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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pH242

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