1870 年,AA BePnro在黑海河口灣開(kāi)始了海洋水的研究。直至20 世紀(jì)50 年代中期, 蘇聯(lián)和美國(guó)都較系統(tǒng)地開(kāi)展了該次研究。1972 年,oB III IKHHa在其5海洋軟泥水地球化學(xué)6中討論了世界三大洋和內(nèi)陸海軟泥水化學(xué)成分資料, 對(duì)不同類(lèi)型沉積物中的軟泥水化學(xué)成分特征進(jìn)行了描述和分類(lèi), 總結(jié)了軟泥水化學(xué)成分濃度隨深度變化的規(guī)律性, 并進(jìn)行了解釋。1988 年, G N Baturin 撰著的5大洋錳和錳結(jié)核的地球化學(xué)6英文版專(zhuān)著中有一個(gè)章節(jié), 專(zhuān)論海洋沉積物孔隙水中的Mn。研究發(fā)現(xiàn)海洋沉積物孔隙水中Mn 含量的變化幅度很大, 可在7 個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍中變動(dòng); 每種沉積物類(lèi)型軟泥水的Mn 濃度變動(dòng)范圍亦相當(dāng)大。依Mn 濃度將沉積物分為內(nèi)陸盆地、邊緣海洋帶和大洋深海帶3 種類(lèi)型( 汪蘊(yùn)璞, 1991) 。

 

  近20 年來(lái), 由于陸地資源儲(chǔ)量日益消耗加劇特別是陸地上的Cu、Ni、Co、Mn 4 種多金屬資源在50~ 60 a 后即將殆盡; 另一方面世界大洋底部蘊(yùn)藏著金屬結(jié)核約有3  108 t , 因此人類(lèi)轉(zhuǎn)向大洋礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)。汪蘊(yùn)璞等在1986~ 1988 年期間, 在太平洋中部海域開(kāi)展的多金屬結(jié)核調(diào)查, 以及通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)水-巖作用模擬系列試驗(yàn)和各類(lèi)樣品成分的多項(xiàng)分析測(cè)試, 在應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等取得的極其珍貴的、比較系統(tǒng)的第一手資料的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)綜合分析研究, 首次披露了洋底界面水的物理化學(xué)場(chǎng)的景觀, 以及洋底存在金屬壘、氧化壘和堿性壘的現(xiàn)代環(huán)境。剖析了大洋水物質(zhì)模型和界面水物理化學(xué)場(chǎng)的形成機(jī)理及其與多金屬結(jié)核形成之間的規(guī)律性聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)多金屬結(jié)核的成礦溶液是一種稀的金屬溶液和參與成礦的金屬存在形式。概括了成礦作用反應(yīng)場(chǎng)中成礦金屬的形成和轉(zhuǎn)移模式。 提出了水成多金屬結(jié)核的成礦階段、作用和機(jī)理。

 

  閻葆瑞等采用新的微生物成礦的理論和觀點(diǎn)著重論述了大洋水及沉積物系統(tǒng)的地質(zhì)、地球化學(xué)環(huán)境, 洋底水、沉積物、孔隙水及多金屬結(jié)核等介質(zhì)中微生物的分布及其地球化學(xué)作用對(duì)成礦元素富集、沉析的影響, 現(xiàn)代和古代微生物的成礦作用及成礦機(jī)制等問(wèn)題( 閻葆瑞, 1994) 。在微生物成礦機(jī)制及古微生物的成礦作用, 以及多金屬結(jié)核紋層等微構(gòu)造的微生物成因等方面提出了新的見(jiàn)解與發(fā)現(xiàn)。

 

  1. 3 地?zé)崴?/a>研究

  目前對(duì)地?zé)崴?/a>中的地球化學(xué)研究, 已有了較全面的了解。其地下熱水( 蒸汽) 絕大部分起源于大氣( 沈照理, 1985) 。早在1964 年A J Ellis 等在/ 天然水系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室熱水-巖反應(yīng)0一文中提到熱水中的大部分溶解組分來(lái)自于水與圍巖之間的反應(yīng)?？梢愿爬? 地?zé)崽?/a>是一個(gè)高溫條件下的水文地球化學(xué)系統(tǒng), 構(gòu)成該系統(tǒng)的基本物質(zhì)成分是地?zé)崃黧w和固相介質(zhì)( 圍巖) 。1977 年, Ellis 等發(fā)表了5地?zé)嵯到y(tǒng)化學(xué)6一書(shū)。書(shū)中就熱水的起源、熱水的物理化學(xué)同位素特征、水熱蝕變、熱水中礦物沉淀等作了詳細(xì)的闡述。同時(shí)還討論了新西蘭有關(guān)野外采樣和實(shí)驗(yàn)室分析方法。1977~ 1983 年, 美國(guó)學(xué)者Bow ers T S 經(jīng)過(guò)6 年的實(shí)驗(yàn)室工作, 獲得第一手有關(guān)礦物、氣體和溶解態(tài)組分在一系列溫度、壓力下的熱力學(xué)參數(shù)和化學(xué)反應(yīng)方程, 建立了600 多種相圖( 包括壓力達(dá)500 MPa, 溫度達(dá)600 e ) , 并出版了5礦物-水溶液平衡活度相圖6 一書(shū)。20 世紀(jì)80 年代, R O Fournier等對(duì)地?zé)釡貥?biāo)作了進(jìn)一步探討, 建立了一系列地?zé)釡貥?biāo)公式, 被廣泛應(yīng)用于地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用中確定熱水系統(tǒng)的熱貯層溫度。1988 ~ 1992 年, W F Giggenbach創(chuàng)立了一系列三角圖作為研究地?zé)崃黧w起源和形成機(jī)理的標(biāo)志( Geoindicators) 。這些三角圖作為一種簡(jiǎn)明而強(qiáng)有力的技術(shù)對(duì)熱泉及熱水井水作出快速的評(píng)價(jià)( Gig genbach, 1993; Hedenquist , 1990;Reyes A G 等, 1993) 。目前廣泛使用的標(biāo)志有O C-lSO4-HCO3 三角圖、C-l L-i B 三角圖、Na-K-Mg 三角圖和N2-Ar-He 三角圖。

 

  1957 年, H Craig 在意大利地?zé)崽?/a>應(yīng)用了同位素技術(shù), 隨后H P Tay lor 等相繼研究了世界上一些大型的地?zé)?/a>田水的同位素, 認(rèn)為在氫氧同位素的組成中地?zé)?/a>水18O 的正漂移原因是地熱流體在上升過(guò)程中沸騰-閃蒸-混合作用、水-巖相互作用及巖漿水的輸入P。中國(guó)西藏羊八井地?zé)崽?/a>的熱水來(lái)源問(wèn)題就是利用氫-氧同位素組成得以解決的。并認(rèn)為羊八井熱水最輕, 可用西藏的瑞利過(guò)程引起的同位素分餾效應(yīng)來(lái)解釋。此外同位素作為地?zé)釡貥?biāo)得到深入的研究。

 

  水文地球化學(xué)的研究在地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域中的應(yīng)用是卓有成效的, 在新西蘭、菲律賓、印尼等國(guó)家的一些大型地?zé)崽?/a>中水文地球化學(xué)的應(yīng)用在以下3個(gè)方面發(fā)揮了重要的作用: 探查階段: 利用泉水化學(xué)和噴氣孔化學(xué)并配合地質(zhì)和地球物理確定熱源, 找出流體的垂向上升帶和側(cè)向徑流帶;  發(fā)展階段: 通過(guò)比較泉水和井水化學(xué), 利用混合圖解估算地?zé)崽?/a>的潛能、水文情況及評(píng)價(jià)熱貯層化學(xué)和基準(zhǔn)溫度;  開(kāi)發(fā)利用階段: 通過(guò)井水常規(guī)采樣, 對(duì)熱貯層進(jìn)行監(jiān)測(cè), 并分析地?zé)崴?/a>的腐蝕和結(jié)垢狀況。

  1. 4 環(huán)境水文地球化學(xué)研究

 

  1. 4. 1 地下水質(zhì)與地方病

 

  環(huán)境因素與人類(lèi)健康的關(guān)系自古就為國(guó)內(nèi)外的學(xué)者所重視。1916 年, 布雷克#麥凱首次發(fā)現(xiàn)斑釉齒與飲水有關(guān)。隨后, 天然水的化學(xué)成分與人類(lèi)健康的關(guān)系逐漸引起了人們的重視, 各國(guó)學(xué)者如日本、瑞典、美國(guó)、英國(guó)、荷蘭、芬蘭、加拿大相繼探索了天然水質(zhì)與大骨節(jié)病、腦溢血、心血管病、胃癌、皮膚癌等的關(guān)系。中國(guó)幅員遼闊, 自然環(huán)境復(fù)雜多變, 地方病種類(lèi)多、分布廣、危害大。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)( 林年豐, 1991) , 在全國(guó)2 201 個(gè)縣中( 1986 年12 月31 行政區(qū)劃) 約有834 個(gè)縣不同程度地分布著各種地方病, 占全國(guó)總縣數(shù)的37. 89% 。各類(lèi)地方病的患病人數(shù)不低于0. 6 億, 受威脅人口達(dá)3 億。在全世界人口中各類(lèi)地方病患者約3 億, 受威脅人數(shù)達(dá)15 億。可見(jiàn)環(huán)境地球化學(xué)地方病對(duì)人類(lèi)造成的危害之大。中國(guó)自20 世紀(jì)70 年代初開(kāi)始先后對(duì)克山病、地氟病等開(kāi)展了水文地球化學(xué)研究工作, 目前水文地球化學(xué)在生命科學(xué)研究中的意義已在世界范圍內(nèi)引起重視。林年豐領(lǐng)導(dǎo)下的長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院地方病科研組自1968 年以來(lái)進(jìn)行了20 多年的綜合考察, 對(duì)中國(guó)東北、西北、西南、華東、華南等十幾個(gè)省區(qū)進(jìn)行了克山病、大骨節(jié)病、癌癥、地方性甲狀腺腫、地方性氟中毒、地方性砷中毒、伽師病以及其它的生物地球化學(xué)地方病進(jìn)行了專(zhuān)題研究, 建立起了醫(yī)學(xué)環(huán)境地球化學(xué)的理論體系。1990 年, 在楊忠耀主編的5環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)6 一書(shū)中論述原生環(huán)境水文地質(zhì)條件與地方病, 詳細(xì)討論了各種地方病病區(qū)的水文地球化學(xué)特征。1989 年, 中共中央地方病防治領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室與中國(guó)科學(xué)院環(huán)境科學(xué)委員會(huì)主辦出版了5中華人民共和國(guó)地方病與環(huán)境圖集6, 綜合、系統(tǒng)地分析了中國(guó)已經(jīng)積累的寶貴資料, 全面展示了中國(guó)地方病的地理分布規(guī)律、流行特點(diǎn)及其與生態(tài)環(huán)境, 特別是化學(xué)生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。最近出版的5中國(guó)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)圖集6,展示了環(huán)境地球化學(xué)背景及影響生態(tài)地球化學(xué)系統(tǒng)的主要因素和相關(guān)因素, 揭示了淺層地下水微量元素遷移集散規(guī)律及其健康效應(yīng)。

 

  1. 4. 2 與污染有關(guān)的水文地球化學(xué)研究

 

  隨著環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)研究的深入, 對(duì)地下水污染的結(jié)果有了較全面的認(rèn)識(shí), 即危害人體健康, 影響水資源在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有效利用, 破壞生態(tài)平衡, 損害環(huán)境優(yōu)美等各個(gè)方面。因此, 對(duì)于大型建設(shè)項(xiàng)目在施工建設(shè)期內(nèi)可能在地下水的補(bǔ)、徑、排關(guān)系破壞方面造成較大影響及在隨后造成的污染問(wèn)題時(shí), 應(yīng)進(jìn)行環(huán)境水文地球化學(xué)研究。

 

  1975 年, J J Fried 所著的5地下水污染6專(zhuān)著中探討了非活性污染物預(yù)測(cè)。1987 年, 前蘇聯(lián)學(xué)者丘丘諾娃所著5工程技術(shù)成因的水文地球化學(xué)6論述了大陸水圈技術(shù)成因帶地球化學(xué)輸出和物質(zhì)交換, 以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域地下水由于技術(shù)活動(dòng)引起變質(zhì)作用的特點(diǎn)等。1990 年, 楊忠耀主編的5環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)6一書(shū)中有相應(yīng)的章節(jié)闡述次生環(huán)境水文地質(zhì)條件與地下水污染。

 

  1. 5 地下水微生態(tài)的研究

 

  把地下水視為一個(gè)有生命的系統(tǒng)加以研究, 即地下水微生態(tài)研究, 是近年來(lái)水文地球化學(xué)領(lǐng)域興起的新的生長(zhǎng)點(diǎn), 是當(dāng)今世界水文地球化學(xué)學(xué)術(shù)上的熱門(mén)話題, 在水文地球化學(xué)研究史上是個(gè)新進(jìn)展。目前主要的議題涉及到地下水微生物總數(shù)的研究;微生物作為控制地下水化學(xué)反應(yīng)的角色以及研究地下水微生物的方法( Barbara, 2000) 。

 

  任福弘、孫繼朝等在這一領(lǐng)域進(jìn)行了一些探索。他們?yōu)檠芯康氐纳锘瘜W(xué)循環(huán)問(wèn)題, 通過(guò)河北正定試驗(yàn)場(chǎng)貫穿包氣帶的18. 5 m 的鉆孔剖面土樣的水理性質(zhì)、地球化學(xué)指標(biāo)、有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)試和微生 物的培養(yǎng)鑒定, 發(fā)現(xiàn)土體的氮素、TDS 、Cl- 含量以及微生物細(xì)菌的變化隨深度變化不是呈簡(jiǎn)單的線性分布, 而是在剖面上的豐度波動(dòng)及其遞增或衰減幅度, 受生物地球化學(xué)及其組構(gòu)形式的制約。這一研  究成果, 為氮素污染地下水的阻控以及污染土體的原位生態(tài)修復(fù)開(kāi)辟了新的思路。