bài giảng địa chất thủy văn CHUONG VII

CHƯƠNG VII NGUỒN GỐC VÀ SỰ HÌNH THÀNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC NƯỚC DƯỚI ĐẤT CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC Có học thuyết sau: Thuyết ngấm; Thuyết ngưng tụ; Thuyết trầm tích; Thuyết nguyên sinh  CÁC kiểu NGUỒN GỐC chủ yếu ndđ  Người ta chia NDĐ theo nguồn gốc điều kiện thành tạo TPHH sau: Nguồn gốc khí (nước ngấm, nước rửa lũa) Nước nguồn gốc biển (nước trầm tích) Nước nguồn gốc magma (nước nguyên sinh) Nước nguồn gốc biến chất (nước tái sinh, nước khử hydrat…) Lưu ý: nước chôn vùi Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ Các yếu tố thành tạo TPHH NDĐ: Các nhân tố bên – nhân tố hóa lý: liên quan đến chất hóa học nguyên tố, phân tử, ion Đó hoá trò, bán kính ion, ion, lương mạng tinh thể Các nhân tố đònh phổ biến nguyên tố vỏ trái đất, quy luật phân bố chúng Các nhân tố bên ngoài: đònh ảnh hưởng môi trường bên đến thành tạo TPHH nước Chúng gồm: nhân tố đòa lý tự nhiên; đòa chất; đòa mạo; đòa chất thủy văn; đòa nhiệt; vi sinh vật;… Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ Các môi trường đòa hóa tự nhiên hình thành NDĐ:  Các môi trường là: môi trường oxi hóa; môi trường khử; môi trường biến chất a b c  Mỗi môi trường đặc trưng nguyên tố, ion riêng Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ  Chướng ngại đòa hóa Chướng ngại học: Nhân tố gây trở ngại nước không khí Bản chất thay đổi lượng học nghóa lượng di chuyển học lớn lượng tónh giảm vận tốc chuyển động nước không khí Chướng ngại học đặc trưng cho nước trầm tích đóng vai trò quan trọng di chuyển hợp chất nguyên tố khác dạng lơ lửng nước thiên nhiên Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ  Chướng ngại đòa hóa Chướng ngại sinh hóa: Được đặc trưng hoạt động sinh vật sống Các hoạt động có khả làm lắng đọng số nguyên tố O, C, H, Ca, K, N, Si, Mg, P, S, Fe, Ba, Sr, Mn, B, F, Zn, Rb, Cu, V… Đặc biệt hình thành nguyên tố Fe S vi khuẩn lưu huỳnh sắt, có giả thuyết hình thành mỏ C (than) tuf vi sinh vật Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ  a b Chướng ngại đòa hóa Chướng ngại hóa lý: Chướng ngại oxy hóa: thể chuyển sang môi trường oxy hóa số ion trở thành hòa tan Fe2+  Fe3+; H2S + O2  2H2O + S Chướng ngại khử:Từ môi trường oxy hóa  khử Nước chứa H2 gặp H2S tạo kết tủa khoáng vật sulfua Cơ chế hình thành mỏ quặng Cu U; mỏ PbZn, CuS Sơ đồ chướng ngại khử Asfalt Dầu Nước + dầu Sơ đồ chướng ngại oxi hóa Fe; Cu; Pb; Zn CuS2 H2S Các trình thành tạo TPHH ndđ a Nguồn gốc khí nước: Có kiểu nguồn gốc khí tự nhiên sau: Khí sinh hóa – tạo thành trình phân hủy VCHC muối khoáng vi khuẩn: CH4, CO2, hydrocacbon nặng, N2, H2S, H2, O2 b Khí nguồn gốc khí quyển: N2, O2, Ar khí trơ khác H)  c Khí nguồn gốc hóa học: a) khí nguồn gốc biến chất: CO2, H2S, H2, CH4, CO, N2, HCl, HF, NH3, B(OH)3, SO2, HS-, Cl, S …) b) khí phản ứng hóa học tự nhiên diễn điều kiện bình thường: CO2 … d Khí nguồn gốc phóng xạ: He, Rn, Tn … Các trình thành tạo TPHH ndđ  A.L Kozlov đưa số quan điểm nguồn gốc khí nước khoáng: Quá trình thành tạo khí đa dạng phổ biến khắp nơi; Không tồn dòng khí, đặc biệt tích tụ khí hình thành trình đó, nguồn gốc tất khí tự nhiên hỗn hợp; Những nhóm nguồn gốc khác phân bố không đồng Ở điều kiện ĐC chủ yếu nhóm khí, điều kiện khác – nhóm khác; Có nhóm phân bố nhau, có khí phân bố diện hạn hẹp; Các khí vài nhóm cho tích tụ lớn, song có nhóm sinh thành ít, nhóm thứ di chuyển vỏ trái đất; Có nhiều trình khác chất song cho hình thành loại khí Các trình thành tạo TPHH ndđ      Trong khí kiểu biểu sinh chia ra: Khí đại (trên mặt đất); Khí hỗn hợp (và đệ tứ); Khí cổ (khí sâu) Dấu hiệu để phân biệt khí đại với khí cổ tỉ lệ He/Ar Khí đại có He/Ar = 0,250% khí tự He/Ar = 0,075% khí hòa tan Chúng ta xét khí với điều kiện tự nhiên: Khử, ôxi hóa biến chất Các khí nguồn gốc khí nước khoáng: N2, O2, CO2 …  Khí sinh hóa: CH4, H2S, hydrocacbon nặng, N2, CO2…  Khí nguồn gốc biến chất: chủ yếu CO2  Khí trơ khí phóng xạ thường khí đồng hành  Các trình thành tạo TPHH ndđ Khí nguồn gốc oxi hóa: chủ yếu nguồn gốc khí (N2, O2 khí trơ)  Đối với không khí, tỉ lệ Ar/N2 = 0,0118 hay 1,18%  Theo tỉ số a=Ar(khí).100/N2(khí).1,18 xác đònh toàn N2 có nguồn gốc khí (a = 1) hay có N2 nguồn gốc sinh học, nghóa nitơ không chứa Ar (aFe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+ * Hiệu thấm Korjinski – bán thấm Các nguồn cung cấp hợp phần hóa học cho ndđ Phân loại nguồn cung cấp hợp phần cho NDĐ theo điều kiện ĐCTV Điều kiện ĐCTV Nguồn TP NDĐ Đất đá Đới trao đổi nước mạnh Đới trao đổi nước khó khăn Các hợp phần C, S, SO4, Cl, Ca, Mg, Na, K, nhiều vi Khí nguyên tố O2, CO2, N VCHC Mùn, fenol, axit HC…; Cl, B, Br… Mưa HCO3,SO4,Cl, Na, Mg, Ca, K, vi nguyên Nước nguyên sinh tố S, Cl, Br, B, CO2, As, Li, F, Ba Đất đá C, SO4, Cl, Na, Mg, Ca, Br, B, I, Sr, Li, Dầu Rb, Cs VCHC chứa nitơ, axit HC hòa tan, axit béo; Cl, Br, B… CHC, NHC, axit HC… Nước nguyên sinh S, Cl, Br, B, CO2, As, Li, F, Ba VCHC Các nhân tố đònh trình thành tạo TPHH ndđ Phân loại nhân tố hình thành TPHH nước đất Nhân tố Đặc trưng nhân tố Lượng mưa Độ ẩm Nhiệt độ Bay NDĐ Gió Độ hòa tan khoáng chất VCHC Chuyển ẩm Khí hậu Đòa mạo Đòa hình Tình trạng miền cấp, vận động, thoát NDĐ Chiều dài đường thấm Vò trí khoảnh ĐK ĐCTV Sự thay đổi TP nước Đới trao đổi nước mạnh Giảm M, HCO3, Ca, Mg chiếm chủ yếu Tăng M, Cl, SO4, Na chiếm chủ yếu Phụ thuộc vào độ hoà tan mà tăng hay giảm độ khoáng hóa Đới trao đổi nước mạnh M thấp miền cấp, trung bình – miền vận động, cao – miền thoát Tăng M với chiều dài đường thấm Tăng M Các nhân tố đònh trình thành tạo TPHH ndđ Phân loại nhân tố hình thành TPHH nước đất Nhân tố Đòa chất Đặc trưng nhân tố Đòa nhiệt động (To, P vỉa) Cấu trúc – kiến tạo ĐK thủy Thủy động động lực khu vực lực Tính thấm không động Độ hòa tan VCHC khoáng chất Phát triển cấu trúc ĐCTV ĐK ĐCTV Đới trao đổi nước mạnh khó khăn Đới trao đổi nước khó khăn Sự thay đổi TP nước Phụ thuộc vào độ hòa tan mà M tăng hay giảm Giảm tương đối M cấu trúc chuyển tiếp, tăng cấu trúc âm Tăng M theo hướng vận động nước Tăng M tăng chiều dài đường thấm Hướng vận động NDĐ Chiều dài Đới trao đổi đường thấm nước mạnh NDĐ khó khăn Vận tốc thấm Tăng M điều kiện NDĐ giảm vận tốc thấm quãng đường thấm iv Các tiêu xác đònh kiểu nguồn gốc ndđ    Trong điều kiện tự nhiên khó xác đònh nguồn gốc nước đất; Cần dựa vào số dấu hiệu thành phần nguyên tố vi lượng, tính chất khí hòa tan; tỷ số nguyên tố có tính chất hóa lý gần giống Các tỉ số thường dùng để đánh giá: rNa Cl Ca Br = 0,85; ≈ 300; ≈ 33; ≈ 1300 rCl Br Sr I  Nước rửa lũa nguồn gốc khí quyển: rNa Cl Ca > 0,85(1 ÷ 2); >> 300; ≈ 200 rCl Br Sr rNa Cl Ca  Nước trầm tích: < 0,85(1 ÷ 2); [...]... nước biển (chỉ 5.10-5g/l) mà tích tụ trong vật chất sống của biển  nồng độ I trong bùn biển cao Hàm lượng Iod cao trong NDĐ  có sự liên quan với trầm tích biển chứa VCHC Flor chứa trong nước biển với hàm lượng gần 1mg/l Trong đá vôi, đôlômit nguồn gốc biển lượng F cao hơn (0,03%)  vài loại nước cacbonic chứa 5 – 6 mg/l F Ở vùng núi lửa hoạt động, trong chất bốc có nhiều HF do vậy có thể gặp nước khoáng... 24KNO3  24KHCO3 + 6CO2 + 12N2 + 18H2O  Phân hủy nitrit diễn ra ở nhiệt độ 65o-70oC, từ 30oC quá trình chậm lại Nitơ với khối lượng lớn được thành tạo khi vật chất ban đầu là tàn tích cơ thể động vật Sản phẩm lên men sinh học các khung cốt, chất béo … là khí metan Trong quá trình lên men các VCHC còn xuất hiện cả hydro Hydro hiện còn phát hiện nhiều trong khí nhiều    4 Các quá trình thành tạo TPHH... 2 3 Đặc điểm các quá trình hình thành TPHH nước ở lò magma xâm nhập: Trong điều kiện như vậy có thêm nhiều nhân tốt tác động: CO2 đi vào nước, Giàu nguyên tố vi lượng CO2 có 2 nguồn gốc: 1) Nhiệt biến chất và magma; 2) Sinh hóa CO2 nguồn gốc sinh hóa hiếm khi thành tạo tích tụ lớn, các mạch nước khoáng CO2 tự phun không gặp trong tự nhiên Khi hình thành TPHH nước với CO2 diễn ra các quá trình sau: Hòa... có ý nghóa lớn 4 Các quá trình thành tạo TPHH ndđ   Sau khi hình thành trầm tích, trong nước cũng tích lũy các tập hợp nguyên tố vi lượng như trong nước biển và đặc biệt là các cặp nguyên tố có tính chất gần nhau Chính các cặp này sẽ phần nào đó chứng tỏ nguồn gốc của nước Tỉ lệ Cl/Br ~ 300 được bảo tồn khá bền vững Nó chỉ bò phá hủy khi sa lắng muối NaCl Như vậy: Khi Cl/Br ~ 300 – Có nước biển tham... thành Quan điểm 2: Do bay hơi ngầm ở độ sâu lớn và có thể hình thành Cl-Na-Ca do sa lắng cacbonat 4 Các quá trình thành tạo TPHH ndđ B) a  Các quá trình rửa lũa, hòa tan đất đá: Các đá kết tinh và biến chất bò hòa tan rất ít Nước axit phân hủy alumosilicat theo sơ đồ sau: Na2Al2SiO16+CO2+H2O = H2Al2Si2O8+CO32-+4SiO2 2Na2Al2Si6O16+5H2O=2Na2SiO8+5H2SiO3+2Al2O3+5SiO2 Na2SiO3+2H2O  2Na++2OH-+H2SiO3 H2SiO3... trong các quá trình trao đổi - hấp phụ giữa nước và đất đá 4 Các quá trình thành tạo TPHH ndđ F)     Nguồn gốc VCHC của nước dưới đất VCHC có thể chia thành 3 kiểu nguồn gốc: Kiểu 1: VCHC nguyên thủy chứa trong nước, nghóa là chúng chứa trong nước trước khi ngấm vào tầng chứa nước Đây là VCHC hòa tan trong nước kể cả trong nước bùn Kiểu 2: VCHC đi vào nước do rửa trôi từ đất đá có chứa VCHC phân... liên quan đến trầm tích chứa dầu Trung bình – 141mg/l, min – 19,2; max – 417mg/l Nước acteji không liên quan đến trầm tích chứa dầu Trung bình – 9 mg/l Nước trong khe nứt liên quan tới đá magma và biến chất Trung bình – 3,8mg/l 4 Các quá trình thành tạo TPHH ndđ G) a      Vai trò vi sinh vật trong sự hình thành và biến đổi thành phần nước dưới đất: Khử sulfat và hình thành sulfuahydro: Vi khuẩn... Ca(OH)2   Trong nước sẽ tích lũy (OH)- và (HS)-, pH = 8,3-8,6 Sự xuất hiện S2-, HCO3-, (OH)- làm sa lắng muối FeS, FeCO3, CaCO3 và MgCO3  Khi khử sinh hóa VCHC bởi vi khuẩn (đường, axit hữu cơ, dầu, chất béo …) hình thành nước trung tính (pH = 7,0 – 7,5) Trong đó 60% H2S ở trạng thái tự do  Khi khử sinh hóa sử dụng H+ tạo thành loại nước hydrosulfid kiềm (pH=8,2-8,5) chứa hydrosulfua liên kết 4 Các... 4 Các quá trình thành tạo TPHH ndđ    Nước sulfat ở đây hình thành do oxi hóa pirit FeS2 + 3,5O2 + H2O  Fe2+ + 2SO42- + 2H+ Fe2+ có thể tiếp tục ôxi hóa để hình thành Fe2(SO4)3 Trong nước kiềm do thủy phân mà hydroxit bò kết tủa: 6Fe2++6SO42-+3H2O+1,5O2  4Fe3++6SO42-+2Fe(OH)3 6Fe3++9SO42-+18H2O  6Fe(OH)3+18H++9SO42-  Khi trong nước hàm lượng O2 nhỏ, phản ứng theo hướng khác, H2SO4 sẽ tác dụng... trình phân hủy VCHC và muối khoáng bởi vi khuẩn: CH4, CO2, hydrocacbon nặng, N2, H2S, H2, O2 b Khí nguồn gốc khí quyển: N2, O2, Ar và các khí trơ khác H)  c Khí nguồn gốc hóa học: a) khí nguồn gốc biến chất: CO2, H2S, H2, CH4, CO, N2, HCl, HF, NH3, B(OH)3, SO2, HS-, Cl, S …) b) khí phản ứng hóa học tự nhiên diễn ra ở điều kiện bình thường: CO2 … d Khí nguồn gốc phóng xạ: He, Rn, Tn … ... hưởng môi trường bên đến thành tạo TPHH nước Chúng gồm: nhân tố đòa lý tự nhiên; đòa chất; đòa mạo; đòa chất thủy văn; đòa nhiệt; vi sinh vật;… Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ Các... chất a b c  Mỗi môi trường đặc trưng nguyên tố, ion riêng 3 Các yếu tố môi trường đòa hóa thành tạo TPHH ndđ  Chướng ngại đòa hóa Chướng ngại học: Nhân tố gây trở ngại nước không khí Bản chất. .. Nước nguồn gốc biển (nước trầm tích) Nước nguồn gốc magma (nước nguyên sinh) Nước nguồn gốc biến chất (nước tái sinh, nước khử hydrat…) Lưu ý: nước chôn vùi 3 Các yếu tố môi trường đòa hóa thành