天然地下水的成因类型

不同领域的学者，目前得出了比较一致的认识，认为地球上的水圈是原始地壳生成后，氢和氧随同其他易挥发组分从地球内部圈层逸出而形成的。因此，地下水起源于地球深部圈层。从形成地下水化学成分的基本成分出发，可将地下水分为三种主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。

4211 溶滤水

富含CO2与O2的大气降水渗入地下形成的地下水，溶滤它所流经的岩士而获得其主要化学成分，这种水称为溶滤水。溶滤水的成分受到岩性、气候、地貌等因素的影响。

岩性对溶滤水的影响是显而易见的。石灰岩、白云岩分布区的地下水， ，Ca2+，Mg2+为其主要成分；含石膏的沉积岩区，水中 与Ca2+均较多；酸性岩浆岩地区的地下水，大都为HCO3-Na型水；基性岩浆岩地区，地下水中常富含Mg2+；煤系地层分布区与金属矿床分布区多形成硫酸盐水。

虽然地下水的化学成分受到其流经的岩士的化学成分的影响，但是地下水的化学成分未必一定具有岩士的化学成分。岩士的各种组分，其迁移能力各不相同。在潮湿气候下，原来含有大量易溶盐类（如NaCl，CaSO4）的沉积物，经过长时期充分溶滤，易迁移的离子淋滤比较充分，到后来地下水所能溶滤的主要是难以迁移的组分（如CaCO3，MgCO3，SiO2等）。因此，在潮湿气候区，尽管原来地层中所含的组分很不相同，有易溶的与难溶的，但其浅表部在丰沛降水的充分淋滤下，最终浅层地下水很可能都是低矿化重碳酸盐水，难溶的SiO2在水中占到相当比重。另一方面，干旱气候下平原或盆地的排泄区，由于地下水将盐类不断携来，水分不断蒸发，浅部地下水中盐分不断积累，不论其岩性有何差异，最终都将形成高矿化的氯化物水。从大范围来说，溶滤水的水质主要受控于气候，显示受气候控制的分带性。

地形因素往往会影响气候控制的水质分带性。这是因为在切割强烈的山区，流动迅速、流程短的局部地下水系统发育，地下水径流条件好，水交替迅速，即使在干旱地区也不会发生浓缩作用，因此常形成低矿化的以难溶离子为主的地下水。地势低平的平原与盆地，地下水径流微弱，水交替缓慢，地下水的矿化度与易溶离子含量均较高。

干旱地区的山间堆积盆地，气候、岩性、地形表现为统一的分带性，地下水水化学分带也最为典型。山前地区气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度也大；向盆地中心，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势低平。因此，水化学分带的总趋势是从盆地边缘洪积扇顶部的低矿化重碳酸盐水，到过渡地带的中等矿化硫酸盐水，盆地中心则是高矿化的氯化物水。

绝大部分地下水属于溶滤水（表42）。这不仅包括潜水，也包括大部分承压水。位置较浅或构造开启性好的含水系统，由于地下水径流途径短，流动相对较快，溶滤作用发育，多形成低矿化的重碳酸盐水。构造较为封闭的、位置较深的含水系统，则形成矿化度较高、易溶离子为主的地下水。同一含水系统的不同部位，由于径流条件与流程长短不同，水交替程度存在差异，从而可能出现水平的或垂向的水化学分带（王大纯等，1995）。

表42 地下水样品水化学资料　单位：mg/L

注：水样1的pH=57。水样2的Br-含量为022mg/L；I-含量为002mg/L；Sr2+含量为127mg/L；Ba2+含量为0035mg/L；F-含量为401mg/L；水温为39℃。水样3的Br-含量为1453mg/L；I-含量为24mg/L；Li+含量为50mg/L；Sr2+含量为2125mg/L；Ba2+含量为2389mg/L；B2O3含量为2872mg/L。水样4的F-含量为039mg/L。水样5的SiO2含量为172mg/L。

4212 沉积水

沉积水是指大体与沉积物沉积时同时生成并保留下来的古地下水。冲积相、湖积相、海相沉积物中的水具有不同的原始成分，被后来的沉积物覆盖封存后在漫长的地质年代中水质又经历了一系列复杂的变化，形成现今所能见到的同生沉积水。海相地层中的沉积水来源于古海水，陆相地层中的沉积水来源于古大气降水。大多数沉积水都是矿化度高的咸水或卤水，通常分布于各种沉积盆地内。

海相地层（包括蒸发岩和碳酸盐岩等）沉积水是古海水经过蒸发浓缩及一系列化学作用和生物化学作用而形成的。海水是矿化度约为35g/L的Cl-Na型水。由于经历一系列后期变化，海相地层沉积水与海水比较有以下不同：①矿化度很高，最高可达300g/L以上；② 减少乃至消失；③Ca2+的相对含量增大，Na+的相对含量减少；④富集溴、碘，碘的含量升高尤为显著；⑤出现H2S，CH4，铵，氮；⑥pH值增高。海相沉积水矿化度的增大，一般认为是海水经历了强烈的蒸发浓缩作用所致。脱硫酸作用使原始海水中的 减少以至消失，出现H2S，水中 增加，水的pH值升高。 增加与pH值升高，使一部分Ca2+，Mg2+与 作用生成CaCO3与MgCO3沉淀析出，Ca2+与Mg2+减少。甲烷、氨、氮等是细胞与蛋白质分解以及脱硝酸作用的产物。溴与碘的增加是生物富集并在生物遗骸分解时进入水中所致。海相同生沉积水的典型例子是四川盆地深部的中三叠统雷口坡组和下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩中的地下卤水。

陆相地层（各种砂岩为主）中的沉积水是古大气降水封存在沉积物中经过长期复杂演变而形成的，多是矿化度高的卤水（表42 水样3）。陆相沉积卤水有以下基本特点：①矿化度较高，每升达几十克到300克左右；②Ca2+的含量增大，每升达数克到数十克；③水化学类型以Cl-Na·Ca型为主，少数为Cl-Ca型；④富含Li+，Sr2+，Ba2+，溴，碘等微量组分。陆相地层（以砂岩和泥页岩为例）在成岩过程中受到上覆岩层压力而被压实时，其中所含的水一部分仍保留于砂岩中，在泥页岩中的另一部分水被挤压进入颗粒较粗且不易压密的砂岩层。在砂岩和泥页岩互层的陆相地层中，上覆岩层压力使下部砂岩的水通过泥页岩进入上部的砂岩中，泥页岩可以起到“隔膜渗滤”作用（周训等，2010），使更多的离子组分滞留在下部砂岩中，结果是沉积卤水的矿化度随砂岩的埋深而升高。

埋藏在海相地层或陆相地层中的沉积水，在经历若干时期以后，由于地壳运动而被剥蚀出露地表，或者由于开启性构造断裂使其与外界连通，经过长期入渗淋滤，沉积水有可能完全排走，而为溶滤水所替换（表42水样2）。在构造开启性不十分好时，则在补给区分布低矿化的以难溶离子为主的溶滤水，较深处则出现溶滤水和沉积水的混合，而在深部仍为高矿化的以易溶离子为主的沉积水。

4213 内生水

早在20世纪初，曾把温度较高的地下水看作是岩浆分异的产物。后来发现，在大多数情况下，温泉是地下水接受大气降水入渗补给循环到深部获得加热后再上升到地表形成的。近年来，某些学者通过对地热系统的热均衡分析认为，仅靠浅部水渗入深部获得的热量无法解释某些高温水的出现，认为应有10%～30%的来自地球深部层圈的高热流体的加入。这样，源自地球深部层圈的内生水说又逐渐为人们所重视。有人认为，深部高矿化卤水的化学成分也显示了内生水的影响。

内生水的典型化学特征至今并不完全清楚。苏联某些花岗岩中包裹体溶液是矿化度为100～200g/L的Cl-Na型水。冰岛玄武岩区的热蒸汽凝成的水，是TDS为1～2g/L的HS·HCO3Na型水，含有大量SiO2和CO2。内生水的研究迄今还很不成熟，但由于它涉及地下水科学乃至地质学的一系列重大理论问题，因而在今后地下水科学的研究领域将有可能向地球深部圈层扩展，人们将会更加重视内生水的研究。

地下水主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入含水层以前就从大气或接触的其他媒介中获取某些物质，进入含水层后，与岩土不断作用，使其化学成分进一步发生改变。有以下7种形成作用。

1溶滤作用

在水与岩土的相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。溶滤作用使岩土失去部分物质，地下水则增加了新的组分。水是由一个带负电荷的氧离子和两个带正电荷的氢离子组成。由于氢氧分布不对称，近氧原子一端形成负极，构成极性分子。水与岩土作用时，带电性的水极性分子，往往将矿物晶格中联结力弱的离子俘获到水中，溶滤作用是一种自然界广泛存在的水岩相互作用。

2脱碳酸作用

水中CO2 的溶解度受周围环境的温度和压力控制。CO2 的溶解度随温度升高或压力降低而减小，其中一部分CO2 便成为游离CO2 从水中逸出，这就是脱碳酸作用。其结果使地下水中的及Ca2+、Mg2+减少，矿化度降低：

生态水文地质学

生态水文地质学

深部地下水压力较高，沿断裂或构造裂隙上升，出露地表，形成上升泉，在泉口压力减小，由于脱碳酸作用，在泉口往往形成钙华。例如，云南中甸的白水台和四川黄龙多彩的泉华景观，就属于典型的脱碳酸作用形成泉口钙华堆积。深层地下水温度较高，由于脱碳酸作用使Ca2+、Mg2+从水中析出，往往造成含水层钙质胶结明显，水中阳离子通常以Na+为主。

3脱硫酸作用

在还原环境中，当存在有机质时，水中的有机盐和为脱硫菌群落提供了良好的繁衍条件。脱硫菌在繁衍过程中将还原成H2 S，同时将有机盐氧化成CO2。该过程可以乳酸盐为例：

生态水文地质学

脱硫酸作用的结果使地下水中的减少，甚至消失，而则有所增加。只要在还原环境中存在有机质，都可以发生脱硫酸作用，它是一种较为普遍的水化学作用，既可发生在浅部包气带中，也可发生在深部储油构造中。在储油构造中，脱硫酸作用会消耗一部分油气资源和，产生H2 S。因此，在某些油田水中出现H2 S，而含量较低的特征，这一特征可作为寻找油田的辅助标志。另外，油田在注水驱油过程中，注水前，都要对水进行灭菌，主要是杀灭脱硫菌，以防脱硫酸作用发生。因为，脱硫酸作用不仅会消耗油气资源，而且其产生的H2 S，还原性强，与溶解氧相遇后，会氧化成H2 SO4 ，对井管有很强的腐蚀作用。

4阳离子交替吸附作用

岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。在一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，而把原来吸附的部分阳离子转回地下水中，这便是阳离子交替吸附作用。

不同的阳离子吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能力大小，自大而小排序如下：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则吸附能力愈大。只有H+是例外。

当含Ca2+的地下水，进入有离子吸附的岩土时，水中的Ca2+便置换出岩土所吸附的部分Na+离子，使地下水中的Na+增多而Ca2+减少。土壤改良中常在含Na+离子较多的板结土地中加入石灰，使Ca2+置换出岩土中过多的Na+离子，改善土壤性能。

地下水中某种离子的交替吸附能力，随其相对浓度增高而增强。例如，海水入侵陆相沉积物时，水中过多的Na+将置换岩土中原先吸附的Ca2+。

岩土的吸附能力决定了阳离子交替吸附作用的规模。岩土的颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。因此，粘性土最容易发生交替吸附作用。

5浓缩作用

在干旱、半干旱地区的平原和盆地的低洼处，地下水埋藏不深，蒸发成为地下水排泄的主要方式。蒸发使盐分留在地下水中，随着时间的延续，地下水逐渐浓缩，矿化度不断增加。伴随着矿化度的上升，地下水中溶解度较小的盐类相继达到饱和而析出，易溶盐类的离子逐渐成为水中的主要成分。

例如，低矿化的地下水中，阴离子以为主，第二位的是，Cl-含量很小；阳离子以Ca2+、Mg2+为主。随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的重碳酸盐析出，及Na+逐渐成为主要成分。继续蒸发，水中的硫酸盐达到饱和，析出后，便形成以 Cl-和Na+为主的高矿化水。浓缩作用主要发生在干旱、半干旱地区，及水位埋深浅的地下水排泄区，如河间洼地、洪积扇溢出带的下缘及内陆河的下游地带。

6混合作用

成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两种水都不相同的地下水，这就是混合作用。混合作用常发生在地下水与地表水交汇处（海滨、湖畔、河旁）及深层地下水补给浅层含水层处。混合作用往往使地下水的水化学类型发生变化，也有可能发生化学反应，形成完全不同的地下水。例如，当浅部古河道中以、Ca2+为主的水与古河间洼地中以、Na+为主的水混合时，石膏析出，在古河道与古河间洼地之间形成以、Na+为主的苏打水：

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7人类活动在地下水化学成分形成中的作用

近几十年来，随着生产力与人口的增长，人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大，主要表现两个方面：一是工业和生活废弃物对地下水的污染，二是大规模地改变了地下水的形成条件，使地下水成分发生改变。

工业产生的废气、废水、固体废渣以及农业大量使用化肥、农药，还有大量排放的生活污水，对地下水造成污染，使得地下水中原先含量很低的有害元物质，如酚、氰、汞、铬、铅、亚硝酸等大幅上升，使很多地方的潜水含水层受到污染，有害元素含量超标，丧失了利用价值。

人为活动改变地下水的形成条件，使地下水质发生变化，表现在以下几个方面：

1）在滨海地区过量地开采地下水，引起海水入侵，使矿化度增加，水变咸。如在我国的大连、北海、威海、宁波等城市这种情况均有发生。

2）干旱和半干旱地区大量引地表水灌溉，使地下水上升，引起大面积的盐渍化。这种现象在青海柴达木盆地、河西走廊、新疆灌区屡见不鲜。另外，在这一地区建水坝，也会引起地下水位上升，引起大面积的盐渍化。如位于柴达木盆地的格尔木市，1975 年在格尔木河上游建水坝发电，提高了上游水位，增加了河流对地下水的补给量，使地下水位上升，造成格尔木原市区北部发生盐渍化，许多楼房因地基砖被侵蚀，强度降低而倒塌。

3）通过开采地下水使水位下降，减少地下水的蒸发，并灌水洗盐，消除盐渍化。如1982年以前，河南濮阳市赵庄一带原是一片沼泽盐滩，中原油田勘探局在附近建立基地后，大量开采地下水，水位大幅下降，沼泽、盐渍消失，附近的盐渍地变为高产良田。

目前人类干预自然的能力愈来愈强，因此，防止人类活动对地下水水质产生不利的影响，显得十分重要。

地下水化学不是纯的H2O，而是天然溶液，含有各种组分。v水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分。在自然界水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化学成分的交换。v物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。v化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。v水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体

　　一、首先要确定你喝的是天然矿泉水还是矿物质水。

　　1、天然矿泉水是从地下深处自然涌出或经人工揭露的、未受污染的地下水，它含有一定量的矿物质、微量元素或二氧化碳气体,并且水质的界限指标符合国家标准。矿泉水与纯净水相比，富含钾、钙、镁、铁、锶等成份，矿泉水是天然形成的，是理想的天然绿色食品，人体所需的一些矿物质和微量元素在矿泉水中的比例，与人体的构成比例基本相同，并呈离子状态，比较容易被人体吸收。

　　2、矿物质水是在纯净水的基础上，加人人工合成矿化液而成，成品水有的具有一些少量沉淀物、颜色，浊度一般大于天然矿泉水，也有人称它为仿矿泉水。某世界上知名饮料公司的发言人甚至公开承认，矿物质水的基础来源是自来水。

　　由于没有国家标准，不同企业生产的矿物质水的矿物质种类和含量都不同。有的甚至直接在水中加化学试剂，也有的使用来路不明的矿物质浓缩液，这些添加物质的安全性和有效性都没有进行过论证，含量的多少无科学依据。

　　二、自来水烧开水

　　要多喝开水，不要喝生水。煮开并沸腾3分钟的开水，可以使水中的氯气及一些有害物质被蒸发掉，同时又能保持水中对人体必须的营养物质。喝生水的害处很多，因为自来水中的氯可以和没烧开水中的残留的有机物质相互作用，导致膀胱癌、直肠癌的机会增加。

　　要喝新鲜开水，不要喝放置时间过长的水。新鲜开水，不但无菌，还含有人体所需的十几种矿物质。但如果时间过长或者饮用自动热水器中隔夜重煮的水，不仅没有了各种矿物质，而且还有可能含有某些有害物质，如亚硝酸盐等。由此引起的亚硝酸盐中毒并不鲜见。