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水-岩相互作用是地球科学领域十分关注的问题。多年来科学家们通过实验室内反复实验和野外观察,积累了大量的水-岩体系热力学和动力学参数,这为深入了解自然界水-岩作用现象和规律提供丰富的理论基础和实际数据资料。但这些工作一般都是通过化学反应测试获得,有很大的局限性。随着计算机科学的发展,通过建立适当的地球化学模型,用以模拟计算自然界中的水-岩相互作用,近年来国际上相关领域发展迅速。
本文在地球化学反应平衡模拟理论基础上,建立了矿物溶解滴定模型,选用美国地质调查局(USCS)提供的Phreeqc模拟软件,研究了不同条件下,pH、温度、CO2分压、离子强度等条件矿物溶解作用的影响。同时,在前人实地测试勘查的数据资料基础上,选择珠海校区的地下水-岩系统作为研究对象,通过软件计算,考察多种影响因素,进行了研究区的的水-岩地球化学反应模拟。
模拟结果表明:(1)珠海校区地下水中典型矿物,如文石、方解石、白云石等都处于非饱和状态,由于这些矿物是灰岩的重要组成,其饱和指数均小于零,所以灰岩可能会持续溶解。(2)pH值、温度、二氧化碳分压、离子强度、同离子效应等因素的变化对于体系的平衡具有重要影响,文中对这些应影响作用进行了定量研究,发现温度、二氧化碳分压的影响满足一定的函数关系式。(3)研究了酸雨对水-岩作用的影响。模拟了Ca2+、NH4+等离子对于典型矿物如文石、方解石、白云石等溶解反应平衡的影响。(4)模拟数据显示其地下水pH小于7,根据前人的实地调查数据资料,如果不加以控制处理,将会使其pH值进一步降低,将会给环境带来的潜在风险。