地下水水文地球化學模擬
在實際的水文地球化學問題中,往往地下水的化學組分是已知的,而其形成和演化的過程是未知的,反向地球化學模擬為解決這一問題提供了有效的途徑。本書利用PHREEQC,對三門峽盆地地下水進行反向地球化學模擬求解,以期定量揭示地下水化學環境演化過程。
地球化學模擬在反應路徑模擬上可分為兩類:正向地球化學模擬和反向地球化學模擬。所謂正向地球化學模擬就是依據假定的水-巖反應來預測水的化學組分和質量遷移。其原理是:在給定初始水樣水化學成分后,假定一個反應(或平衡約束條件),通過反應路徑計算確定水-巖作用過程。它能解決諸如盆地深部水化學、土壤水化學,以及地熱系統中和一般水-巖作用系統中發生的地球化和昌賣學作用等問題。
由于本書是使用反向地球化學模擬來研究三門峽盆地地下水的演化,這里對正向地球化學模擬就不做過多的論述。反向地球化學模擬就是依據觀測到的化學和同位素資料來確定系統中所進行的水-巖反應,也就是對觀測到的水化學資料作出解釋。這類模擬主要在于解決某一地下水流場中地下水的地球化學演化路徑問題,即了解某一水化學系統中發生了哪些水-巖反應,有哪些礦物發生了溶解、沉淀,其量各是多少等問題。
反向地球化學模擬是建立在質量守恒模型基礎之上的,其形式是:
斷陷盆地地下水環境演化與水文地球化學模擬――以三門峽盆地為例
式中:反應物相―――在反應過程中進入溶液的組分;
生成物相―――在反應過程中離開溶液的組分。
反應物相和生成物相統稱為“礦物相”(PHASE)。可以是氣體、礦物或發生離子交換作用的離子。地球化學反向模擬方法能夠用于研究同一水流路徑上,穩定狀態(指地下水流場和化學組分不隨時間變化的水文系統)中水的演化。對于可以忽喚逗略水動力彌散影響的穩態區域含水層,反向模擬方法更加適用(高文冰,2005)。
5.1.2.1 模擬方法和步驟
反向水文地球化學模擬可歸結為以下4個方面的研究:
1)首先要分析水樣數據,求出溶液中各主要組分和衍生組分的濃度。并計算出各個組分的活度,即校正的濃度,地下水化學組分的存在形式是研究水-巖作用模擬計算的基礎。
2)確定地下水對各種礦物的飽和狀態。結合研究地區的迅姿巖性礦物等來確定發生化學反應的可能礦物相,在考慮到絡合組分的影響下求出這些礦物相正確的飽和指數。
飽和指數SI(Saturation Index)是地下水水化學研究中應用最多的一個指標,它是表征地下水與某種礦物處于何種狀態的參數,可以理解為難溶礦物在地下水溶液中的飽和程度。對于下列反應:
斷陷盆地地下水環境演化與水文地球化學模擬――以三門峽盆地為例
按照質量作用定律,當上述反應達到平衡時,有:
斷陷盆地地下水環境演化與水文地球化學模擬――以三門峽盆地為例
式中: ――離子活度積,以“IAP”表示;
K―――平衡常數。
當達到溶解平衡時,IAP=K;當IAP/K>1時,表示反應向左邊進行;若IAP/K
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