本文關(guān)鍵詞： 偏硅酸型礦泉水 時(shí)空分布 實(shí)驗(yàn)?zāi)M 水巖作用 礦物溶解速率 形成機(jī)理　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：長(zhǎng)白山玄武巖區(qū)是繼阿爾卑斯山、高加索山之后的世界第三大優(yōu)質(zhì)天然飲用礦泉水產(chǎn)地和國(guó)內(nèi)外罕見的天然礦泉水集中分布區(qū),具有分布面積大、流量大而穩(wěn)定、水質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn),礦泉水開發(fā)潛力巨大。研究礦泉水形成機(jī)理及其賦存規(guī)律對(duì)開發(fā)及保護(hù)礦泉水資源具有重要意義。本次研究共進(jìn)行了6次野外調(diào)查取樣工作,分析水樣159組,土樣21組,巖樣44組,取樣時(shí)間涵蓋了豐、枯水期,野外取樣代表性良好。分析玄武巖物質(zhì)組分來(lái)源,設(shè)計(jì)了不同形態(tài)及性質(zhì)的玄武巖、土壤及火山渣水解浸泡實(shí)驗(yàn),取樣組數(shù)31組;分析偏硅酸型礦泉水的形成過(guò)程中,水巖作用反應(yīng)路徑及產(chǎn)生的物質(zhì)組分變化規(guī)律,設(shè)計(jì)土柱淋濾實(shí)驗(yàn)及徑流影響模擬實(shí)驗(yàn),取樣組數(shù)36組;分析偏硅酸礦泉水形成過(guò)程中受外界的溫度、壓強(qiáng)及環(huán)境影響,設(shè)計(jì)高溫高壓反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn)、溫度影響實(shí)驗(yàn)、CO_2影響實(shí)驗(yàn)及p H值影響實(shí)驗(yàn),取樣組數(shù)35組。1.確定了研究區(qū)礦泉水特征組分的時(shí)空分布規(guī)律及其影響因素。(1)礦泉水水化學(xué)組分變化規(guī)律一致,礦泉水水化學(xué)組分的變化特征與降水量密切相關(guān),地下水補(bǔ)給徑流條件較好,交替較快,離子變化較為明顯;地下水補(bǔ)給徑流條件相對(duì)較弱,地下水中離子濃度較為穩(wěn)定。p H值呈弱堿性,多數(shù)離子濃度豐水期含量減小,枯水期含量增大;礦泉水水化學(xué)組分空間分布與區(qū)域水巖作用有關(guān)。(2)影響礦泉水水化學(xué)特征變化的因素眾多,其中巖石的物質(zhì)組成及其含量是決定因素,水-巖的反應(yīng)過(guò)程及外界影響因素等決定了水化學(xué)指標(biāo)時(shí)空運(yùn)移過(guò)程和含量變化。2.通過(guò)室內(nèi)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的分析數(shù)據(jù)確定礦泉水物質(zhì)來(lái)源、形成過(guò)程及其影響因素,探求靖宇礦泉水形成機(jī)理。(1)確定礦泉水物質(zhì)來(lái)源,設(shè)計(jì)不同形態(tài)的玄武巖、土壤及火山渣的水解浸泡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同形態(tài)的玄武巖樣品偏硅酸釋放過(guò)程不同,水溶液p H值呈弱堿性,具有規(guī)則形狀和新鮮面的樣品變化趨勢(shì)相關(guān)性更好,含量釋放更大;土壤及火山渣浸泡水溶液的p H值達(dá)到8.25,偏硅酸釋放量始終呈增長(zhǎng)趨勢(shì),但增長(zhǎng)速率較小。(2)確定礦泉水中偏硅酸的形成過(guò)程,設(shè)計(jì)不同反應(yīng)路徑上地下水與土壤、火山渣及玄武巖作用的反應(yīng)路徑柱槽模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明玄武巖及火山渣在不同淋濾速率下,二者淋濾液的p H值和偏硅酸釋放量隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致,p H由堿性趨于中性變化,隨流速增大,偏硅酸釋放量迅速減小;不同物質(zhì)的接觸面位置的偏硅酸濃度最大,初期腐殖土偏硅酸的釋放量大,中期火山渣釋放量增大,后期玄武巖釋放量最大,偏硅酸含量逐漸累積增大,三者呈現(xiàn)遞進(jìn)變化關(guān)系,火山渣的偏硅酸釋放速率均大于玄武巖;水槽反應(yīng)路徑模擬實(shí)驗(yàn)p H值呈弱堿性,偏硅酸釋放量緩慢增加。(3)確定偏硅酸型礦泉水形成過(guò)程中受外界環(huán)境的影響因素及相關(guān)程度,設(shè)計(jì)水巖作用影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明巖石質(zhì)量越大,偏硅酸釋放量越大;巖石接觸面積越大,其釋放量越大;溫度壓強(qiáng)促進(jìn)水巖作用,提高反應(yīng)速率。水溶液呈弱堿性,在一定限值內(nèi),溫度越高,玄武巖偏硅酸累計(jì)釋放量越大,氣孔玄武巖的增長(zhǎng)速率略大;CO_2氣體影響實(shí)驗(yàn)表明偏硅酸釋放量在酸性水環(huán)境中始終保持增大的趨勢(shì);酸堿環(huán)境影響實(shí)驗(yàn)表明水溶液p H值逐漸趨于中性,偏硅酸釋放量呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定釋放的規(guī)律,酸性條件下偏硅酸的釋放速率及釋放量均大于堿性條件下的情況,酸性條件下偏硅酸的釋放在初期迅速達(dá)到釋放量最大值后趨于穩(wěn)定,堿性條件則到中期達(dá)到釋放量最大值。3.在系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定研究區(qū)的偏硅酸型礦泉水的物質(zhì)來(lái)源為研究區(qū)玄武巖層,利用PHREEQC軟件及水-巖體系質(zhì)量傳輸模型計(jì)算主要的硅酸鹽礦物在水文地球演化過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),定量研究礦泉水組分形成及演變路徑。采用Stanford一階反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型模擬不同巖樣、CO_2催化及酸堿條件下水巖作用過(guò)程,利用Stumm模型建立不同溫度的硅酸鹽礦物的偏硅酸釋放動(dòng)力學(xué)模型符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,水解反應(yīng)的偏硅酸釋放量的規(guī)律一致,確定偏硅酸的釋放速率;溫度、壓強(qiáng)、CO_2氣體及酸堿環(huán)境等因素均與偏硅酸釋放量呈正相關(guān);從實(shí)驗(yàn)角度系統(tǒng)的對(duì)礦泉水形成機(jī)理進(jìn)行研究,獲得的結(jié)論對(duì)合理開發(fā)利用礦泉水資源具有其重要的理論和實(shí)際意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P641.5

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