1樓：中地數媒
地下水是由各種無
機物和有機物質組成的天然溶液，從化學成分來看，它是溶解的氣體、離子以及**於礦物和生物膠體物質的複雜綜合體。
(一)地下水中的主要氣體成分
地下水中溶有不等量的氣體，一般其含量為10－4%～10－1%，常見的氣體有氧(o2)、氮(n2)、硫化氫(h2s)、二氧化碳(co2)等。
1.氧(o2)、氮(n2)
氧是地殼中分佈最廣的元素，地下水中氧主要**於大氣，在高度25km大氣圈中氧的含量佔20.95%。植物的光合作用也能析出氧。
近地表的地下水中氧的含量多，越往深處，含量越少，其變化範圍通常在每升十幾毫克以內。氧在水中有較大的溶解度，其溶解量與水的礦化度、埋藏深度、大氣壓力等有關。含溶解氧多的水，說明處於氧化環境。
氮在空氣中佔78.09%，地下水中的氮氣主要**於大氣，結晶岩地區一些構造破碎帶的低礦化含氮溫泉，以及火山熱液氣體成分中，經常含有氮氣(表5－6)。氮的溶解度與溫度有關，但它的變化幅度較小。
表5－6 火山熱液氣體成分的含量(單位:%)
2.硫化氫(h2s)
天然水中硫化氫的含量很少，能夠呈溶解氣體和硫氫酸鹽的離解形式存在，但各種形式的存在狀況與ph值有關係(表5－7)。
地下水中硫化氫**於硫酸鹽的還原、硫化物的分解以及火山噴發物質。
普通水文地質學
某些地下熱水、工業廢水及生活汙水中也含有h2s。硫化氫含量大於2mg/l的地下水，稱為硫化氫礦水。在某些油田水中，每升水中硫化氫含量可高達幾克，因此，常以此作為尋找油氣田的間接標誌。
表5－7 硫化氫和硫氫酸的存在形式與ph值的關係
3.二氧化碳(co2)
二氧化碳的**很複雜，它可能來自大氣(空氣中二氧化碳佔0.03%);土壤中生物化學作用(土壤中每年形成13.5×1010t二氧化碳);火山岩漿活動地帶碳酸鹽遇熱分解:
普通水文地質學
沉積岩中含碳酸鹽岩石與酸性礦水作用也能形成二氧化碳:
普通水文地質學
地下水中的ph值決定了各種形式碳酸的含量(表5－8)。地下水中二氧化碳含量通常為每升幾十毫克，一般不超過150mg/l，由於二氧化碳的存在，使水的型別、侵蝕性、礦化度等發生了變化。
表5－8 ph值與碳酸形態之間的關係表
(二)地下水中的主要離子成分
地下水中離子成分是水溶解礦物鹽分的產物。地下水中分佈最廣的有cl－，so2－
4，hco－
3，na+，k+，ca2+，mg2+七種離子。這七種離子在很大程度上決定了地下水化學的基本特性。
1.氯離子(cl－)
氯離子是地下水中分佈最廣的陰離子，溶解度比較高，幾乎存在於所有的地下水中，其含量由每升數毫克至百餘克，在弱礦化的地下水中，氯離子含量極少，隨著礦化度的增加，氯離子含量有所增加。在乾旱地區的潛水中，氯離子含量與礦化度成正比。
地下水中氯離子**於鹽巖礦床、岩漿岩的風化礦物(如氯磷灰石ca5［po4］3cl、方鈉石na8［alsio4］6cl2)，火山噴發物質等。此外，還**於生活汙水及工業、農業排放的廢水。在沿海地區由於海水入侵使氯離子含量增高。
2.硫酸根離子(so2－
4)地下水中硫酸根離子的含量每升水中由十分之幾毫克至數十克不等，由於鈣離子的存在使硫酸根離子的含量受到限制，因為它們能形成caso4沉澱。在中等礦化的水中，硫酸根離子可成為含量最高的陰離子。
地下水中硫酸根離子**於石膏及其他硫酸鹽沉積物的溶解，硫化物和自然硫的氧化。如:
普通水文地質學
火山噴發時，有相當數量的硫化物和硫化氫氣體噴出並被氧化成硫酸根離子。
硫酸根離子也來自有機質的分解及某些工業廢水，因此，居民點附近地下水中so2－
4的存在常常和汙染有關。
3.重碳酸根離子(hco－
3)重碳酸根離子是地下水中重要的組成部分。它是低礦化水的主要陰離子成分，常和ca2+，mg2+共存，其含量一般小於1g/l。當地下水中有大量二氧化碳時，重碳酸根離子的濃度大大增加。
在碳酸水中可達1.24g/l或更多，而在河、湖水中不超過250mg/l。
地下水中重碳酸根離子主要**於碳酸鹽巖類(如石灰岩、白雲岩、泥灰岩)的溶解。
普通水文地質學
在岩漿岩與變質岩地區來自鋁矽酸鹽礦物(如鈉長石\鈣長石)的風化。
4.鈉離子(na+)
天然水中，鈉離子的分佈在陽離子中佔首位，海水中鈉離子含量佔全部陽離子的84%。鈉鹽具有較高的溶解度，在低礦化水中鈉離子含量由每升幾毫克至幾十毫克，隨著礦化度的增加鈉離子含量也增加，在滷水中最高含量可達每升數十至百克。
地下水中鈉離子**於鹽巖礦床及火成岩和變質岩中含鈉的礦物(如鈉長石、斜長石、霞石)的風化。如:
普通水文地質學
鈉還可以由含有吸附鈉的岩石與含有鈣離子的水發生陽離子交替吸附作用，使原來岩石上吸附的鈉離子轉入地下水中。
5.鉀離子(k+)
鉀在地殼中的含量與鈉相似(鉀佔2.59%，鈉佔2.83%)，鉀離子**於含鉀鹽沉積物的溶解及岩漿岩、變質岩中含鉀礦物的風化。
鉀同鈉一樣與主要陰離子組成易溶化合物(kcl，k2so4，k2co3)。鉀鹽的溶解度較大，但在地下水中鉀離子的含量卻很少，一般只有鈉離子含量的4%～10%，其原因是鉀離子易被植物吸收和黏土膠體吸附，也可形成難溶的次生礦物(如水雲母等)。
6.鈣離子(ca2+)
鈣離子是低礦化水的主要陽離子，由於鈣鹽的溶解度很小，因此，在天然水中鈣離子的含量並不高，一般很少超過1g/l。只有在深層的氯化鈣滷水中鈣離子的含量才能達到每升幾十克。
鈣離子的主要**是石灰岩、白雲岩和含鈣硫酸鹽礦物的溶解及岩漿岩與變質岩中含鈣礦物的風化。
7.鎂離子(mg2+)
鎂離子在地下水中分佈也很廣，但絕對含量卻不高。mg2+在低礦化水中，可達數毫克每升，中等礦化水中幾克每升，高礦化水中可達幾十克每升。鎂鹽的溶解度大於鈣鹽，但在地下水中鎂離子的含量比鈣離子少，其主要原因是鎂離子易被植物攝取，易參與次生礦物生成。
鎂離子的主要**是白雲岩、泥灰岩的溶解或基性、超基性岩石中某些礦物(黑雲母、橄欖石、角閃石等)的風化和分解。
(三)地下水中的主要微量元素
地下水中的元素含量小於10mg/l時稱為微量元素。常見的微量元素有:溴(br)、碘(i)、氟(f)、硼(b)、磷(p)、鉛(pb)、鋅(zn)、鋰(li)、銣(rb)、鍶(sr)、鋇(ba)、砷(as)、鉬(mo)、銅(cu)、鈷(co)、鎳(ni)、銀(ag)、鈹(be)、汞(hg)、銻(sb)、鉍(bi)、釩(v)、鎢(w)、鉻(cr)、錳(mn)及放射性元素:
鈾(u)、鐳(ra)、氡(rn)、釷(th)等。
水中微量元素呈膠體、分子或離子等形式存在。它們的含量一般低於1mg/l，因此，常用μg/l表示。
下面著重介紹地下水中常見的溴、碘、氟、硼四種微量元素。
1.溴(br)
溴是地殼中數量不多且處於分散狀態的元素。它在天然水中的含量低於氯。淡水中的溴含量為0.
001～0.2mg/l;海水中為65mg/l;礦水中溴的含量較高，為10～50mg/l;某些鹽湖水中可高達900mg/l;油田水中最高可達2000mg/l。
溴與氯一樣，隨礦化度增加而增加。結晶岩、沉積岩和土壤中處於分散狀態的溴和海洋中的溴是地下水中溴的主要**。
2.碘(i)
碘在天然水中的含量比溴少，海水中碘含量為0.05mg/l，鹽湖滷水中不含碘。與溴相似，在石油天然氣田中聚集了大量碘。
我國四川盆地某石油井在5237m深處地下水中含碘量高達586mg/l。
碘是人體中不可缺少的重要元素，地下水中碘的高含量可能與有機質有關，或從海水蒸發進入大氣，形成降水入滲到含水岩層中。
3.氟(f)
河水、湖水和自流水鑽孔中的氟含量為0.3～1.0mg/l，海水中氟含量在1mg/l左右，礦泉水中氟含量增高，如雲南騰衝礦泉中氟的最高含量可達32.
50mg/l，鹽湖滷水可達37.80mg/l。
含氟礦物(如磷灰石、螢石、電氣石、雲母)是地下水中氟離子主要**。岩石的平均含氟量以酸性巖最高，超基性岩最低。在現代火山活動區，氟可能**於初生水。
4.硼(b)
硼屬稀散元素。天然水中都含有硼元素，但含量不高。礦化度低的地下水中硼含量為每升千分之幾到萬分之幾毫克;海水中硼為1.
50～4.44mg/l;鹽湖滷水中硼含量可高達150.00mg/l。
地下水中的硼是從溶濾海相沉積岩或火山活動區岩石中富硼礦物進入地下水中的。
(四)地下水中其他成分
1.膠體成分
純水一般呈真溶液狀態，由於溶解某些鹽類或含有固體懸浮物質往往形成膠體溶液或懸濁液。組成地下水中膠體成分很多，但由於許多膠體成分不穩定，易生成次生礦物而沉澱。地下水中膠體成分主要有矽酸、氫氧化鐵、氫氧化鋁等。
(1)矽酸
矽酸是很弱的酸，它的離解程度很低。矽酸在每升地下水中的含量一般是十分之幾毫克，少數達幾毫克，但在鹼性熱水中，它的溶解效能好，可達到100mg/l。我國南方多雨潮溼的結晶岩地區，在一些低礦化度水中富集了矽酸鹽型水。
黏土礦物即是矽鋁酸化合物膠體，最簡單的形式是al2o3·2sio2·2h2o，矽鋁酸陰離子使黏土膠體粒子帶有負電荷，是吸附陽離子的主要原因。
(2)氫氧化鐵
在還原環境中，地下水中的鐵通常以低價fe2+出現，亞鐵離子在水中是不穩定的，極易氧化成氫氧化鐵析出:
普通水文地質學
膠體氫氧化鐵在地殼中分佈很廣，也是鐵在天然水中存在的主要形式之一。
(3)氫氧化鋁
氫氧化鋁膠體主要由鋁矽酸鹽風化分解而來，但很不穩定，容易形成水礬土，葉蠟石等次生礦物，氫氧化鋁在地下水中含量不高。
2.有機質
有機質的化學成分十分複雜。構成有機質的主要元素碳、氫、氧佔98.5%，此外還有少量的氮、磷、硫、鉀、鈣等元素。
地下水中的有機質大部分由腐殖質所組成，它是有機質經微生物分解後再合成的一種褐色或黑褐色的膠體物質。沼澤地區的地下水，有機質含量較高，呈酸性。油田水中有機質含量最高達n×10－1%。
大氣降水和海洋水中有機質的含量最少。其他地下水中含量只有n×10－3%。
地下水中有機質的主要**是土壤、岩石或石油天然氣的溶解，細菌或生物的作用，沿海鹽水的侵入等。此外，工業廢水、石油、天然氣、煤等礦產的開發，農業排灌以及城市汙染等也能形成有機質。
3.細菌成分
地下水中的細菌成分來自生活汙水、生物製品、造紙等各種工業廢水，這些汙水中往往含有各種病原菌，流入水體後會傳染各種疾病。此外，人類及動物的排洩物也能產生致病菌，汙染地下水。
水的細菌分析結果一般用細菌總數(每升水中)、菌度(含有1條大腸桿菌的水的毫升數)和檢定量(1l水中大腸桿菌的含量)表示(表5－9)。我國規定1ml飲用水中細菌總數不得超過100個，大腸桿菌不得超過3個。
表5－9 地下水衛生狀況按菌度劃分
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