地球中天然水的类型

地球上的水体包括哪些类别~

地球上的水体包括海洋、冰川、常年积雪、江、河、溪流、湖泊、水库、池塘、沼泽以及埋在土壤岩石空隙中的地下水和大气中的水汽。水体不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥、水生生物等。水体是地表水圈的重要组成部分，是以相对稳定的陆地为边界的天然水域。

不同领域的学者，目前得出了比较一致的认识，认为地球上的水圈是原始地壳生成后，氢和氧随同其他易挥发组分从地球内部圈层逸出而形成的。因此，地下水起源于地球深部圈层。从形成地下水化学成分的基本成分出发，可将地下水分为3种主要成因类型:溶滤水、沉积水和内生水。
4.2.1.1 溶滤水
富含CO2与O2的大气降水渗入地下形成的地下水，溶滤它所流经的岩土而获得其主要化学成分，这种水称为溶滤水。溶滤水的成分受到岩性、气候、地貌等因素的影响。
岩性对溶滤水的影响是显而易见的。石灰岩、白云岩分布区的地下水，HCO－3，Ca2+，Mg2+为其主要成分;含石膏的沉积岩区，水中SO2－4与Ca2+均较多;酸性岩浆岩地区的地下水，大都为HCO3-Na型水;基性岩浆岩地区，地下水中常富含Mg2+;煤系地层分布区与金属矿床分布区多形成硫酸盐水。
但是，如果认为地下水流经什么岩土，必定具有何种化学成分，那就把问题过分简单化了。岩土的各种组分，其迁移能力各不相同。在潮湿气候下，原来含有大量易溶盐类(如NaCl，CaSO4)的沉积物，经过长时期充分溶滤，易迁移的离子淋滤比较充分，到后来地下水所能溶滤的主要是难以迁移的组分(如CaCO3，MgCO3，SiO2等)。因此，在潮湿气候区，尽管原来地层中所含的组分很不相同，有易溶的与难溶的，但其浅表部在丰沛降水的充分淋滤下，最终浅层地下水很可能都是低矿化重碳酸盐水，难溶的SiO2在水中占到相当比重。另一方面，干旱气候下平原或盆地的排泄区，由于地下水将盐类不断携来，水分不断蒸发，浅部地下水中盐分不断积累，不论其岩性有何差异，最终都将形成高矿化的氯化物水。从大范围来说，溶滤水的水质主要受控于气候，显示受气候控制的分带性。
地形因素往往会影响气候控制的水质分带性。这是因为在切割强烈的山区，流动迅速、流程短的局部地下水系统发育，地下水径流条件好，水交替迅速，即使在干旱地区也不会发生浓缩作用，因此常形成低矿化的以难溶离子为主的地下水。地势低平的平原与盆地，地下水径流微弱，水交替缓慢，地下水的矿化度与易溶离子含量均较高。
干旱地区的山间堆积盆地，气候、岩性、地形表现为统一的分带性，地下水水化学分带也最为典型。山前地区气候相对湿润，颗粒比较粗大，地形坡度也大;向盆地中心，气候转为十分干旱，颗粒细小，地势低平。因此，水化学分带的总趋势是从盆地边缘洪积扇顶部的低矿化重碳酸盐水，到过渡地带的中等矿化硫酸盐水，盆地中心则是高矿化的氯化物水。
绝大部分地下水属于溶滤水。这不仅包括潜水，也包括大部分承压水。位置较浅或构造开启性好的含水系统，由于地下水径流途径短，流动相对较快，溶滤作用发育，多形成低矿化的重碳酸盐水。构造较为封闭的，位置较深的含水系统，则形成矿化度较高，易溶离子为主的地下水。同一含水系统的不同部位，由于径流条件与流程长短不同，水交替程度存在差异，从而可能出现水平的或垂向的水化学分带(王大纯等，1995)。
4.2.1.2 沉积水
沉积水是指大体与沉积物沉积时同时生成并保留下来的古地下水。冲积相、湖积相、海相沉积物中的水具有不同的原始成分，被后来的沉积物覆盖封存后在漫长的地质年代中水质又经历了一系列复杂的变化，形成现今所能见到的同生沉积水。海相地层中的沉积水来源于古海水，陆相地层中的沉积水来源于古大气降水。大多数沉积水都是矿化度高的咸水或卤水，通常分布于各种沉积盆地内。
海相地层(包括蒸发岩和碳酸盐岩等)沉积水是古海水经过蒸发浓缩及一系列化学作用和生物化学作用而形成的。海水是矿化度约为35g/L的Cl-Na型水。由于经历一系列后期变化，海相地层沉积水与海水比较有以下不同:①矿化度很高，最高可达300g/L以上;②SO2－4减少乃至消失;③Ca2+的相对含量增大，Na+的相对含量减少;④富集溴、碘，碘的含量升高尤为显著;⑤出现H2S，CH4，铵，氮;⑥pH值增高。海相沉积水矿化度的增大，一般认为是海水经历了强烈的蒸发浓缩作用所致。脱硫酸作用使原始海水中的SO2－4减少以至消失，出现H2S，水中HCO－3增加，水的pH值升高。HCO－3增加与pH值升高，使一部分Ca2+，Mg2+与HCO－3作用生成CaCO3与MgCO3沉淀析出，Ca2+与Mg2+减少。甲烷、铵、氮等是细胞与蛋白质分解以及脱硝酸作用的产物。溴与碘的增加是生物富集并在生物遗骸分解时进入水中所致。
陆相地层(各种砂岩为主)中的沉积水是古大气降水封存在沉积物中经过长期复杂演变而形成的。陆相沉积卤水有以下基本特点:①矿化度较高，达每升几十克到300克左右;②Ca2+的含量增大，每升达数克到数十克;③水化学类型以Cl-Na·Ca型为主，少数为Cl-Ca型;④富含Li+，Sr2+，Ba2+，溴，碘等微量组分。陆相地层(以砂岩和泥页岩为例)在成岩过程中受到上覆岩层压力而被压实时，其中所含的水一部分仍保留于砂岩中，在泥页岩中的另一部分水被挤压进入颗粒较粗且不易压密的砂岩层。在砂岩和泥页岩互层的陆相地层中，上覆岩层压力使下部砂岩的水通过泥页岩进入上部的砂岩中，泥页岩可以起到“隔膜渗滤”作用，使更多的离子组分滞留在下部砂岩中，结果是沉积卤水的矿化度随砂岩的埋深而升高。
埋藏在海相地层或陆相地层中的沉积水，在经历若干时期以后，由于地壳运动而被剥蚀出露地表，或者由于开启性构造断裂使其与外界连通，经过长期入渗淋滤，沉积水有可能完全排走，而为溶滤水所替换。在构造开启性不十分好时，则在补给区分布低矿化的以难溶离子为主的溶滤水，较深处则出现溶滤水和沉积水的混合，而在深部仍为高矿化的以易溶离子为主的沉积水。
4.2.1.3 内生水
早在20世纪初，曾把温度较高的地下水看作是岩浆分异的产物。后来发现，在大多数情况下，温泉是地下水接受大气降水入渗补给循环到深部获得加热后再上升到地表形成的。近年来，某些学者通过对地热系统的热均衡分析认为，仅靠浅部水渗入深部获得的热量无法解释某些高温水的出现，认为应有10%～30%的来自地球深部层圈的高热流体的加入。这样，源自地球深部层圈的内生水说又逐渐为人们所重视。有人认为，深部高矿化卤水的化学成分也显示了内生水的影响。
内生水的典型化学特征至今并不完全清楚。前苏联某些花岗岩中包裹体溶液是矿化度为100～200g/L的Cl-Na型水。冰岛玄武岩区的热蒸汽凝成的水，是TDS为1～2g/L的HS·HCO3-Na型水，含有大量SiO2和CO2。内生水的研究迄今还很不成熟，但由于它涉及地下水科学乃至地质学的一系列重大理论问题，因而在今后地下水科学的研究领域将有可能向地球深部圈层扩展，人们将会更加重视内生水的研究。

3.2.3.1 地球中的流体

地球中的流体并不单指水溶液相，常见的流体相主要有以下几种：

（1）各类硅酸盐岩浆（或称硅酸盐熔融体），包括从酸性到超基性，以及碱性的各类火成岩都是由硅酸盐岩浆结晶形成的硅酸盐熔融体。

（2）以H₂O为主的流体，包括：①岩浆水；②变质水；③同生水；④海水；⑤卤水；⑥地表水；⑦地热水等。

（3）以碳氢化合物为主的流体，如石油、天然气等。

其他还有存在于矿物和岩石中的挥发分，受到应力作用发生形变的矿物和岩石流变体等。

地球中的流体类型虽然很多，但最重要的流体还是以水为主的流体，因为它与各类地质作用和地球化学过程的关系最密切。

3.2.3.2 地壳中水流体相的形成

除同生水、海水和地表水外，岩石圈中的水与地壳的“去流体”作用有关，下面简介在各类地质作用过程中水流体相的形成。

（1）沉积物的“去流体”作用。沉积物在压实成岩作用中释放流体是地壳中流体的一种来源。沉积物沉积到一定厚度时将产生上覆压力，这个压力使沉积物中最易移动的物质——流体从沉积物中被排挤出去，如果这种流体集中起来就形成水流体。如页岩在经压实作用之后，原来所含的水大约将失去75%左右，剩下的25%则被封闭在页岩的孔隙中。Magara（1978）指出：沉积岩的去水作用在沉积盆地的任何部分都可以发生，但只有当上覆压力大于流体静压力时，去水作用才能发生；只有当孔隙度足够大时，去水作用才能继续。因此，压力和孔隙度是影响去水作用的重要因素。

（2）变质作用放出流体。在变质作用中，原先固定在岩石中的挥发分因变质作用而得以释放出来，形成变质流体。下列是变质流体形成的部分方式：

地球化学

以上变质反应可放出 H₂O、CO₂等流体，这些流体可与岩石、矿物再反应，形成新的变质矿物，因此也属于水-岩化学作用范畴。

（3）岩浆作用产生热液。岩浆中最多大约含5%～6%的H₂O、CO₂和其他挥发分。岩浆上升时，随温度和压力下降，岩浆中所含的流体会释放出来，形成通常所说的岩浆热液。由岩浆中的流体包裹体可知在岩浆矿物结晶时熔浆中已存在包括水流体相在内的多种流体，岩浆中分异出热液的过程见第7章相关部分。

综合上述，在地壳中进行的三大类地质作用过程均可形成地壳中的流体。

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