1-水文地球化学导论

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1、水文地球化学主讲：郭清海中国地质大学（武汉）环境学院一门关于地下水的科学导论授课内容水文地球化学的学科归属水文地球化学的含义水文地球化学的研究意义水文地球化学的研究进展水文地球化学的研究方法应具备的基础知识参考资料水文地质学研究对象：地下水研究内容：在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动的相互作用下，地下水的水量与水质的时空变化规律研究目的：以上述基本规律为指导原则，有效调节、控制、利用地下水，达到兴利避害，为人类服务的目的地下水水量的变化规律的研究属于地下水动力学、地下水流数值模拟的范畴地下水水质的变化规律的研究属于水文地球化学的范畴在此研究领域内，水文地球

2、化学模拟的基本理论与技术方法正日益受到重视尽管目前尚未开设专门讲述水文地球化学模拟的课程，但在本课程中，将涉及水化学模拟及其应用方面的内容水文地球化学的学科归属“水文地球化学”概念的由来该术语的英文名称：Hydrogeochemistry简写为“HGC”1929年，原苏联杰出的地球化学家维尔纳茨基于在俄罗斯矿物学会宣读了一篇论文，率先科学地阐明了水文地球化学所研究的内容1938年，原苏联著名水文地质学家奥弗琴尼柯夫正式提出了这一术语我国水文地球化学的奠基人沈照理教授对HGC基本含义的概括：HGC是在水文地质学与地球化学的基础上发展起来的，已成为一门独立的学科HG

3、C的主要研究对象为地下水化学成分的形成、演化、迁移、富集规律HGC是水文地质学的分支学科一方面：地下水化学成分及其变化规律是水文地质条件的重要组成部分，水化学场的变化往往与水动力场相对应ⅠⅡⅢ分带：潜水埋藏带溢出带潜水下降带盐分溶滤带盐分过路带盐分积聚带干旱地区山间盆地洪积扇典型水文地质分带另一方面：HGC的研究离不开水文地质条件的深入分析。人们早已认识到，地下水化学成分是水-岩相互作用的产物，如希腊名言：水流经的岩石怎样，水也就怎样。可是这一规律有时还无法解释地下水化学成分的特殊性。比如，在围岩岩性相同的情况下（如灰岩），水化学成分可以大相径庭。例如：同是嘉陵

4、江组（T1J）的白云岩：位于浅部水交替积极地段的岩溶水为TDS很低的HCO3-Ca-Mg水，而位于深部水交替滞缓地段的岩溶水为CaCl2型卤水要合理解释这种现象，就不能不分析这一地区的水文地质条件，尤其是这一地区的地质发展历史和古水文地质条件。CaMg(CO3)2(白云岩)+2CO2+2H2O=Ca2++Mg2++4HCO3-2CaCO3(灰岩)+MgCl2=CaMg(CO3)2(白云岩)+CaCl2HGC是在水文地质学与地球化学的基础上发展起来的一门独立学科HGC奠基人是地球化学家维尔纳茨基创始人是水文地质学家奥弗琴尼柯夫地球化学VSHGC是研究地球元素的迁移

5、、富集规律的一门学科，是研究地球的化学组成、化学作用及化学演化的科学地球化学的研究范围涵盖了大气圈、水圈、生物圈和岩石圈，而水文地球化学侧重于研究水圈、尤其是地下水圈。地球化学不考虑地下水动力场，水文地球化学考察在地下水流动过程中化学组分的变化规律。地球化学的一些基本原理和工作方法，同样适合于HGC的研究，如元素克拉克值（地壳中化学元素平均含量的质量百分数）的概念，pH-Eh相图法等，均可用于HGC的研究。HGC的主要研究对象为地下水化学成分的形成、演化、迁移、富集规律上述论断也是HGC的传统定义地下水中的化学组分地壳中含有87种稳定元素，至今已在地下水中发现了

6、70多种；元素在地下水中除以简单和复杂离子形式存在外，还以络合物、气体等形式存在；地下水中不仅有大家所熟知的无机组分如K、Na、SO4、Cl、HCO3、CO2等，还存在有机物、微生物。地下水系统中的水文地球化学过程HGC的研究意义理论意义曾有科学家把水称为科学的镜子，即对水的研究程度反应着科技的发展水平；以水圈的重要组成部分—地下水作为主要研究对象的HGC，有助于阐明地球上水的形成与起源。水文循环：小循环+大循环地质循环（水的分解与合成）水的起源和地球化学演化1—幔源初生水；2—返回地幔的水；3—重结晶脱出水（再生水）；4—沉积水；5—埋藏水；6—地内水循环；7

7、—小循环；8—大循环；9—地下径流；10—地表径流Ⅰ—海洋水Ⅱ—沉积盖层Ⅲ—地壳的晶质岩Ⅳ—岩浆源Ⅴ—地幔岩Ⅵ—大陆冰盖VIVIIIIIIIVI地下水起源与岩浆水实际意义地下水污染预防和控制包括：含水层自净化研究、地下水污染敏感性研究以及污染源控制地下水污染治理研究包括：污染场地治理、地面净化处理寻找适于饮用的优质地下水和天然矿泉水，并对其进行水文地球化学评价查明地方病与水土环境的关系，为防治地方病服务HGC的研究意义天然劣质地下水是我国农村重要的饮水安全问题19100亿m38840亿m3农村：天然劣质地下水城市：地下水污染氟斑牙患者:2100多万人氟骨症患者

8、:100多万人饮用水中氟