1870 年,AA BePnro在黑海河口灣開始了海洋水的研究。直至20 世紀50 年代中期, 蘇聯(lián)和美國都較系統(tǒng)地開展了該次研究。1972 年,oB III IKHHa在其5海洋軟泥水地球化學6中討論了世界三大洋和內(nèi)陸海軟泥水化學成分資料, 對不同類型沉積物中的軟泥水化學成分特征進行了描述和分類, 總結(jié)了軟泥水化學成分濃度隨深度變化的規(guī)律性, 并進行了解釋。1988 年, G N Baturin 撰著的5大洋錳和錳結(jié)核的地球化學6英文版專著中有一個章節(jié), 專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 個數(shù)量級的范圍中變動; 每種沉積物類型軟泥水的Mn 濃度變動范圍亦相當大。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 種類型( 汪蘊璞, 1991) 。

 

  近20 年來, 由于陸地資源儲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藏著金屬結(jié)核約有3  108 t , 因此人類轉(zhuǎn)向大洋礦產(chǎn)資源開發(fā)。汪蘊璞等在1986~ 1988 年期間, 在太平洋中部海域開展的多金屬結(jié)核調(diào)查, 以及通過開展室內(nèi)水-巖作用模擬系列試驗和各類樣品成分的多項分析測試, 在應用電子計算機技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計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)過綜合分析研究, 首次披露了洋底界面水的物理化學場的景觀, 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場的形成機理及其與多金屬結(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場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、作用和機理。

 

  閻葆瑞等采用新的微生物成礦的理論和觀點著重論述了大洋水及沉積物系統(tǒng)的地質(zhì)、地球化學環(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作用對成礦元素富集、沉析的影響, 現(xiàn)代和古代微生物的成礦作用及成礦機制等問題( 閻葆瑞, 1994) 。在微生物成礦機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解與發(fā)現(xiàn)。

 

  1. 3 地熱水研究

 

  目前對地熱水中的地球化學研究, 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)與實驗室熱水-巖反應0一文中提到熱水中的大部分溶解組分來自于水與圍巖之間的反應。可以概括為: 地熱田是一個高溫條件下的水文地球化學系統(tǒng), 構(gòu)成該系統(tǒng)的基本物質(zhì)成分是地熱流體和固相介質(zhì)( 圍巖) 。1977 年, Ellis 等發(fā)表了5地熱系統(tǒng)化學6一書。書中就熱水的起源、熱水的物理化學同位素特征、水熱蝕變、熱水中礦物沉淀等作了詳細的闡述。同時還討論了新西蘭有關(guān)野外采樣和實驗室分析方法。1977~ 1983 年, 美國學者Bow ers T S 經(jīng)過6 年的實驗室工作, 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、壓力下的熱力學參數(shù)和化學反應方程, 建立了600 多種相圖( 包括壓力達500 MPa, 溫度達600 e ) , 并出版了5礦物-水溶液平衡活度相圖6 一書。20 世紀80 年代, R O Fournier等對地熱溫標作了進一步探討, 建立了一系列地熱溫標公式, 被廣泛應用于地熱開發(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熱流體起源和形成機理的標志( Geoindicators) 。這些三角圖作為一種簡明而強有力的技術(shù)對熱泉及熱水井水作出快速的評價( Gig genbach, 1993; Hedenquist , 1990;Reyes A G 等, 1993) 。目前廣泛使用的標志有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 在意大利地熱田應用了同位素技術(shù), 隨后H P Tay lor 等相繼研究了世界上一些大型的地熱田水的同位素, 認為在氫氧同位素的組成中地熱水18O 的正漂移原因是地熱流體在上升過程中沸騰-閃蒸-混合作用、水-巖相互作用及巖漿水的輸入P。中國西藏羊八井地熱田的熱水來源問題就是利用氫-氧同位素組成得以解決的。并認為羊八井熱水最輕, 可用西藏的瑞利過程引起的同位素分餾效應來解釋。此外同位素作為地熱溫標得到深入的研究。

 

  水文地球化學的研究在地熱開發(fā)利用領(lǐng)域中的應用是卓有成效的, 在新西蘭、菲律賓、印尼等國家的一些大型地熱田中水文地球化學的應用在以下3個方面發(fā)揮了重要的作用: 探查階段: 利用泉水化學和噴氣孔化學并配合地質(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: 通過比較泉水和井水化學, 利用混合圖解估算地熱田的潛能、水文情況及評價熱貯層化學和基準溫度;  開發(fā)利用階段: 通過井水常規(guī)采樣, 對熱貯層進行監(jiān)測, 并分析地熱水的腐蝕和結(jié)垢狀況。

 

  1. 4 環(huán)境水文地球化學研究

 

  1. 4. 1 地下水質(zhì)與地方病

 

  環(huán)境因素與人類健康的關(guān)系自古就為國內(nèi)外的學者所重視。1916 年, 布雷克#麥凱首次發(fā)現(xiàn)斑釉齒與飲水有關(guān)。隨后, 天然水的化學成分與人類健康的關(guān)系逐漸引起了人們的重視, 各國學者如日本、瑞典、美國、英國、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。中國幅員遼闊, 自然環(huán)境復雜多變, 地方病種類多、分布廣、危害大。據(jù)粗略統(tǒng)計( 林年豐, 1991) , 在全國2 201 個縣中( 1986 年12 月31 行政區(qū)劃) 約有834 個縣不同程度地分布著各種地方病, 占全國總縣數(shù)的37. 89% 。各類地方病的患病人數(shù)不低于0. 6 億, 受威脅人口達3 億。在全世界人口中各類地方病患者約3 億, 受威脅人數(shù)達15 億?？梢姯h(huán)境地球化學地方病對人類造成的危害之大。中國自20 世紀70 年代初開始先后對克山病、地氟病等開展了水文地球化學研究工作, 目前水文地球化學在生命科學研究中的意義已在世界范圍內(nèi)引起重視。林年豐領(lǐng)導下的長春地質(zhì)學院地方病科研組自1968 年以來進行了20 多年的綜合考察, 對中國東北、西北、西南、華東、華南等十幾個省區(qū)進行了克山病、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地方病進行了專題研究, 建立起了醫(yī)學環(huán)境地球化學的理論體系。1990 年, 在楊忠耀主編的5環(huán)境水文地質(zhì)學6 一書中論述原生環(huán)境水文地質(zhì)條件與地方病, 詳細討論了各種地方病病區(qū)的水文地球化學特征。1989 年, 中共中央地方病防治領(lǐng)導小組辦公室與中國科學院環(huán)境科學委員會主辦出版了5中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集6, 綜合、系統(tǒng)地分析了中國已經(jīng)積累的寶貴資料, 全面展示了中國地方病的地理分布規(guī)律、流行特點及其與生態(tài)環(huán)境, 特別是化學生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。最近出版的5中國生態(tài)環(huán)境地球化學圖集6,展示了環(huán)境地球化學背景及影響生態(tài)地球化學系統(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。

 

  1. 4. 2 與污染有關(guān)的水文地球化學研究

 

  隨著環(huán)境水文地質(zhì)學研究的深入, 對地下水污染的結(jié)果有了較全面的認識, 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)美等各個方面。因此, 對于大型建設(shè)項目在施工建設(shè)期內(nèi)可能在地下水的補、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題時, 應進行環(huán)境水文地球化學研究。

 

  1975 年, J J Fried 所著的5地下水污染6專著中探討了非活性污染物預測。1987 年, 前蘇聯(lián)學者丘丘諾娃所著5工程技術(shù)成因的水文地球化學6論述了大陸水圈技術(shù)成因帶地球化學輸出和物質(zhì)交換, 以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域地下水由于技術(shù)活動引起變質(zhì)作用的特點等。1990 年, 楊忠耀主編的5環(huán)境水文地質(zhì)學6一書中有相應的章節(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, 是近年來水文地球化學領(lǐng)域興起的新的生長點, 是當今世界水文地球化學學術(shù)上的熱門話題, 在水文地球化學研究史上是個新進展。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反應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)域進行了一些探索。他們?yōu)檠芯康氐纳锘瘜W循環(huán)問題, 通過河北正定試驗場貫穿包氣帶的18. 5 m 的鉆孔剖面土樣的水理性質(zhì)、地球化學指標、有機質(zhì)含量的測試和微生 物的培養(yǎng)鑒定, 發(fā)現(xiàn)土體的氮素、TDS 、Cl- 含量以及微生物細菌的變化隨深度變化不是呈簡單的線性分布, 而是在剖面上的豐度波動及其遞增或衰減幅度, 受生物地球化學及其組構(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)修復開辟了新的思路。