2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地下水地球化學(xué)特征及其環(huán)境意義考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.地下水中最主要的陰離子通常是（）。A.SiO???B.CO?2?C.OH?D.Cl?2.在地下水水-巖相互作用過程中，導(dǎo)致CaCO?沉淀的主要原因是（）。A.pH升高B.溫度升高C.Ca2?濃度降低D.CO?分壓降低3.水化學(xué)類型為HCO?-Ca型的水溶液，其原始巖石可能主要是（）。A.鉀長石B.斜長石C.石灰?guī)rD.花崗巖4.用于測定地下水流向和混合程度的同位素通常是（）。A.1?O和1?CB.3H和1?CC.1?O和δ13CD.3H和δ1?N5.地下水礦化度的主要控制因素是（）。A.地下水年齡B.水巖接觸面積C.水中溶解氣體含量D.氣候類型6.氧化還原條件（Eh）是影響哪些元素遷移轉(zhuǎn)化的重要因素？（）A.Ca,MgB.Na,KC.Fe,Mn,AsD.Cl,SO?7.以下哪種元素的天然背景值在許多地區(qū)較高，構(gòu)成地下水天然污染風(fēng)險？（）A.KB.FC.BD.Li8.地下水污染中，硝酸鹽的主要來源通常是（）。A.工業(yè)廢水排放B.生活污水排放C.礦山開采活動D.大氣沉降9.利用地下水年齡信息評估資源可持續(xù)性時，通常關(guān)注的是（）。A.水化學(xué)類型變化B.水位下降速率C.排水強(qiáng)度D.儲量補(bǔ)給比10.地下水化學(xué)演化路徑分析的主要目的是（）。A.確定地下水的具體來源B.計算地下水的具體年齡C.預(yù)測未來的水化學(xué)變化D.評價地下水的環(huán)境質(zhì)量二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.地下水水化學(xué)特征主要受______、______和______三大因素的控制。2.根據(jù)主要離子含量，可以將地下水劃分為不同的______類型。3.溶濾作用是指水對巖石的______和______作用。4.地下水中的溶解氧含量與其______狀態(tài)有關(guān)，是判斷氧化還原條件的重要指標(biāo)。5.穩(wěn)定同位素地球化學(xué)方法在水文地質(zhì)學(xué)中可用于研究______、______和______等問題。6.地下水污染修復(fù)的物理方法主要包括______和______。7.地下水位長期下降可能導(dǎo)致______、______和______等問題。8.地球化學(xué)背景值是指在一個特定區(qū)域內(nèi)，在______條件下，地下水化學(xué)要素的______值。三、名詞解釋（每題4分，共20分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.地下水礦化度2.水化學(xué)類型3.同位素分餾4.地下水污染5.氧化還原反應(yīng)四、簡答題（每題6分，共24分。請簡要回答下列問題）1.簡述水-巖相互作用對地下水化學(xué)成分演化的主要影響。2.簡述pH值和Eh值對水中金屬離子（如Fe2?,Mn2?）遷移轉(zhuǎn)化的影響。3.簡述地下水硝酸鹽污染的主要來源及其地球化學(xué)特征。4.簡述地下水資源可持續(xù)利用面臨的主要地球化學(xué)挑戰(zhàn)。五、計算題（每題10分，共20分。請寫出計算過程和結(jié)果）1.某地下水的離子濃度（單位：mg/L）如下：Ca2?84,Mg2?24,Na?56,K?3,HCO??275,SO?2?65,Cl?150。假設(shè)水的密度為1g/cm3，求該水的pH值（忽略CO?溶解量對pH的影響，CaCO?飽和）。2.某地下水樣品的δ13C值（相對于PDB標(biāo)準(zhǔn)）為-5‰，假設(shè)其碳源為土壤水（δ13C≈-8‰），大氣降水（δ13C≈0‰）。試定性分析該地下水的碳來源及其混合程度。六、論述題（12分。請結(jié)合實例或原理，深入闡述下列問題）結(jié)合地下水地球化學(xué)特征，論述如何判斷一個區(qū)域地下水環(huán)境是否存在天然污染風(fēng)險，并簡述應(yīng)對措施的基本思路。試卷答案一、選擇題1.D2.D3.C4.C5.B6.C7.B8.B9.D10.A二、填空題1.氣候水文地質(zhì)條件地質(zhì)構(gòu)造2.類型3.溶解侵蝕4.氧化還原5.水源混合水巖相互作用6.抽水洗脫深井注入7.地面沉降土壤鹽堿化生態(tài)系統(tǒng)退化8.自然穩(wěn)定平均值三、名詞解釋1.地下水礦化度：指水中溶解性鹽類的總量，通常以每升水中含有多少毫克當(dāng)量的溶解固體來表示（meq/L或mg/LTDS）。2.水化學(xué)類型：根據(jù)水中主要離子（陽離子和陰離子）的相對含量，對地下水進(jìn)行的分類，常用圖表（如Piper圖）輔助確定。3.同位素分餾：在物理或化學(xué)過程中，不同同位素的比值發(fā)生改變的現(xiàn)象，通常重同位素相對富集或虧損。4.地下水污染：指因人類活動導(dǎo)致有害物質(zhì)（化學(xué)物質(zhì)、物理因素、生物因素）進(jìn)入地下水，使其水質(zhì)惡化，影響使用功能或危害人體健康、生態(tài)系統(tǒng)。5.氧化還原反應(yīng)：指在水溶液中發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，水的氧化還原電位（Eh）是衡量水體系氧化還原程度的指標(biāo)。四、簡答題1.答：水-巖相互作用是影響地下水化學(xué)成分的主要過程。水在流動過程中溶解巖石礦物，使巖石中的元素進(jìn)入水中。根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)，可分為：①溶濾作用，水溶解易溶礦物（如石灰?guī)r中的CaCO?），使水中Ca2?,HCO??濃度升高，形成HCO?-Ca型水等；②沉淀作用，水中離子達(dá)到飽和后形成沉淀（如CaCO?,Fe(OH)?），使相應(yīng)離子濃度降低；③吸附-解吸作用，水中的離子與固體表面發(fā)生交換吸附或解吸，影響離子組成；④氧化還原反應(yīng)，水的Eh值變化影響某些元素（如Fe,Mn,S）的價態(tài)和遷移能力。這些過程共同作用，決定了地下水的最終化學(xué)特征。2.答：pH值和Eh值顯著影響金屬離子在水中的存在形態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化。低pH（酸性環(huán)境）會提高水中H?濃度，根據(jù)勒夏特列原理，能促進(jìn)某些金屬氧化物或氫氧化物的溶解，但同時可能通過競爭吸附降低某些金屬離子的游離濃度。高pH（堿性環(huán)境）有利于金屬離子形成氫氧化物沉淀（如Fe(OH)?,Mn(OH)?），使其從水中去除。Eh值是氧化還原條件的標(biāo)志。在氧化條件下（高Eh），易于被氧化的金屬離子（如Fe2?,Mn2?）會被氧化成溶解度較低的氧化物或氫氧化物（如Fe3?,MnO?）而沉淀；在還原條件下（低Eh），這些氧化物或氫氧化物可以溶解，金屬離子以低價態(tài)存在。因此，pH和Eh共同控制著水中金屬離子的種類、濃度和遷移路徑。3.答：地下水硝酸鹽污染的主要來源包括：①農(nóng)業(yè)活動，大量施用氮肥（特別是硝態(tài)氮肥）是主要來源，肥料過量或管理不當(dāng)會滲入地下水；②生活污水，含氮有機(jī)物在厭氧條件下分解產(chǎn)生氨，進(jìn)而被硝化細(xì)菌氧化成硝酸鹽；③垃圾填埋場，垃圾滲濾液中的氮化合物在特定條件下轉(zhuǎn)化為硝酸鹽并下滲；④自然背景，某些地質(zhì)條件下（如富含硝酸鹽的沉積物），硝酸鹽本身就是高背景值。硝酸鹽污染的地球化學(xué)特征是：①水中NO??濃度顯著升高，可能遠(yuǎn)超飲用水標(biāo)準(zhǔn)；②δ1?N和δ13C值通常顯示人為來源特征（如農(nóng)業(yè)N肥δ1?N較高）；③高硝酸鹽含量可能導(dǎo)致“藍(lán)嬰癥”，并參與地下水中鐵錳的氧化過程。4.答：地下水資源可持續(xù)利用面臨的地球化學(xué)挑戰(zhàn)主要包括：①地下水超采導(dǎo)致的巖溶塌陷、地面沉降、泉水枯竭等地質(zhì)災(zāi)害；②水巖相互作用加劇，導(dǎo)致水體礦化度、硬度升高，或產(chǎn)生有害物質(zhì)（如鐵錳超標(biāo)、砷、氟、鹽堿化）；③污染問題日益嚴(yán)重，天然背景值高或人類活動強(qiáng)烈的區(qū)域，地下水污染風(fēng)險大，修復(fù)困難；④地下水流系統(tǒng)復(fù)雜，污染羽擴(kuò)散、混合難以預(yù)測，難以實施有效管理；⑤氣候變化導(dǎo)致補(bǔ)給量變化和蒸發(fā)加劇，影響水資源的可利用性；⑥不同用戶（生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)）對水質(zhì)水量需求不同，水化學(xué)特征變化可能影響多用途供水安全。五、計算題1.解：設(shè)水的總堿度（AB）為：AB=[HCO??]+2[CO?2?]≈[HCO??]（因為[CO?2?]通常很?。〢B=275meq/L水中主要陽離子濃度總和（C+)：C+=[Ca2?]+[Mg2?]+[Na?]+[K?]C+=(84/20)+(24/24)+(56/23)+(3/39)≈4.2+1+2.4+0.08≈7.68meq/L由于C+>AB，水呈酸性，需計算[H?]：C+-AB=[H?]-[OH?][H?]≈C+-AB=7.68-275≈-267meq/L（此結(jié)果不合理，說明假設(shè)忽略CO?溶解量有誤）正確處理：水是CaCO?飽和的，即[Ca2?]*[HCO??]=Ksp(CaCO?)4.2*275≈1155Ksp(CaCO?)≈10??.?[H?]2*[CO?2?]=Ksp(CaCO?)（近似[CO?2?]≈[HCO??]）[H?]2*275≈10??.?[H?]2≈10??.?/275≈3.64*10?11[H?]≈1.91*10??mol/LpH=-log[H?]=-log(1.91*10??)≈5.72結(jié)果：該地下水的pH值約為5.72。2.解：土壤水的δ13C(-8‰)與大氣降水(0‰)的δ13C值差異較大，而該地下水樣品的δ13C(-5‰)介于兩者之間。這表明該地下水樣品是土壤水和大氣降水的混合物。由于混合后樣品的δ13C(-5‰)比土壤水(-8‰)更接近大氣降水(0‰)，說明混合過程中大氣降水貢獻(xiàn)了相對較多的比例，或者土壤水在進(jìn)入含水層后經(jīng)歷了某些過程（如與有機(jī)質(zhì)反應(yīng)、水巖交換）導(dǎo)致其δ13C值有所升高。因此，該地下水的主要碳源是大氣降水，并可能含有一定比例的土壤水，混合比例可以通過碳同位素混合模型計算得出，但定性分析即可判斷其來源和混合特征。六、論述題答：判斷一個區(qū)域地下水環(huán)境是否存在天然污染風(fēng)險，主要依據(jù)以下幾個方面進(jìn)行綜合分析：1.區(qū)域地球化學(xué)背景調(diào)查：收集該區(qū)域地下水化學(xué)背景值數(shù)據(jù)，包括主要離子、微量元素、pH、Eh、同位素等的天然范圍和平均值。這有助于識別哪些化學(xué)指標(biāo)本身就處于較高水平或具有潛在風(fēng)險。2.水化學(xué)特征分析：分析當(dāng)前地下水的化學(xué)類型、主要離子和微量元素含量。與背景值對比，判斷是否存在顯著異常。特別關(guān)注那些天然含量較高、具有毒性或累積性的元素（如氟、砷、錳、硒、某些重金屬）。利用水化學(xué)圖（如Piper圖、Stiff圖）和同位素數(shù)據(jù)（如δD,δ1?O,δ2H,δ13C,3H,1?C）分析水巖相互作用程度、地下水來源、混合關(guān)系和演化路徑。3.水文地質(zhì)條件評估：考慮含水層介質(zhì)類型（巖性、孔隙度、滲透性）、地下水水位埋深和動態(tài)變化、區(qū)域地下水流動系統(tǒng)格局。高滲透性、長流路徑、低水位埋深、流動滯緩的區(qū)域更容易發(fā)生水巖充分作用和污染物（包括天然形成的）的富集。4.地質(zhì)環(huán)境因素考量：評估是否存在富集目標(biāo)污染物的地質(zhì)體（如火山巖、沉積巖中的某些礦物），是否存在構(gòu)造活動導(dǎo)致的異常熱水或循環(huán)系統(tǒng)，是否存在巖溶發(fā)育導(dǎo)致水體混合和運移路徑復(fù)雜化等。綜合以上分析，如果發(fā)現(xiàn)地下水化學(xué)特征顯著偏離背景值，特別是含有天然高背景或毒性元素且濃度可能超標(biāo)的證據(jù)，結(jié)合水文地質(zhì)和地質(zhì)環(huán)境條件，則可判定存在天然污染風(fēng)險。應(yīng)對措施的基本思路包括：1.風(fēng)險識別與評估：精確定位高風(fēng)險區(qū)域，定量