岩浆岩地区，水中常富含Mg2+；⑤ 煤系地层、金属硫化物矿床分布区，多为硫酸盐水。 

（2）地形地貌：会干扰气候的分带性，水的化学成分和矿化度均呈现分带现象。 

（3）气候：干旱地区的山间盆地，气候、岩性、地形表现为统一的分带性，地下水化学分带也最为典型。往往边缘洪积扇顶部为低矿化重碳酸盐水带，过渡带为中等矿化硫酸盐水，盆地中部为高矿化的氯化物水。 

自然界中的绝大部分地下水属于溶滤水，常常具有水平分带性和垂直分带性。 

水文地球化学分带是指地下水中化学成分及水文地球化学环境指标在空间呈带状变化的规律。

水文地球化学水平分带是地下水中化学成分和矿化度在水平方向上呈带状变化的规律性。

水文地球化学垂直分带是地下水中化学成分和矿化度在垂直剖面上随深度变化的规律性。

2、沉积水(埋藏水)

是在沉积过程中保存在成岩沉积物空隙中的水。即与沉积物大体同时形成的古地下水。 

海相淤泥通常含有大量有机质和各种微生物，处于缺氧环境，有利于生物化学作用。淤泥中水的化学特征。

①矿化度很高，可达300g/l；

②SO42-减少或消失；

③钙Ca2+含量相对增加，Na+减少，rNa/rCl<0.85；

④ 富集Br、I，Cl/Br变小；

⑤出现H2S、CH4、铵、氮；

⑥pH值增高。

3、内生水又称原生水(初生水)

是源自地球深部层圈的地下水，亦即来自地球内部在岩浆冷却等地质作用下形成的地下水。

二.地下水化学成分的形成作用

水文地球化学作用是在一定地球化学环境下，影响地下水化学成分形成、迁移和变化的作用。

溶滤作用：是指地下水与岩土相互作用、岩土中一部分物质转入到地下水中的作用。地下水与岩石相互作用使岩石中一部分可溶成分转入水中，而不破坏矿物结晶格架的作用。

水解作用：是地下水与岩石相互作用成岩矿物的晶格中发生阳离子被水中氢离子取代的过程。

矿物盐类与水溶液接触，发生两种作用，一是溶解作用（resolubilization），离子由结晶格架转入水中；另一种是结晶作用，离子由液体中固着于晶体格架中。当溶液达到饱和时溶液中某种盐类的含量称为溶解度。温度上升时，溶解度增大。

蒸发浓缩作用：是地下水通过蒸发排泄而引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象。

必备条件：①干旱半干旱的气候，②低平地势控制下的地下水位埋深小，③松散岩土颗粒细小，毛细作用强，④一般发生于地下水流动系统的排泄处，⑤具有时间和空间的尺度。

脱碳酸作用：是在温度升高、压力降低的情况下CO2自水中逸出而HCO3-含量则因形成碳酸盐沉淀减少的过程。典型的例子是来自深部地下水的泉口的钙华。

Ca2+/Mg2++2HCO3- →CO2↑+H2O+Ca/MgCO3↓

脱硫酸作用：是在封闭缺氧的还原环境中，在有机物和脱硫酸细菌作用下，硫酸盐被分解成H2S和HCO3-的生物化学过程。

       SO42-+ 2C + 2H2O →H2S + 2HCO3-

封闭的地质构造为其有利环境，油水中有H2S，为找油标志。 

脱硝(氮)作用：是水中氮氧化物在去氮菌作用下分解亚硝酸盐和硝酸盐、最后排出自由氮的过程，是水中富含N2和CO2。

硝化作用：是有机质分解产生的酸在硝化菌作用下使铵氧化生成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。

阳离子交替吸附作用：是地下水与岩石相互作用，岩石颗粒表面吸附的阳离子被水中阳离子置换，并使水化学成分发生改变的过程。

吸附能力：

       H+ >Fe3+ >Al3+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+

阳离子交替吸附作用取决于岩土的吸附能力、岩土的比表面积、离子的相对浓度。

混合作用：是指两种或两种以上不同成分水之间的混合，使原有水的化学成分发生改变的作用。有时发生化学反应，例如：

       Ca(HCO3)2+Na2SO4 →CaSO4↓+2NaHCO3 

人类活动对地下水化学成分影响 

近年来，人类活动对地下水化学成分的影响越来越大，表现在生产生活产生的废弃物污染地下水，人类活动改变了地下水形成条件也改变了地下水的化学成分。

（1）工业生产的废水、废气和废渣，以及农业上大量使用化肥、农药，使地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等。

（2）人类活动通过改变地下水形成条件而改变地下水的化学成分，表现在：

① 滨海地区过量开采地下水引起海水入侵 .

② 不合理的打井采水使咸水运移。 

③ 干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，会使浅层地下水位上升，引起大面积次生盐渍化，并使浅层地下水变咸。

④ 原来分布有地下咸水的地区，通过挖渠打井，降低地下水位，减少蒸发量，可使地下水淡化。 

⑤ 在地下咸水分布区，引来区外淡的地表水，合理补给地下水，也可使地下水变淡。

来源：地下水污染防控与修复产业联盟微信公众号

编辑：毛超

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