地下水地球化学是水文地质学的基础学科，最初以研究地下水的化学成分及其形成为主，以后逐渐发展至地下水成矿、寻找油气及有用矿床，如放射性铀矿、钾矿等领域，近代在与人类密切相关的生态地质环境领域中起着越来越重要的作用。
第30届国际地质大会有关地下水地球化学的论文内容涉及水岩平衡计算，建立模型以解释区域地下水的起源；农业灌溉水化学，特别是土壤和地下水盐碱化过程；沿海地区地下水的化学成分形成及演化过程；地热水化学以及核废料处理选址的水化学研究，加拿大专家发现可用铀元素浓度评价氧化还原环境并建立相应方法。在还原环境中铀元素的活性小，放置废料保险程度大。
同位素方法已成为水文地球化学中重要的有效手段，近年来获得较大进展。“当前研究的热门方向是对大型地下水盆地和岩溶水系统进行长期的综合（水质、同位素）监测研究。罗马尼亚在南道布鲁日灰岩山区建立了有50个台站的监测网。从1993年起已积累2年多2500组数据。每组数据包括物理、化学、生物、同位素指标共44项。通过数据分析，①圈出了污染敏感地段；②发现含水层深部存在硝化作用；③硝态氮中18O与15N都有识别氮污染源的重要功能。俄罗斯应用多种同位素研究地下水系统对人为污染的敏感性，已取得系统性成果”。中国从1985年开始对全国陆域大气降水（20个台站）进行连续监测。对大气降水氢氧同位素时空分布规律进行研究，并建成数据库，汇入国际原子能机构的全球大气降水氢氧同位素数据库。巴西首次测定了Parana盆地地下水中的氦同位素，应用氦总含量和3He/4He的比值（大气起源水为1.4×10-6，地壳水为10-7～10-8，地幔水10-5）两个指标可识别地下水起源，研究地下水流动途径和测定地下水年龄。
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