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绪论 1

一、水文地球化学的主要内容及其与其他学科的关系 1

二、水文地球化学在国民经济建设中的意义 2

三、水文地球化学的发展简史 3

第一篇 水溶液的物理化学基础和地下水的化学成分 9

第一章 水溶液的物理化学基础 9

第一节 水的结构与性质 9

一、水的结构 9

（一）水分子的种类 9

（二）水分子的结构和水分子间的联结与排布 10

二、水的性质 10

（一）水的特异性质 10

（二）温度、压力条件对水的性质的影响 12

第二节 物质在水中的溶解 13

一、气体在水中的溶解 13

二、液体物质的互溶 14

三、固体物质在水中的溶解 14

第三节 天然水化学成分的浓度单位与常用术语 15

一、浓度与单位转换 15

二、常用术语 17

第四节 地下水化学成分的数据处理 20

一、水分析数据可靠性检验 20

二、水质组分比例系数的应用 22

三、地下水化学成分的图示法 23

第五节 热力学在水文地球化学中的应用 26

一、热力学基本原理简要复习 26

二、热力学在水文地球化学中的应用 28

第二章 地下水的无机化学成分 37

第一节 地下水中的大量组分 37

一、氯离子 37

二、硫酸根离子 38

三、重碳酸根和碳酸根离子 39

四、硅酸 40

五、氮的化合物 41

六、钠离子 41

七、钾离子 42

八、钙离子 42

九、镁离子 42

十、氢离子 43

十一、铁和铝 44

第二节 地下水中的微量组分 45

一、溴 46

二、碘 46

三、氟 46

四、硼 47

五、钼 47

六、铜 48

七、铅 49

八、锌 50

九、磷 50

十、砷 51

十一、锂 51

十二、锶 51

十三、钡 52

十四、镍 52

十五、钴 53

十六、银 53

十七、铍 54

十八、汞 54

十九、锑 55

二十、铋 55

二十一、钒 55

二十二、钨 56

二十三、铬 56

二十四、锰 57

第三节 地下水中的放射性组分 57

一、铀 57

二、镭 60

三、氡 60

四、钍 61

第四节 地下水中的主要气体成分 61

一、氧 62

二、氮 63

三、硫化氢 63

四、二氧化碳 64

五、甲烷 65

六、氢（H2） 65

第三章 地下水中的有机物质及其地球化学意义 66

第一节 天然有机物质 67

一、有机物质的种类 67

（一）蛋白质 68

（二）糖（碳水化合物） 69

（三）脂类化合物 69

（四）核酸 69

（五）木质素 69

二、有机污染物 70

第二节 地下水中有机物质的来源 73

第三节 地下水中有机物质形成过程、形成条件和形成因素 74

第四节 不同类型地下水中有机物质的含量和成分 76

一、淡潜水和层间淡水中的有机物质 76

二、医疗矿泉水的有机物质 76

三、热水中的有机物质 77

四、油气田地下水中的有机物质 78

第五节 地下水中的有机物质在地球化学过程中的作用 81

一、地下水中的有机物质在油气形成中的作用 81

二、地下水中的水溶性有机物质对化学元素迁移和富集的影响 82

三、铀和有机物质的关系 83

四、水中微生物及作用 85

第四章 水及水中元素的同位素成分 88

第一节 概述 88

一、同位素技术发展历史及现状 88

二、同位素水文地质学的研究意义 88

第二节 同位素基础知识 89

一、同位素及其分类 89

二、同位素组成的表示方法和标准 90

三、同位素分馏与同位素效应 91

四、自然条件下同位素的分离 92

第三节 氢氧稳定同位素 94

一、氢氧稳定同位素的分馏 94

二、天然水的氢、氧稳定同位素组成 96

第四节 硫的同位素成分 99

一、硫的同位素丰度和组成标准 99

二、硫同位素的分馏 100

三、地表水的硫同位素组成 101

四、地下水的硫同位素组成 101

第五节 碳的同位素成分 102

一、碳的同位素丰度和组成标准 102

二、碳同位素分馏 104

三、大气圈中的碳同位素组成 105

四、地表水和地下水中的碳同位素组成 105

第六节 放射性同位素成分 106

一、氚的成因及其在天然水中的分布 106

二、天然14C的产生及其循环 108

第二篇 地下水中元素迁移及沉淀的影响因素和地下水化学成分的形成机理 113

第五章 元素在地下水中的迁移和沉淀 113

第一节 元素在水中的存在形式及水溶液的类型 113

一、元素在水中的存在形式 113

二、水溶液的类型 114

第二节 影响元素在水中迁移的内在因素 116

一、化学键类型与矿物晶格结构 116

二、原子价 119

三、离子和原子的半径 119

四、离子电位（离子势） 122

五、元素化合物的溶解度 122

第三节 元素在地下水中迁移的一般特征 123

一、弥散作用 124

二、标型元素和元素的水迁移环境 126

三、元素的水迁移强度 130

第四节 元素在水中迁移的某些化学规律 132

一、复分解反应（离子交换反应） 132

二、溶度积对元素迁移的影响 133

三、天然水中离子强度对元素迁移的影响 133

四、天然水中元素浓度对矿物形成的作用 135

五、酸碱反应和pH的作用 135

六、氧化还原反应 136

第五节 地球化学垒——元素地下水中沉淀的特殊环境 143

一、机械垒 143

二、物理-化学垒 143

三、生物垒 147

第六章 地下水化学成分的形成及其影响因素 148

第一节 地下水化学成分形成过程中的几个主要作用 148

一、溶滤作用 148

二、阳离子交替吸附作用 150

三、氧化作用 152

四、还原作用（生物化学作用） 152

五、水的混合作用 153

六、脱碳酸作用 156

七、浓缩作用 156

第二节 影响地下水化学成分形成的基本因素 156

一、自然地理因素 157

（一）地形 157

（二）水文网（水文因素） 157

（三）气候 158

（四）风化作用 160

（五）土壤 161

二、地质因素和水文地质因素 161

（一）地质构造 161

（二）构造运动 162

（三）地静压力 162

（四）地貌 163

（五）岩石的矿物成分和化学特征 163

（六）岩石的离子-盐类综合体 164

（七）表生矿物的形成作用 164

（八）岩浆作用 166

（九）水动力因素 166

三、物理化学因素 167

（一）扩散作用 167

（二）渗透作用 168

（三）重力分异作用 169

四、物理因素 169

（一）温度的变化 169

（二）压力 170

（三）土石内的蒸发 171

（四）时间 172

（五）循环路程的长度或空间 172

五、生物因素 172

（一）植物 173

（二）微生物 173

六、人为因素 174

（一）开采地下水对地下水化学成分的影响 174

（二）工业污染对地下水化学成分的影响 175

（三）水工建筑对地下水化学成分的影响 175

（四）人工灌溉对地下水化学成分的影响 176

第三节 潜水化学成分的形成 176

一、在潮湿气候区 176

二、在温暖潮湿气候区 177

三、在干旱气候区 177

第四节 承压水盆地地下水化学成分的形成过程 177

一、概述 177

二、海成封存水化学成分的形成 178

三、承压水盆地地下水化学成分的形成过程 179

第三篇 地下水化学成分分布的区域性规律 187

第七章 地下水的水文地球化学分带 187

第一节 潜水的纬度分带 187

第二节 承压水盆地的水文地质动力分带和深层地下水的地质动力学 188

一、水文地质动力分带 189

（一）水强烈交替带（上部带） 189

（二）水缓慢交替带（中部带） 189

（三）水消极交替带（下部带） 189

二、深层地下水的地质动力学 189

第三节 承压水盆地的水文地球化学分带 192

一、按矿化度分带 192

二、各种承压水盆地中，地下水化学成分的水平和垂直分带类型及其决定因素 195

（一）水平分带类型（是指一个含水层中水化学成分的分带规律） 195

（二）垂直分带类型 202

（三）结论 209

第四节 承压水盆地地下水的气体（气体地球化学）分带 209

第五节 山区基岩裂隙水的高程分带性 210

第六节 地下水分带中的异常 212

一、潜水的纬度分带异常 212

二、承压水垂直分带异常 212

（一）古老的排泄源 212

（二）现代的排泄源 212

第八章 地下热水的水化学特征 216

第一节 我国地下热水分布概况 216

一、火山和近期岩浆活动型地下热水 216

二、隆起带断裂构造型地下热水 217

三、沉降带盆地型地下热水 218

第二节 地下热水的水化学特征 219

一、火山和近期岩浆活动型地下热水 219

二、隆起带断裂构造型地下热水 220

三、沉降带盆地型地下热水 223

第九章 地下水水文地球化学分类 225

第一节 地下水的化学成分分类概述 225

第二节 地下水水文地球化学分类的基本原则 226

一、地下水水文地球化学分组 226

二、地下水水文地球化学分类 230

三、地下水水文地球化学分类的表示方法 231

第三节 地下水化学成分的某些水文地球化学规律 232

一、地下水化学成分、矿化度与水文地球化学环境的关系 232

二、地下水中的二氧化硅及硅酸水的形成 238

三、几种在自然界不能形成的水化学类型 241

四、水的pH 242

第四节 地下水水文地球化学分类的意义 242

第四篇 水文地球化学的研究方法及应用 247

第十章 水文地球化学的研究方法 247

第一节 地质学方法 248

一、野外调查方法 248

二、室内资料综合分析整理与水文地球图件的编制 248

第二节 同位素方法 250

一、利用氢、氧稳定同位素（D,18O）确定含水层的补给区或补给区高度 250

二、利用硫同位素研究火山地区热水中硫酸根离子的成因问题 252

三、利用13C解决水文地质的某些问题 252

四、放射性同位素方法 253

第三节 热力学方法 256

第四节 古水文地质方法 256

一、构造古水文地质分析 257

二、古地下水动力条件分析 257

三、古水文地球化学分析 257

四、确定古地下热水的温度 259

第五节 实验室研究方法 259

一、压出液分析法 259

二、岩石矿物气—液包裹体分析鉴定法 260

三、模拟实验法 260

第十一章 地球化学模式简介 263

第一节 概述 263

第二节 常用地球化学模式程序简介 263

一、地球化学模式的主要功能 263

二、地球化学模式程序简介 265

第三节 地球化学模式的基本类型及原理 266

一、质量平衡模式 266

二、质量转化模式 266

三、质量迁移模式 268

第四节 地球化学模式的应用 268

一、计算和判定水中各种化学组分的存在形式与饱和指数的计算（以海水为例） 269

（一）水中各种化学组分存在形式计算 270

（二）计算水溶液中矿物饱和指数（以海水为例） 273

二、矿物在水中的溶解量计算（以石膏溶解为例） 273

三、确定矿体的分布范围（以铀为例） 276

四、确定含水层中氧化还原垒与pH垒 277

五、成矿地段的确定（以砂岩型铀矿为例） 278

（一）地质背景 278

（二）地球化学模式计算结果 279

（三）铀矿化地段的预测 281

六、确定水中元素溶解、沉淀范围（以铀为例） 282

（一）研究区概况 282

（二）水中铀溶解、沉淀范围 283

第十二章 水文地球化学的应用 288

第一节 水文地球化学在找矿中的应用 288

一、水文地球化学找矿标志 288

二、水文地球化学间接找矿标志的应用 289

第二节 水文地球化学在成矿作用研究中的应用 292

一、概述 292

二、地下水与成矿物质的迁移 293

第三节 水文地球化学在地下水高矿化度条件下地浸采铀中的应用（以新疆吐哈盆地十红滩砂岩铀矿为例） 296

一、十红滩矿床水文地质条件与地浸中存在的主要问题简介 296

二、溶浸过程中产生CaCO3、CaSO4沉淀的水文地球化学原理 297

三、酸法、碱法不适用于高矿化度条件地浸采铀分析 297

四、淡化少试剂浸铀工艺 299

第四节 水文地球化学资料在地热勘探中的应用 300

一、一般原理 300

二、地球化学地热温标估算地下温度所需要的基本假设 301

三、地球化学地热温标 301

第五节 矿水 303

一、饮料矿泉水 303

二、医疗矿水的化学成分特征及分类 305

三、矿水的分布 306

第六节 环境保护 306

一、地下水质与地方病 306

二、地下水污染 308

第七节 灌溉用水的水质评价 309

一、水温 309

二、总矿化度与溶解盐类的成分 309

三、灌溉系数 310

主要参考文献 311

附录1 标准状态（298.1 5 K,25℃;100 kPa,0.9 869atm）下常见组分的热力学数据表 314

附录2 25℃下的平衡常数和反应焓 318

附录3 化学元素周期表 324