第四章地下水化學(xué)成分的分類和分帶第1頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.1地下水中元素（組分）的遷移4.2地下水化學(xué)成分分類4.3地下水化學(xué)成分的分帶性目錄第2頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.1地下水中元素（組分）的遷移一、元素的遷移定義：元素由一種存在形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N存在形式，并伴隨著一定的空間位移的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

類型：機(jī)械遷移：水，空氣（流動(dòng)）化學(xué)與物理化學(xué)遷移：硅酸鹽熔體，水及水溶液，氣體生物或生物地球化學(xué)遷移：植物吸收（濕地法），根系CO2第3頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地下水是元素在地殼中遷移的重要介質(zhì)；地下水中元素的遷移：

元素從礦物、巖漿、氣體、生命體等物質(zhì)轉(zhuǎn)移到地下水；元素進(jìn)入地下水后由于各種因素引起的遷移。元素的遷移作用是水文地球化學(xué)分帶和地下水化學(xué)成分變化的制約因素；研究元素在地下水中的遷移是水文地球化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。第4頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、元素在地下水中的遷移形式

（一）元素在地下水中存在形式

（復(fù)習(xí)）水按所含成分的顆粒大小分類（復(fù)習(xí)）地下水中溶解組分的存在形式

問(wèn)題：在地下水中，哪些元素在什么環(huán)境條件下以哪種形式存在呢？其主要控制因素有哪些？第5頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三顆粒大小分類第6頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三溶解組分的存在形式單一離子形式：Ca2+，

Mg2+,Na+,K+,Cl-,F-絡(luò)陰離子形式：HCO3-,SO42-,

CO32

-,NO3

2

-復(fù)雜絡(luò)合物（離子對(duì)）：有機(jī)，無(wú)機(jī)

無(wú)機(jī)組分i的總濃度Ci=∑C（游離離子）+∑C（無(wú)機(jī)絡(luò)合物）∑C（有機(jī)絡(luò)合物）｝游離離子第7頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三主要取決于:(1)元素的離子性質(zhì)（化學(xué)性質(zhì)）

元素/離子離子在水中同H+爭(zhēng)奪O2-的能力存在形式電價(jià)低的較大陽(yáng)離子（堿金屬、堿土金屬）弱自由離子（單一離子）電價(jià)高的小陽(yáng)離子(Cr,Al)強(qiáng)絡(luò)陰離子（從OH-奪出O2-，并與之結(jié)合形成酸根）界于上兩類的其它元素（兩性元素）的離子(Fe,Mn,)稍弱或接近不固定（隨溶液酸堿度變化）堿性溶液：絡(luò)陰離子酸性溶液：自由離子或氫氧化物(2)還取決于地下水的酸堿度第8頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三離子電位：以原子價(jià)單位表示的離子電荷Z（陽(yáng)離子）與以埃表示的離子半徑r之比。離子電位=Z（原子價(jià)）/r（離子半徑）離子電位低的元素（離子）（Z/r<3)，自由離子（單一離子）離子電位高的元素（離子）（Z/r>12),絡(luò)陰離子離子電位中等的元素（離子）（Z/r=3~12)，不固定；形成絡(luò)合物第9頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

兩性元素Fe3+Mn4+

U,Th,Sn,W形成絡(luò)合物

不固定氫氧化物沉淀還取決于地下水的氧化還原電位第10頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）元素在地下水中的遷移形式（1）元素的真溶液遷移形式

在真溶液中，元素可以以自由離子、絡(luò)陰離子和絡(luò)合物的形式遷移；

許多成礦元素在溶液中是以絡(luò)合物形式遷移的

第11頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三成礦元素的簡(jiǎn)單化合物都是很難溶解的

（例如：成礦元素的硫化物溶解度很低；氧化物和含氧鹽很難溶解），因此，如果金屬和硫都是呈自由離子形式，則立即會(huì)超過(guò)化合物的溶度積而沉淀。那么金屬硫礦床形成過(guò)程中元素是以什么形式遷移的？

許多元素的絡(luò)合物比簡(jiǎn)單化合物在溶液中的溶解度明顯增大。在熱液和表生成礦溶液遷移過(guò)程中，這些元素呈絡(luò)合物形式遷移。

例1：鈾從UO2(OH)2

→[UO2(CO3)2]2-、[UO2(CO3)2(H2O)2]2-溶解度增大，沉淀?xiàng)l件也發(fā)生變化

例2：Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是錫、鎢、鉬在熱液中可能的遷移形式。第12頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）膠體溶液遷移形式

膠體的性質(zhì)：

比表面積大；（因此具有很大的表面能、表面電力和吸附能力）

膠體的質(zhì)點(diǎn)帶有一定電荷同一種膠體的質(zhì)點(diǎn)在溶液中由于相同電荷排斥不易凝聚和沉淀,有利于元素遷移;膠體質(zhì)點(diǎn)電荷被中和時(shí),膠體就會(huì)發(fā)生凝聚和沉淀;膠體質(zhì)點(diǎn)具有從介質(zhì)中吸附各種元素的離子的能力,從而造成元素的集中或富集.第13頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、標(biāo)型元素及元素的水遷移環(huán)境（一）標(biāo)型元素

對(duì)某種地球化學(xué)環(huán)境或地球化學(xué)過(guò)程的性質(zhì)具有標(biāo)識(shí)性的化學(xué)元素、離子和化合物，稱為標(biāo)型元素、標(biāo)型離子和標(biāo)型化合物。

標(biāo)型元素分組（兩個(gè)基本組）：

空氣遷移的標(biāo)型元素

水遷移的標(biāo)型元素第14頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）空氣遷移的標(biāo)型元素

以氣態(tài)形式遷移，氧、二氧化碳、硫化氫、甲烷等?？諝膺w移的標(biāo)型元素（氣體）主要影響（或反映）了表生過(guò)程的氧化還原條件。根據(jù)空氣遷移元素的組成，可區(qū)分出表生帶三種主要的氧化—還原環(huán)境：

氧化環(huán)境；無(wú)硫化氫的還原（潛育）環(huán)境；硫化氫還原環(huán)境

由硫化氫含量所決定，而不取決于氧化還原電位值。第15頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氧化還原環(huán)境特點(diǎn)標(biāo)型元素氧化環(huán)境水中存在自由氧或其它強(qiáng)氧化劑；變價(jià)元素處于高度氧化狀態(tài)（Fe3+,Mn4+,Cu2+,V5+,S6+）;巖體染成紅、棕、黃色；Eh值一般﹥0.15V氧無(wú)硫化氫還原環(huán)境水中不含自由氧或其它強(qiáng)氧化劑或只含少量氧（﹤3mg/L),不含H2S（﹤1mg/L），含CO2；Fe,Mn處于低價(jià)態(tài)（Fe2+,Mn2+），易移動(dòng)；巖體呈淡綠色、灰色和蘭色；Eh值一般﹤0.15V二氧化碳；有的地方還有甲烷硫化氫還原環(huán)境水中不含自由氧或其它強(qiáng)氧化劑，但含大量H2S；Fe和其它許多金屬不移動(dòng)；Eh值一般﹤0V硫化氫；甲烷和其它碳?xì)浠衔锔鶕?jù)空氣遷移元素組成劃分的三種氧化還原環(huán)境第16頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）水遷移的標(biāo)型元素

以真溶液或膠體遷移，Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、Ca2+、Mg2+等

水遷移的標(biāo)型元素在很大程度上決定著天然水的酸-堿條件。根據(jù)水遷移元素的組成，水遷移環(huán)境可劃分為6個(gè)類型第17頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水遷移環(huán)境標(biāo)型離子強(qiáng)酸型(pH﹤4)

標(biāo)型離子是H+，局部為SO42-，F(xiàn)e3+等，主要為硫化礦床氧化帶的水酸型（4﹤

pH﹤6.5）標(biāo)型離子是H+，有機(jī)酸陰離子中性和弱堿性重碳酸鈣型（pH=6.5~8.5）標(biāo)型離子是Ca2+和HCO3-中性和弱堿性氯化物—硫酸鹽型標(biāo)型離子是Cl-、SO42-和Na+中性和弱堿性石膏型標(biāo)型離子是Ca2+和SO42-堿性蘇打型（pH﹥8.5）

標(biāo)型離子是HCO3-，Na+根據(jù)水遷移元素組成劃分的水遷移環(huán)境類型第18頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、地球化學(xué)壘

定義：表生帶內(nèi)在短距離內(nèi)元素遷移的條件明顯改變，并導(dǎo)致化學(xué)元素濃集的地段。

類