主要组分和次要组分

Question

如题所述

Answer 1

主要组分是指在地下水中经常出现、分布较广、含量较多的化学元素或化合物，这些组分包括：重碳酸根（

）、硫酸根（

）、氯离子（Cl_-）、钾离子（K⁺）、钠离子（Na⁺）、钙离子（Ca₂₊）、镁离子（Mg₂₊）等。它们构成了水中所谓的七大离子，占据了地下水中无机物成分含量的90%以上，决定着地下水的水化学类型。

构成这些离子的元素，或者是地壳中含量较高且较易溶于水的（如 O₂，Ca，Mg，Na，K），或者是地壳中含量虽不很大，但极易溶于水的（如Cl_-，以

形式出现的S）。Si，Al，Fe等元素，虽然在地壳中含量很大，但由于其难溶于水，在地下水中含量通常不大。一般情况下，随着地下水中溶解组分含量的增高，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。溶解组分含量低的水中常以

及Ca₂₊，Mg₂₊为主；溶解组分含量高的水中则以Cl_-及Na⁺为主；溶解组分含量中等的地下水中，阴离子常以

为主，主要阳离子则可以是Na⁺，也可以是Ca₂₊。地下水的溶解组分含量与离子成分之间之所以具有这种对应关系，一个主要原因是水中盐类的溶解度存在差异。

4.1.1.1 氯离子

氯元素在地壳中的含量仅约为0.017%，但Cl_-具有很强的迁移性能。Cl_-在溶解组分含量较低的水中是保守的，不易形成难溶的矿物，不被胶体所吸附，也难以被生物积累。氯化钠、氯化镁和氯化钙盐的溶解度都很大，因此Cl_-可以自由地在水中迁移，成为地下水中分布最广的离子，几乎存在于所有的地下水中。一般来说，在溶解组分含量低的地下水中，Cl_-含量很少，一般在阴离子中占第三位。随着溶解组分含量的增加，Cl_-的绝对含量和相对含量都有所增加，并在溶解组分含量高的水中占主导地位，在卤水中Cl_-在阴离子中占绝对优势。Cl_-含量的变化范围由每升数毫克到数百克。

地下水中Cl_-的天然来源主要包括来自沉积岩中所含盐岩或其他氯化物的溶解，来自岩浆岩中含氯矿物（如氯磷灰石Ca₅[PO₄]₃Cl、方钠石Na₈[AlSiO₄]₆Cl₂）的风化溶解，来自海水对地下水的补给等；Cl_-的人为来源主要包括工农业废水、粪便及生活污水等。

4.1.1.2 硫酸根离子

天然水中

同样具有很好的迁移性，但由于CaSO₄溶解度较小，Ca₂₊的存在会限制

含量的增加。此外，热带潮湿地区士壤中的氢氧化铁和氢氧化铝能够吸附

，因此它的迁移性仅次于Cl_-。

是天然水中的重要离子，地表水和浅层地下水中几乎都含有

。在溶解组分含量高的水中，

的含量仅次于Cl_-，每升可达数克；在溶解组分含量低的水中，一般每升含量仅数毫克到数百毫克；溶解组分含量中等的水中，

常成为含量最高的阴离子。由于

在缺氧的条件不稳定，在还原环境去硫菌的作用下，

可以被还原成硫化氢，因此在深层封闭地质构造中或者强还原环境中常见到无

的水化学类型。

地下水中

的天然来源主要包括含石膏或其他硫酸盐沉积岩的溶解，以及地壳中广泛分布的硫化物和天然硫的氧化，使本来难以溶于水的S以

形式大量进入水中。例如方铅矿（PbS）、黄铜矿（CuFeS₂）、黄铁矿（FeS₂）等金属硫化矿床的氧化会造成矿床附近的地下水中含有大量的

。黄铁矿氧化反应式如下：

地下水科学概论（第二版·彩色版）

地下水中

的人为来源主要包括化石燃料燃烧释放到大气中的SO₂以酸雨形式降落地表渗入地下，造成地下水

含量增高。还有一部分

来自于生活和工业废水。

4.1.1.3 重碳酸根离子

在水中的积累往往会受到Ca₂₊含量的限制，一般每升水中含量不超过数百毫克，但当地下水中有大量CO₂溶解时，

的浓度大大增高，有时每升水中含量可达数克。一般来说，在溶解组分含量低的水中，

常占据阴离子的首位，随着溶解组分含量的增高，

的相对含量会逐渐降低。但是，当水中阳离子以Na⁺为主时，可以在溶解组分含量较高的水中，形成以

为主要阴离子的HCO₃Na型水，俗称“苏打水”，每升水中

含量可达数克到数十克。

地下水中HCO-3 主要来源包括CO₂的溶解，各种碳酸盐岩（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）的溶解，以及岩浆岩与变质岩中的铝硅酸盐矿物的风化溶解。例如钠长石和钙长石的风化溶解反应如下：

地下水科学概论（第二版·彩色版）

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4.1.1.4 钠离子

地壳中的钠元素含量约为2.5%，其中大部分原子组成了硅酸盐矿物。钠的几乎所有盐类都具有较强的溶解性，因此钠的迁移性很强。由于Na⁺可以与岩士介质产生阳离子交换吸附反应，从溶液中析出，所以在随水中溶解组分含量增加的过程中，Na⁺的增加有时会落后于Cl_-。在溶解组分含量低的水中，Na⁺的含量一般很低，每升水中的含量仅数毫克到数十毫克，但在溶解组分含量高的水中则是主要的阳离子，每升水中其含量最高可达数十克至100克以上。

地下水中Na⁺的来源包括来自沉积岩及分散在岩石士壤中的盐岩、芒硝等钠盐的溶解，来自岩浆岩和变质岩的含钠矿物（如铝硅酸盐钠长石、斜长石、霞石等）的风化溶解。

4.1.1.5 钾离子

钾的化学性质及在地壳中的含量与钠相似，它来自含钾盐类沉积岩的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。K⁺在溶解组分含量低的水中含量甚微，而在溶解组分含量高的水中含量较多。虽然在地壳中钾的含量与钠相近，钾盐的溶解度也相当大，但是在地下水中K⁺的含量要比Na⁺含量少得多，一般只有Na⁺含量的4%～10%。这是因为K⁺大量参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱石、绢云母），并易为动植物有机质所摄取。正是由于K⁺的性质与Na⁺相近，含量少，分析比较困难，所以在早期的水质分析资料中，经常将K⁺归并到Na⁺中，不另区分，有些资料中提到的“六大离子”也是将K⁺和Na⁺合并到一起。现代分析技术如离子色谱仪，已经能够比较简便地分别测定K⁺和Na⁺的含量。

4.1.1.6 钙离子

地壳中的钙元素含量约为3.6%，它在石灰岩、泥灰岩和其他一些岩石中的含量能超过10%。同时钙元素也积极参加生物作用，在有机体死亡后，钙很快变为矿物形式并转入士壤。一般来说，在溶解组分含量低的水中，Ca₂₊经常占优势，但随着溶解组分含量的增高，Ca₂₊的相对含量会迅速减少，这是由于CaSO₄和CaCO₃的溶解度低所致。因此，天然水中Ca₂₊的含量一般很低，每升水中其含量一般不超过数百毫克。但是在溶解组分含量很高的卤水中，由于阴离子主要是Cl_-，而CaCl₂的溶解度相当大，故Ca₂₊的绝对含量显著增大，有时甚至超过Na⁺，成为主要的阳离子，每升水中其含量可达几十克。

地下水中Ca₂₊的来源主要是石灰岩、白云岩等碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。此外，阳离子交换吸附也是地下水中Ca₂₊的来源之一。

4.1.1.7 镁离子

镁元素在地壳中的含量约为2.1%，其化学性质与钙相似，但迁移性能却有所不同。镁的生物活动性比钙弱，且MgSO₄，Mg（HCO₃）₂的溶解性比CaSO₄，Ca（HCO₃）₂好，所以几乎所有天然水中都有镁离子。但是由于镁盐在地壳中分布不广，Mg₂₊在水中含量一般都低于Ca₂₊，很少见到Mg₂₊占主要成分的水。

地下水中Mg₂₊的来源主要是白云岩、泥灰岩等含镁的碳酸盐岩的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含镁矿物（如基性岩辉长岩、超基性岩橄榄岩）的风化溶解。

除上述7种主要组分以外，地下水中还有一些组分含量也较高，介于主要组分和微量组分之间，如：

Mn²⁺，Fe₂₊，Fe₃₊，偏磷酸，偏硼酸等。一般情况下，它们不能决定地下水的水化学类型，但在某些特殊情况下，其含量可能超过主要组分，从而影响到水化学类型，这些组分归为次要组分。例如，在遭受人类活动影响的地下水中，每升水中

可达几十毫克甚至上百毫克；在一些封闭构造的油田水中，每升水中

的含量可达几百毫克；由于偏硅酸在碱性热水中的溶解性好，在一些地下热水中，每升热水中其含量也可高达几十毫克甚至上百毫克（李学礼，1988）。