7第七章-地下水的水文地球化学分带

LOGOHydrogeochemistry水文地球学东华理工大学水文地球化学课程组第七章地下水的水文地球化学分带CompanyLogo潜水的纬度分带地下水的水文地球化学分带，指地下水化学成分在空间（平面与剖面）上有规律的变化。它包括潜水的纬度分带，承压水盆地水文地质动力分带，水文地球化学分带及结晶岩山区基岩裂隙水的高程分带等。潜水主要受气候、地形等因素的控制，在我国主要表现为以下规律：（1）区域上：由东南向西北，地下水的矿化度逐渐增高，即由溶滤成因为主的、低矿化度的HCO3型淡水，逐渐向成分复杂的硫酸盐或氯化物型咸水过度，直至最后变为由浓缩作用形成的氯化型盐水和卤水。（2）局部：每个盆地呈现由山前到盆地中心或至滨海的水化学成分水平分带的规律，即由HCO3型－SO4型－Cl型。CompanyLogo潜水的纬度分带一、秦岭—淮河线以南及东南广大地区丘陵广布、气候湿润，年降水量大于1500mm，水文网切割强烈，可溶盐分布被大量冲刷和淋滤带走。因此，该地区广泛分布着溶滤作用形成的地矿化度的重碳酸盐型淡水。其阳离子成分主要受含水围岩成分的影响：灰岩、白云岩地区：HCO3-Ca或HCO3-Ca-Mg型水。花岗岩地区：HCO3-Na型水。变质岩、火山岩地区：HCO3–Ca-Na或HCO3–Na-Ca型水。矿化度0.5g/LCompanyLogo潜水的纬度分带二、秦岭－淮河以北地区年蒸发量大于降水量，年降水量400－700mm。从山前至盆地中心或滨海地带，由低矿化度(1g/L)的HCO3型水，逐渐过渡到矿化度1-3g/L的HCO3-Cl、SO4-Cl或Cl-SO4型的微咸水，最后发展为矿化度5-10g/L或大于10g/L的Cl型水。这里需要指明的是，有些盆地(如华北平原)的四周山地，年降水量较大，矿化度0.5g/L，为HCO3型水。CompanyLogo潜水的纬度分带三、东北北部大兴岭山地冻土区，广泛分布着M0.2g/L的HCO3－Ca型溶滤水，而东北平原则为M=0.5－1g/L的HCO3－Na－Ca型水。在盆地低洼地带，又于潜水水位较低，排泄不畅，有M=1－3g/L的HCO3－Cl－Na－Ca型咸水分布。四、西北干旱区以沙漠景观为特征，降水稀少，蒸发强烈，多数河流靠冰雪融水补给，主要为中高矿化度的HCO3-Cl-Na或Cl-Na型咸水(M1g/L)。在河西走廊、准噶尔、塔里木、吐鲁番以及柴达木盆地中，则分布有M=3-10g/L以上的Cl-Na型咸水、卤水(有的M达300g/L)。CompanyLogo潜水的纬度分带五、滨海地区的狭长地带长江以北渤海、黄海湾区滨海地带，地下水受海水的混入作用，地下水的矿化度多大于10g/L，高达50g/L，多为Cl－Na型水及Cl－SO4－Na型水。长江以南沿海区，气候潮湿，年降水量大于2000mm，地下水受冲淡，多位Cl－Na或HCO3－Cl－Na型水，M多为1－5g/L，很少大于10g/L。可见，我国潜水的纬度分布现象，充分显示了气候，地形对期水化学成分及矿化度的影响。CompanyLogo承压水盆地的水文地质动力分带水文地质动力分带是水交替速度不同的若干带沿深度的更替。根据地下水的埋藏深度和运动速度，承压水盆地可分出三个水文地质动力分带：上部带、中部带和下部带。一、水强烈交替带(上部带)这个带具有以下一些特点：（1）位于地方侵蚀基准面以上。（2）地下水运动速度快，水资源更新周期短，几十～几百年。（3）氧化作用强烈，可溶盐被冲刷、溶滤，为N2－O2气带。（4）形成低矿化度的HCO3型淡水。CompanyLogo承压水盆地的水文地质动力分带二、水缓慢交替带(中部带)这个带具有以下一些特点：（1）位于地方侵蚀基准面与海平面之间。（2）地下水运动速度缓慢，水资源更新周期长，几万～几十万年。（3）多为氧化－还原环境，为CO2－H2S带或CH4－N2气带。（4）形成矿化度较高的硫酸盐型水。CompanyLogo承压水盆地的水文地质动力分带三、水消极交替带(下部带)这个带具有以下一些特点：（1）分布在海平面以下。（2）地下水运动速度极其缓慢，资源更新周期一地质年代计。（3）多为还原环境，N2－CH4或CH4气体带。（4）以盐分浓缩为主，出现高矿化度的卤水和海相封存水，其矿化度是由岩石的弱化学淋滤作用，高温、高压、水―岩长期作用而造成的。CompanyLogo承压水盆地的水文地质动力分带思考题1．我国潜水纬度分带的主要规律？2．各水文地质动力交替分带的特点？CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带承压水盆地随深度的变化，发生矿化度和水化学成分的分带。一、按矿化度分带毕涅克尔将地下水的矿化度作为划分水文地球化学分带的指标，按矿化度克分为三个带：1．淡水带矿化度小于1g/L，一般位于承压水盆地边缘或垂直剖面的上部。水化学成分为HCO3型水(HCO3－Ca－Na)。极淡水：0.1g/L；正常淡水0.5g/L；硬淡水：1g/LCompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带一、按矿化度分带2.盐水带矿化度1－36g/L，一般位于盆地内部或盆地垂直剖面的中部，水化学成分为SO4型水（SO4－Ca－Na）。微盐水：3g/L；弱盐水：10g/L；强盐水：36g/L。3.卤水带矿化度36g/L，一般位于盆地中心部位或垂直剖面的深部。水化学成分为Cl化物型水(Cl－Na－Ca).特别弱的卤水：75g/L；弱卤水：150g/L；浓卤水：320g/L；特浓卤水：500g/L；极限过饱和卤水：500g/L.CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带水平分带：同一含水层中水化学成分分布规律。垂直分带：垂向上不同含水层水化学成分分布规律。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带1、影响分带的因素①构造开启程度封闭构造→承压水无地表排泄源，承压水运动主要通过隔水顶板作越流排泄的垂向运动，产生全分带。开启、半开启构造→承压水运动主要通过含水层作水平运动，有地表排泄源。②岩石成分：通过水岩作用，影响明显。③盆地的大小：它决定含水层中水的交替强度。④补给区高程：补给区与承压区、排泄区之间的高差，直接影响水循环的速度和水交替强度。⑤含水层补给条件：由大气降水、弱矿化的河水、冲积层潜水和矿化潜水补给。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带这个分带类型具有所有的基本和过渡的水化学类型。由弱矿化的HCO3-Ca型水到高矿化度的Cl-Na-Ca型。A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带HCO3-Ca型水带(弱矿化度重碳酸盐水的主要类型)：包括HCO3-SO4–CaHCO3-SO4–Ca-Na,HCO3-SO4-Na-Ca等过渡型水。SO4-Na型水带(硫酸盐型的基本和最终类型)：包括SO4-HCO3–Na-Ca，SO4-HCO3-Ca等过渡型水。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带HCO3-Na型水带(碱性水带，最终类型)：包括SO4-HCO3-Na，HCO3-SO4-Na等过渡型。Cl-Na型水带(溶滤成因盐水的基本类型)：包括HCO3-Cl-Na，Cl-HCO3-Na型水过渡类型。Cl-Na-Ca型水带(原生封存海水类型)。上述各种基本类型之间，包括中间过渡类型。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带A.有还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带B．在含石膏层和缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带HCO3-Ca型水带：包括HCO3-SO4-Ca型水带，M=0.5-1g/LSO4-Na型水带：包括SO4-HCO3-Ca，SO4-Ca，SO4–Ca-Na型，M=1.5-2.5g/LCl-Na型水带：包括SO4-Cl-Na,Cl-SO4-Na型，M=5-20g/LCl-Ca型水带。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（1）水文地质封闭构造的全水平分带B．在含石膏层和缺少还原硫酸盐条件的正常海相沉积岩中的分带CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（2）水文地质半开启构造中的水平分带类型这个类型的特点是相对发育，但是又不完全的水平分带，即缺少一个和几个后面的分带，首先是缺少原生的Cl－Na－Ca型水带，他已全部被排挤出去。这种分带类型的各带水的矿化度，与上述封闭构造类型的相应带中水的矿化度相似。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（2）水文地质半开启构造中的水平分带类型CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（3）水文地质开启构造的水平分带类型这一类型同样表现为不完全分带性，但与以上类型的区别是分带很不发育，一般只保留前几个分带，而后面的分带已全部被排挤出去。这种分带类型存在与褶皱山区水交替强烈的小承压水盆地和在大型承压水盆地水积极循环的含水层中。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（3）水文地质开启构造的水平分带类型CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（4）有断裂位移的复杂构造中的水平分带类型在承压水盆地的范围内，远离补给区的含水层被构造断裂破坏(正断层、逆掩断层)，沿着这些构造断裂可以排泄承压水，这往往破坏了含水层中水文地球化学分带的连续性。在构造断裂上、下盘是两种不同类型的分带。CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（4）有断裂位移的复杂构造中的水平分带类型CompanyLogo承压水盆地的水文地球化学分带二、按水化学成分分带2、水平分带类型（5）矿化水的水平分带类型这个类型的水平分带类型也是不完全的，它往往缺少开始的弱矿化水(淡水)带。这个类型的分带见于干旱