Растворенное железо в грунтовых водах мела(известковые) из Норфолка, Англия

Главная долина Буре вокруг Saxthorpe свободна от глины - до дрейфов, и над мелом  лежат только пески и посыпает гравием. Близко расположенные буровые  скважины и колодцы вокруг Saxthorpe демонстрируют, что на верхних и  средних сторонах долины, водные уровни в дрейфе выше, чем в мелу, в  то время как в дне долины перемена имеет место. Есть местное обращение  грунтовой воды в мелу от, перезаряжают на сторонах долины к региональной зоне разгрузки в дне долины. Этот образец подобен выведенному  для Мела в Эссексе Ллойдом  и др. (1981).

С точки зрения потока грунтовой  воды верхний дренаж Буре может быть классифицирован в пять зон. Это  перезаряжать зона вокруг оправы дренажа; верхняя зона передачи, в которой  преобладает горизонтальный поток, хотя водные уровни ниже в мелу, чем  в дрейфе; более низкая зона передачи главным образом горизонтального  потока, но с восходящей утечкой  от мела, чтобы дрейфовать; зона разгрузки  в дне долины вокруг Saxthorpe и местной  клетки обращения ниже сторон долины в Corpusty (№ 8 на Рис. 2) и Saxthorpe.

Железо в грунтовой  воде

Осуществление выборки  и анализ

Образцы грунтовой воды были собраны  из семи глубоких буровых скважин  в мелу, три буровых скважины водоснабжения, проникающие через верхние десять метров или больше мела, и шестнадцать piezometers и колодцы в депозитах  дрейфа. Используемый образец был  изменен от дизайна Фроста и др. (1977). Глубокие буровые скважины были выбраны в интервалах на 10 м глубины, начинающейся с пункта 1-10 m ниже кожуха. Геофизическая заготовка леса Отделом  Геологических Наук, Бирмингемским  университетом (К. Хискок, личная коммуникация) указала на однородное формирование и водные свойства в Hindolveston (№ 1 на Рис. 2) предполагающий, что образцы глубины, вероятно, будут довольно истинным отражением вод водоносного слоя. В Вуде Даллинге (№ 3) сильный поток  вошел в буровую скважину через  расщепленную зону в главных 20 м  мела и переполнился в поверхности. Ниже этой зоны вода буровой скважины не привела доказательства вертикального  потока. Только высшие два водных образца  были в расщепленной зоне. В Corpusty (№ 8) регистрация кронциркуля обозначенный близко расщепленный или rubbly мел всюду  по глубине на 20 м проникновения, но грунтовая вода, кажется, входит в буровую скважину однородно  всюду по ее глубине, производя небольшой, но постоянный градиент температуры  и проводимости. Испытание трассирующего  снаряда подтвердило медленный  восходящий поток. Таким образом образцы от верхней части этой буровой скважины отражают смешивание вод по диапазону 20 м глубиной. Оставление тремя буровыми скважинами мела и дрейфом piezometers и колодцами, были каждый выбраны в единственной глубине, близко к основанию, или на уровне перфорированного экрана в случае piezometers. Данные от нескольких других буровых скважин мела были отклонены, потому что они показали большие химические аномалии, связанные с местным загрязнением грунтовой воды материалами, используемыми в строительстве буровых скважин.

Грунтовая вода termpeature, pH фактор и А  были измерены в области, используя  ртутный термометр, калиброванный  к 0.1 ~ Orion портативный метр pH фактора, удобочитаемый к +0.01 единицам и потенциометру  с А Платиновым электродом. А электрод был установлен в специальной  воздухонепроницаемой бутылке и  определенном количестве образца, переданного  ему непосредственно от образца  грунтовой воды без контакта с  воздухом. Поток - через клетки, такие  как используемые Back & Barnes (1965) или Edmunds (1973) не мог использоваться. Однако, процедура, принятая здесь, дала восстанавливаемый  и устойчивый А чтения к в пределах • mV.

Два образца грунтовой воды были сохранены для анализа. Каждый был  фильтрован и окислился, чтобы стабилизировать Fe ++ и проанализированный для Fe атомным  поглотительным спектрометром. Результаты были восстанавливаемы к в пределах 0.01 мг 1-1. Второй образец был сохранен для главного анализа иона.

Образцы были собраны в марте 1981, когда уровни грунтовой воды были высоки, и в октябре и ноябрь 1981, когда уровни были низки. Ежегодный  диапазон уровней в мелу в любом  случае маленький. Главная химия  иона дрейфа и большинства вод  мела имеет тип Ca-HCO3 без существенного  сезонного изменения. Скупые ценности и диапазоны показывают в Таблице 1. Высокий хлорид и ценности натрия, найденные в некоторых водах  мела, происходят из-за присутствия  На Ца C1 HCO3 воды при превышении глубин на-50 м ниже уровня моря.

Результаты

Аналитические результаты для Fe, pH фактора  и А показывают в первых трех колонках Таблицы 2. Эти данные, плюс главные  исследования иона, использовались в  качестве входа к водной образцовой компьютерной программе WATSPEC (Wigley 1977), который  вычисляет концентрацию равновесия Fe ++ и железные комплексы (колонки 4 и 5 в Таблице 2). Расторгнутыми разновидностями, которые рассматривает WATSPEC, является Fe 2 +, Fe 3 +, FeOH 2 +, Fe (О), f, Fe (О), ~ Fe (О), 2, FeC12 +, FeCI ~, FeCl ~, FeSO ~-, FeOH +, Fe (О), 2 ~ FeO.OH-, FeSO ~ В  колонках 7-9 Таблицы 2 показывают индексы  насыщенности относительно siderite (FeCO3), mackinawite (ФЕС), пирит (FeS2) и goethite (FeO (О)), снова  вычислены WATSPEC. Последняя колонка  показывает индекс насыщенности относительно аморфного Fe (О), 3 вычисленных методом Whittemore & Langmuir (1975). Индекс насыщенности определен тем, где IAP - продукт деятельности ионов, реагирующих, чтобы ускорить минерал, и K - равновесие, постоянное из реакции осаждения. Положительный  индекс указывает на супернасыщенность, отрицательный показывает, что минерал  будет иметь тенденцию распадаться  в решении.

ТАБЛИЦА 1. Главный состав иона грунтовых  вод в дренаже Буре (все концентрации в mg 1-1. Щелочность как HCO ~.)

Дрейф мела

Средства (1981) средства (1981)

Диапазон в октябре/ноябре в  марте Диапазона в октябре/ноябре в марте

Временный секретарь (~ 11.0 11.4 9.0-12.5 10.3 10.7 9.0-11.9

Приблизительно 88 90 40-123 106 112 38-222

Mg 12.9 12.3 2.6-68 7.2 6.0 2.9-19.9

На 63 "53 12.7-531 26 24 14.4-53

K 7.5 8.0 2.0-42 8.2 7.1 1.4-34.7

CI 99 "84" 19.1-831 39 39 15.6-65

Щелочность 307 269 31.2-430 299 243 41-691

SO4 41 44 9.2-170 59 56 1.2-115

Грунтовые воды от водоносных слоев дрейфа

У вод дрейфа есть значения pH в пределах от 6.9 к 8.7, составляя в среднем 7.61. Относительная узость диапазона pH фактора  происходит из-за буферизования расторгнутыми  карбонатами, которые ответственны за высокую щелочность, показанную в Таблице 1. Источник карбоната - развалины  мела, которые являются главным элементом  глиняных касс области. Окислительно-восстановительный  потенциал (А) вод дрейфа изменяется от-275 до +200 мВ, но воды могут быть разделены  на две относительно гомогенных группы в зависимости от того, присутствует ли глина - до в дрейфе в местоположении коллекции (Рис. 4). Образцы из областей плато почти все шоу, отрицательное  А в диапазоне-20 к-275 мВ. Два видных исключения - мелкие колодцы в Guestwick и Ridlands Cottage, в котором выбранное водное тело выставлено атмосфере по большой площади поверхности относительно ее объема.

((РИС. 4. Области а-pH-фактора  грунтовых вод от депозитов  дрейфа. (См. Рис. 1 для деталей границ  фазы.)))

Piezometer образцы взяты от некоторого расстояния ниже водной поверхности, которая является в любом случае маленькой по сравнению с объемом piezometer трубы. Таким образом ценности А от piezometers, менее вероятно, будут нарушены контактом с воздухом до осуществления выборки. Однако, один piezometer, читающий в Хемпстеде в ноябре 1981, дал А +70 мВ. Это может произойти из-за дефектного измерения в области, поскольку содержание железа в воде почти идентично этому в марте, когда А были-165 мВ. Против этого должен быть установлен отмеченное сокращение серного аромата, который был очень примечателен в марте, но не в ноябре. С этими исключениями, однако, А ценности вод дрейфа от глины - пока области не показывают последовательный уменьшенный образец.

Напротив, воды дрейфа от главной Долины Буре, где глина - до отсутствует, имеют  главным образом положительный  А. Отрицательные величины произошли  в мартовском образце в Станции  очистки сточных вод Corpusty и осенью в буровой скважине Corpusty (№ 8 на Рис. 2), но ноль или положительные ценности были получены для других двух образцов на этих местах. Решительно положительная  ценность в Itteringham может снова произойти  из-за подвергания воздуху в отмели хорошо, но остающиеся положительные  ценности от piezometers и, менее вероятно, будут затронуты таким образом. Когда подготовлено на диаграмме  А-pH-фактора (Рис. 4) орошают от глины - до, и области без глины формируют  отличные но накладывающиеся группы.

Содержание железа в водах дрейфа переменное, но то же самое разделение в две группы как с А возможно (Таблица 3). Воды от глины - пока у областей нет среднего числа 3.94mg1-1 Fe (диапазон 0.17-28.5), в то время как у тех  из пока-бесплатных-сайтов есть скупой из 0.61 мг 1-1 (диапазон 0.0-3.19).

Различие в А и содержание железа в водах от глины - до и  пока-зоны-свободной-торговли предполагают, что это не химические реакции  в до который аффект состав вод  дрейфа. Вода из пока-зон-свободной-торговли циркулировала через, посыпает гравием, пески и илы, в которых кварц  или кремень - главные полезные ископаемые в грубых фракциях размера. У песков часто есть красноватая или желтая окраска, наводящая на размышления  о покрытиях зерна окиси железа. Кассы - типично серые или сине-серые  каменные глины с высоким содержанием  карбоната, полученным из сокрушенного мела. Воды от, пока - свободные дрейфы не имеют низкое содержание железа и главным образом готовят  в пределах Fe (О), 3 области на Рис. 4. Их индексы насыщенности указывают  супер - насыщенность относительно goethite, но undersaturation относительно аморфного Fe (О), 3. Их содержанием железа, наиболее вероятно, управляет растворимость  промежуточного звена, плохо прозрачный oxyhydroxide как описано Whittemore & Langmuir (1975). Напротив, воды, которые прошли через глину - до, уменьшили А ценности и главным образом составляют заговор в пределах siderite, пирита и расторгнули области Fe §247 на Рис. 4. Более подробные термодинамические  предсказания, сделанные WATSPEC в Таблице 2, показывают, что большинство этих вод агрессивно к пириту, в то время как степень насыщенности изменяется относительно siderite. Из-за их высокого содержания железа почти все  насыщаются относительно goethite, но не относительно более разрешимого Fe (О), 2. Однако, поскольку Langmuir & Whitte-, которую больше (1971) показало, самый устойчивый прозрачный железный oxyhydroxides, такой как goethite, вообще ускоряет более медленно, чем аморфная железная гидроокись. Таким образом  осаждение goethite, в то время как  ожидающийся на основании вычислений равновесия, может быть запрещено  кинетически.

ТАБЛИЦА 3. Скупое содержание железа в  зонах грунтовой воды

Скупой Fe

содержание Стандартный номер 

Зона (mg1-1) Замечания образцов отклонения

Дрейф

Глина до

До отсутствующий 

3.94 7.63 25 Всех данных включены.

1.73 1.51 23 Опускает Edgefield

0.61 1.05 9 3.5 м b.g.1.

Мел

Перезарядите 4.38 2.48 12

Верхняя сделка 2.60 1.36 7

Более низкая сделка 3.06 2.55 20

Освободитесь от обязательств 1.43 0.64 24

Местная циркуляция 0.18 0.21 4

Индексы насыщенности в Таблице 2 предполагают, что главный источник железа в  водах дрейфа от глины - пока области  не роспуск пирита, вовлекающего окисление  сульфида к сульфату, который уменьшит А и pH фактор решения, (Stumm & Morgan 1981, p. 469-471). Пирит - общий минерал в  мелу (Хэнкок 1975; Морган-Джонс 1977), и  рассеянные зерна пирита, как могут  ожидать, произойдут широко в меловых  кассах. В контрастных водах в  пока-зонах-свободной-торговли не входят в контакт с пиритом, и их источник железа - вероятно, покрытия окиси железа на зернах ила и песке.

Грунтовые воды в мелу

Содержание железа и отношения pH фактора а воды мела изменяются относительно горизонтального потока грунтовой воды и вертикально  в пределах индивидуальных буровых  скважин. Горизонтальные изменения  относительно потока грунтовой воды будут считать первыми.

 

((РИС. 5. А-pH-фактор перезаряжает  и верхние воды зоны передачи  от Мела, по сравнению с областью  глины - до вод дрейфа. (См. Рис. 1 для деталей границ фазы.)))

Составы А-pH-фактора вод от Перезаряжать Зональной и Верхней Зоны Передачи показывают в Рис. 5. Все воды составляют заговор в пределах диапазона  состава глины - до вод дрейфа, из которых они происходят. Более  близкое объединение в кластеры воды мела на Рис. 5 может состоять частично в том, потому что буровая скважина мела нев жестком переплете обеспечивает лучший образец истинного состава  грунтовой воды, чем показанная на экране piezometer труба. Главным образом, однако, это, вероятно, отражает факт, что  весь мел перезаряжает образцы, были оттянуты из единственной буровой скважины в Hindolveston. Воды от Более низкой Зоны Передачи показывают в Рис. 6. У них  есть по существу те же самые особенности  А-pH-фактора как перезаряжение  и верхние воды зоны передачи. В  Рис. 7 показаны Разгрузку Зональные  и Местные воды Клетки Обращения. А-значения-pH наложения зоны разгрузки  с перезаряжением и зонами передачи, но также и распространяются на менее  отрицательные величины А должным  образом в пределах Fe (О), 3 области. Это может отразить окисление  возрастающей грунтовой воды ниже долины Буре вокруг Саксофона - thorpe. Источник кислорода для этого находится, вероятно, в местных водах обращения, полученных из лежания пока - свободные  дрейфы. Этот вопрос освещен следствиями  буровой скважины Corpusty, которая является в пределах местной клетки обращения  ниже сторон долины Буре. Верхняя часть  водной колонки в буровой скважине имеет положительный А и подобна  пока - свободные воды. У более  низкой части буровой скважины есть уменьшенный, А оценивают и заговоры границей Fe (О), 3 области на Рис. 7, в  центре группы вод зоны разгрузки. Смешивание окисленных грунтовых вод местной  клетки обращения и уменьшенных  вод обращения всего дренажа, вероятно, поднимает А последнего в зоне разгрузки и перемещает состав возрастающих грунтовых вод  мела к, или в, Fe (О), 3 области стабильности.