第1章 水文地球化学基础【参考】.doc

第一篇 基 础 篇 第一章 水文地球化学基础 第一节 应用水文地球化学的某些基本概念 虽然我们已对水文地球化学有一定的了解，但是为了更好地转入应用水文地球化学，对水文地球化学中的某些基本概念进行复习和深化了解是很有必要的。 水岩作用(WRI) 水岩作用是一种学术观点，它主张将地壳看成是一个水岩体系，许多地质和水文地质现象都与天然水和岩石之间的相互作用有关。应用水岩作用的观点来研究地学中的问题能更科学、更有效地解决问题。水文地球化学与单纯的水化学不同。水文地球化学中的水是指与地球有关的水，凡是天然水体，它总是与地球物质发生着关系。地下水总是赋存于地质体内，或者说，地质体、岩石内总是多少包含有一定的水分。因此，水文地球化学将水和岩石看成一个互相联系的体系，称它为水岩体系。水文地球化学作用除了水溶液作用以外，更主要的是水与岩石之间的作用。既然在地球表面上和地球内部水是那样普遍，因此在研究地学时我们应该将水和岩石联系起来看问题。许多人认为，地学、地球化学中的问题，特别是低温地球化学（温度小于200℃）问题，在大多数情况下都是发生在水岩体系中的水岩作用(water-rock interaction)问题。凡是孤立地单一从水或岩石来研究地球化学问题是不全面的，因而也是不科学的。 世界上许多科学家都持有与此相同的观点，因此于1974年在前苏联水文地质学家的倡议下，志同道合的科学家汇聚在捷克的布拉格，举行了第一届国际水岩作用学术大会。此后在国际地球化学宇宙化学协会下设了水岩作用委员会，在它的组织下，每三年举行一次学术活动。第二次，于1977年在法国的斯特拉斯堡；第三次，于1980年于加拿大的埃特蒙顿；第四次，于1983年在日本的鸟取县三朝町；第五次，于1986年在冰岛的雷克雅维克；第六次，于1989年在英国的毛尔芬；第七次，于1992年在美国的花园城；第八次，于1995年在俄罗斯的海参威；第九次于1998年在新西兰的TAUPO举行；第十次于2001年在意大利举行。会议研究地球化学作用的机理以及它们在人类活动各领域中的应用，涉及范围非常广泛。如第六届水岩作用学术会议上讨论的议题如下：水热矿床，溶质迁移和阻滞，地球化学模式，卤水成因，风化与侵蚀，化学动力学，固液界面作用，地壳流体，洋壳流体和空气与水的相互作用等。 水岩体系实际上是水岩气三相体系。气体在地壳中分布较普遍，而且在地球化学作用或环境变化中非常活跃，因此是研究水岩作用中的一个重要因素。水岩体系中处了气体活跃因素以外还有另一个地球化学活跃因素，它们是有机质和微生物。岩石中的有机物质也有固液气三相。在研究水岩作用时，不要忘了气体和有机物质（包括微生物）这两个重要的因素。 近来，水岩作用的学术思想有向人水岩作用（或人为水岩作用）的方向发展的趋势。人类的发展、现代科学的发展已使人类活动对地球产生的影响越来越大，以至几乎任何地方的地壳浅部无不受人类活动的影响的。人为活动经常向水岩体系中加入人为的液体和固体，或改变原有的水、岩的性质和空间位置，从而发生人为的水岩作用，也可称为人－水－岩作用。 为了更好地研究水岩作用，首先简要地回顾一些与水文地球化学有关的概念和化学作用。 二、天然水的化学成分及其表达式 天然水并不是单纯的氢氧化合物，而是一种含有各种成分的水溶液，其化学成分可分三大类：无机成分，有机成分，气体成分。 无机成分按其含量（以1毫克/升为界）又可分有大量（常量）组分，微量组分两种；或分为主要成分（大于1毫克/升），次要成分（0. 1—10毫克/升），和痕量组分（小于0.1毫克/升）三种。主要成分是Na+ ,Mg2+ ,Ca2+ ,Cl- ,HCO3- ,SO42- ，硅酸。次要成分有K+ ,F- P, B, Fe,硝酸根，碳酸根等。天然水中溶解有机成分比无机少，但它在天然水中确实普遍存在。它们主要是富里酸和有机酸。天然水中最丰富的溶解气体是氮，氧，二氧化碳、甲烷，硫化氢和一氧化二氮。其它较重要的气体有氡，氦，氩，氪等。它们可提供水的来源和年龄等重要信息。 　　水化学成分的表达式是用其主要成分的相对含量（毫克当量%），矿化度(克/升，表示在化学成分的前面）和pH值（表在化学成分的后面）来表示；矿化度和pH值也可用分子分母来表示在化学成分的前面，后面可用来表示某些特定的元素含量（克/升）。 　　　　 三、矿化度M、总固溶物TDS和电导率 　　水中化学组分含量的总和称为总矿化度，一般用M表示。溶解于水中的固相物质的总量称为总固溶物，可用TDS来表示，它等于干固残渣的重量。这两者的含义很接近，它俩之间的差别是前者比后者大，其差值为HCO3—含量的一半。因为在水蒸干过程中，重碳酸根含量的一半将转化为CO2气体而逸出。天然水按矿化度或总固溶物的分类见下表。 表1.1.1 天然水按矿化