地下水水文地球化学模拟

在实际的水文地球化学问题中，往往地下水的化学组分是已知的，而其形成和演化的过程是未知的，反向地球化学模拟为解决这一问题提供了有效的途径。本书利用PHREEQC，对三门峡盆地地下水进行反向地球化学模拟求解，以期定量揭示地下水化学环境演化过程。

地球化学模拟在反应路径模拟上可分为两类:正向地球化学模拟和反向地球化学模拟。所谓正向地球化学模拟就是依据假定的水-岩反应来预测水的化学组分和质量迁移。其原理是:在给定初始水样水化学成分后，假定一个反应(或平衡约束条件)，通过反应路径计算确定水-岩作用过程。它能解决诸如盆地深部水化学、土壤水化学，以及地热系统中和一般水-岩作用系统中发生的地球化和昌卖学作用等问题。

由于本书是使用反向地球化学模拟来研究三门峡盆地地下水的演化，这里对正向地球化学模拟就不做过多的论述。反向地球化学模拟就是依据观测到的化学和同位素资料来确定系统中所进行的水-岩反应，也就是对观测到的水化学资料作出解释。这类模拟主要在于解决某一地下水流场中地下水的地球化学演化路径问题，即了解某一水化学系统中发生了哪些水-岩反应，有哪些矿物发生了溶解、沉淀，其量各是多少等问题。

反向地球化学模拟是建立在质量守恒模型基础之上的，其形式是:

断陷盆地地下水环境演化与水文地球化学模拟――以三门峡盆地为例

式中:反应物相―――在反应过程中进入溶液的组分;

生成物相―――在反应过程中离开溶液的组分。

反应物相和生成物相统称为“矿物相”(PHASE)。可以是气体、矿物或发生离子交换作用的离子。地球化学反向模拟方法能够用于研究同一水流路径上，稳定状态(指地下水流场和化学组分不随时间变化的水文系统)中水的演化。对于可以忽唤逗略水动力弥散影响的稳态区域含水层，反向模拟方法更加适用(高文冰，2005)。

5.1.2.1 模拟方法和步骤

反向水文地球化学模拟可归结为以下4个方面的研究:

1)首先要分析水样数据，求出溶液中各主要组分和衍生组分的浓度。并计算出各个组分的活度，即校正的浓度，地下水化学组分的存在形式是研究水-岩作用模拟计算的基础。

2)确定地下水对各种矿物的饱和状态。结合研究地区的迅姿岩性矿物等来确定发生化学反应的可能矿物相，在考虑到络合组分的影响下求出这些矿物相正确的饱和指数。

饱和指数SI(Saturation Index)是地下水水化学研究中应用最多的一个指标，它是表征地下水与某种矿物处于何种状态的参数，可以理解为难溶矿物在地下水溶液中的饱和程度。对于下列反应:

断陷盆地地下水环境演化与水文地球化学模拟――以三门峡盆地为例

按照质量作用定律，当上述反应达到平衡时，有:

断陷盆地地下水环境演化与水文地球化学模拟――以三门峡盆地为例

式中: ――离子活度积，以“IAP”表示;

K―――平衡常数。

当达到溶解平衡时，IAP=K;当IAP/K>1时，表示反应向左边进行;若IAP/K