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水文地质勘察技术研究

（二）地下水化学成分的演化

关于区域水文地质调查中，水文地球化学方法的理论基础是要解决一个地下
水化学成分的演化问题。所谓化学成分演化是讲地下水流动中要和介质的矿物产
生反应，包括溶解和沉淀、氧化和还原、吸附和离子交换、水体混合以及滤膜效
应等，这些反应就会改变水的化学成分。如果在单一和固定地层中流动，如碳酸

盐岩或玄武岩，地下水化学成分就会表现出一定的变化程序。如果先在一种地层
中流动，后又进入另一地层中去，如先在第四系松散层中流动后又进入碳酸盐岩

中去，那么同样也会表现出一种变化的程序。我们把这类化学成分变化的程序称
为演化。
笔者认为有关这方面工作，Back W 和 HanshawBB 在佛罗里达对第三纪灰岩
的长期研究起了主导作用。他们有两篇文章很有代表性，1971 年发表的“地下

水流系统中地球化学的解释”和 1979 年发表的“碳酸盐岩含水层系统演化的主
要地球化学过程”。水文地球化学和同位素水文学一样，也是一门独立的学科，
这部分主要介绍同位素，所以水文地球化学介绍从略，只是引出一个概念—地

下水化学成分的演化，因为这个概念和同位素的应用是紧密相关的。
（三）地下水力学和水文地球化学的结合
这里要引进一个地下水力学的概念“流网”。为简化起见，假定以一个二维
稳定流问题来看，如果在一张平面（或剖面）等水位线图上，我们以其垂直方向

可标出水流方向。如果我们把等水位（压）线视为等势线，则流线必须以直角与
等势线相交，流线也就代表了水流方向。两条相邻流线之间的面积可以称为流管。
（四）水文地球化学和环境同位素的结合

如果我们从含水层中划出一个单元体，为简化起见假定为一维流，横向流入
该单元的水体在一定的压力和温度下和单元体内矿物产生化学反应，然后再流出
该单元。那么在这个单元体内和矿物接触时，所选择的化学成分和同位素成分表
现是不同的，存在四种可能：二者都发生变化，二者都不发生变化，这个变化那

个不变，那个变化这个不变。实际上我们就是要从这种变化的差异来研究地下水
流动过程。

当我们把这许许多多的单元体横向联结起来，实际上也就归结到一束流线或
者一条流管。所以地下水力学，水文地球化学和地下水同位素的方法同时可以归
结到一束流线或一条流管中去研究，这就是三者方法结合点的关键。

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