水文地球化学基础

目 录

绪 论

一、水文地球化学的含义及研究内容

二、水文地球化学与其它学科的关系

三、水文地球化学在国民经济建设中的意义

四、水文地球化学的发展概况

第一章 水溶液的物理化学基本知识

第一节 水的结构与性质

一、水分子的内部结构

二、水分子间的联结与排布

三、水的特异性质

第二节 物理化学的基本知识

一、热力学中的几个概念

二、焓、熵和自由能

三、平衡常数与自由能的关系

四、浓度与活度

第二章 热力学法在水文地球化学中的应用

第一节 概述

第二节 地下水的酸、碱度

一、酸和碱

二、pH值与自由能的关系

三、弱酸的存在形式与pH值的关系

第三节 地下水中的氧化还原反应

一、概述

二、电子活度方程

三、水的稳定场

四、氧化还原强度的应用

五、pE（Eh）－pH图

第四节 地下水中的配合作用

一、配合物的形成

二、配离子的稳定性

三、影响配合物稳定性的因素

第三章 地下水中元素（组份）的迁移

第一节 地壳中化学元素的分布与分配

一、化学元素在地壳中的丰度

二、元素在岩石和矿物中的分配

第二节 地下水中元素（组份）的迁移

一、不同相间元素的转移

二、元素（组份）进入地下水后的迁移

三、元素在地下水中迁移的基本微分方程

第三节 化学元素的移动性

一、化学元素在水－岩体系中的迁移强度

二、元素的水迁移强度

第四节 影响元素迁移的因素

一、影响元素迁移的内在因素

二、影响元素迁移的外部条件

第五节 地球化学垒

第四章 地下水化学成分特征及基本成因类型

第一节 天然水的化学成分特征

一、大气降水的化学成分特征

二、河水的化学成分特征

三、湖泊及水库水的化学成分特征

四、海水的化学成分特征

第二节地下水化学成分特征

一、重碳酸盐类地下水的形成

二、硫酸盐类地下水的形成

三、氯化物盐类地下水的形成

四、硅酸盐类地下水的形成

第三节 地下水基本成因类型

一、溶滤水

二、沉积水

三、内生水

第四节 地下水化学成分的分带性

一、水平分带

二、垂直分带

第五章 水文地球化学的研究方法

第一节 地质－水文地质学方法

一、野外调查方法

二、室内工作方法

第二节 同位素方法的应用

一、同位素的基本概念

二、同位素的分馏作用

三、放射性同位素氚（T）和14C在水文地质中的应用

四、氢、氧稳定同位素在水文地质中的应用

第六章 水文地球化学的应用

第一节 地下热水

一、地下热水的形成

二、地下热水的化学成分特征

第二节 矿水

一、矿水的形成条件

二、矿水的水化学特征

第三节 水文地球化学找矿的一般原理

一、水文地球化学找矿一般原理及异常水晕

二、找矿标志

附录I 在25℃与101325Pa下，某些物质的△H°f、S°与△G°f值

附录Ⅱ 地壳元素丰度表

主要参考文献

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内 容 提 要

本书除绪论外，全书共分六章，大体可分三个部分。第一部分[1、2（其中一部分）、3、4章]是水文地

球化学的基本知识和基础理论，着重对水溶液的物理化学基本知识，以及能引起地下水成分发生改变的一些

主要物理化学作用进行了较详细的阐述。对元素在地下水中的迁移性能及地下水成分特征和基本成因类型进

行了重点论述；第二部分〔5和2（其中一部分）章〕是水文地球化学的研究方法，着重对地质－水文地质学方

法、同位素方法和热力学法进行了较详细的阐述；第三部分（6章）是水文地球化学的实际应用，对地下热

水、矿水及水文地球化学找矿等方面作了概括介绍。本书在叙述上力求系统完整，深入浅出，简明易懂，理

论、方法、应用并重，对初学者建立水文地球化学思维是―本有益的读物。

本书可作为中等地质学校水文地质及工程地质专业的教材，对水文地质工作者和环境保护人员均有一定

的参考意义。

水文地球化学异常可分为单一异常和综合异常。单一异常是只有一种水文地球化学找矿标志出现异常,综合异常则是几种找矿标志出现异常。水文地球化学异常的强度取决于异常系数的大小,即取决于水文地球化学找矿标志的异常值同背景值之比。2100433B

水文地球化学含义

根据多数人的阐述，这门学科的基本含义可用下述四句话加以概括，即：

(1)水文地球化学是水文地质学的一部分；

(2)它是在水文地质学与地球化学基础上发展起来的，并已成为一门独立的学科；

(3)它是以地下水化学成分的形成以及各种化学元素在其中的迁移规律为主要研究对象的一门学科

(4)它是探索地球壳层各带中地下水的地球化学作用的一门新兴学科。

水文地球化学研究内容

①地下水化学成分的形成与变化规律。

包括水化学成分形成的各种因素、水化学成分形成的各种物理化学（包括离子、气体、有机物、微生物及同位素成分）的作用、水中各种元素的来源。

②地下水中各种元素的迁移作用。

如元素从矿物和岩浆、气体、生命等物质转移到地下水的过程，元素进入地下水后由于各种因素引起的迁移作用。元素的迁移作用是水文地球化学分带及地下水化学成分变化的制约条件。

③地下水在地球壳层各带中的地球化学作用。

地下水圈从地球最上部的水文带起，直到下地幔带与地核之间的界限止，是一个完整的统一体。研究地球壳层间的水文联系及其水文地球化学特征，是阐明地下水起源及地下水成矿地球化学作用的基础。

④人类活动的影响。

人类的经济技术活动造成水文地球化学异常，并对环境和生态产生重大影响。对于这些异常的研究，已成为当代水文地球化学的重要课题。

地下水化学成分及其形成与分布是在一定的自然地理和地质环境下，漫长的地质历史过程的产物。因此，水文地球化学十分注意对地下水所处介质环境的研究，十分注意区域自然地理和地质发展史，水文地质变迁史，地下水运动史等各种历史过程综合作用的研究，因此全部地质研究方法，水文地质研究方法和地球化学研究方法都是水文地球化学研究方法的基础。另外，人类活动对水文地球化学场的影响及水化学动态预测方法的研究也受到重视。

水文地球化学理论意义

地下水的形成与起源是水文地质学基本理论课题之一。水文地球化学研究对这个课题的解决，应该起着重大的促进作用。水是整个水圈的一个组成部分。水是人们赖以生活的重要物质，没有水便没有生命。水又是自然界中物理、化学及生物等性质非常独特的物质。它的很多特性远非均已得到科学论证。它既平凡而又奇特。例如，有的天然水是优质的饮用水，它们的成分早已研究得很全面，然而要人工制备它们却是很困难的事。正如B．H．维尔纳茨基指出的： “天然水与实验室人工取得的水极不相同。”人所共知，不少矿泉能治病，而人们很多次尝试人造矿水均以失败告终。矿物学者B．M．费道洛夫斯基不得不承认：天然水中还包含着某些《未知数》，他设想，这些未知数可能是天然水的分子与同位素的独特结构，或者还有某些人所未知的东西。总之，水是自然界中极为复杂的物质。无怪美国物理学者约翰·但及化学家克·台维斯把水称为科学的镜子。

水文地球化学实践意义

运用水文地球化学基本理论，研究了地下水的形成问题。随着地质勘探事业的发展，水文地球化学找矿方法得到了广泛的应用，特别是放射性水文地球化学找矿法取得了优异的成果。热水、矿水、油田水等方面的水文地球化学研究亦取得了可喜的进展。近年来，环境水文地质方面的研究突飞猛进，可以期望，在今后的生产实践及科学技术发展中，水文地球化学的研究成果将更显示出它的作用，并作出应有的贡献。2100433B