水岩作用研究现状及发展趋势

水岩作用研究现状及趋势

水岩作用是指：水、热液和岩石在岩石固相线以下的温度、压力范围内进行的各种化学反应和物理化学作用。它是一种基本的地球化学作用，导致了化学元素、同位素在岩石与水之问重新分配，是元素活化、迁移及整个地球化学质量平衡过程的一种潜在因素。因此，它并不局限于某一种地质过程，而是广泛地存在于地壳乃至上地幔中。在水岩作用中，基本的地球化学、物理化学方式有：①流体对固相的溶解淋滤和交代，②固液两相间的同位索交换，③氧化一还原，④流体、地下水中的元素在固相表面的吸附，⑤流体、地下水流经细孔隙岩石时发生的渗滤分异。以上①、②两项在热液活动中有着广泛的意义。

水岩作用的主要地球化学特点如下：①水岩作用以流体、地下水和岩石之间存在的化学或同位素的不平衡为前提，并且是一个非平衡的地球化学过程②水岩作用的地球化学效应，与同一体系中诸矿物或元素问的差异行为有关，这种差异是元素选择性迁移、栝化及矿物间同位素非平衡现象的原因，⑤水岩作用是一个与时间有很大关系的过程，尤其是一些受局部性、暂时性热源控制的水岩作用，表现得更为明显。

由于上述原因，水岩作用研究的一个关键问题，就是阐明整个过程的动力学效应。地球化学动力学理论是水岩作用地球化学研究的主要理论工具，在今后的一段时间内将是地球化学理论的一个重要发展方向。

水岩作用对各种地质构造、工程施工都有很重要的影响，目前，主要研究以下几个方面：

1、低温地热系统水岩作用的实验研究。用水——岩反应实验模拟了开采条件下天然地热水的化学组分，研究开采引起的水化学性质改变的主要控制因素和过程，认为其机理通常是储层中水岩反应的重新整。实验结果揭示出储层中水岩比发生了局部变化，从理论上找到了地热水资源开发中的水动力学过程和水化学过程的结合点，在实践找到到了调节、控制和改良水质的技术途径和方法。

2、红层泥岩水岩作用特征研究。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低，并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有，结构面遇水泥化导致楔形体失稳，泥岩塑性变形引起边坡蠕变，同时红层还具有很强的崩解性，边坡开挖后发生崩解等现象。

3、滑坡体水岩作用机制与变形机理研究。水岩作用对滑坡形成与发展具有非常重要的影响。从水岩作用的材料力学效应、水力学效应、化学效应及地震效应4个方面对某滑坡体的水岩作用机制进行了分析，其中前3种作用机制对滑坡体的变形演化与复活关系最为密切。在此基础上，对滑坡体变形机理进行了综合分析。分析认为，滑坡发育的基本条件有软硬相间的有利地层结构、地质构造条件等；滑坡发育的诱发因素有降雨、水库蓄水及人类活动等。

4、人工回灌条件下的水岩作用研究。人工回灌过程中所发生的

水岩作用是影响含水层地下水环境质量的重要因素。人工回灌过程中地下水中的钠离子不仅受混合作用的影响，还伴随有相应的阳离子交换反应和含Na矿物的溶解反应等，而且回灌过程对原始地下水中的钠离子、氯离子有稀释作用；钾离子主要受到钾长石矿物溶解的影响；人工回灌过程中存在石膏、方解石等矿物组分溶解，并且介质中的含锰矿物和含铁矿物发生了溶解反应。

5、水岩作用对砒砂岩风化侵蚀的影响。试验溶滤水的ca 、Mg 及HCO；的浓度普遍降低，Na 、K的浓度普遍升高，SO 、C1的浓度在模拟试验后未明显变化。对水样测试结果的逆向模拟表明：矿物转化量越大，其溶解的矿物量就越多，产生的次生矿物量就越大，导致岩体的抗侵蚀性降低；8组岩样的初始差异性，造成差异性水岩化学作用，加剧了砒砂岩风化侵蚀。

6、水岩作用下岩石亚临界裂纹的扩展规律。采用双扭试件，利用常位移松弛法，分别进行自然状态以及水岩作用下大理岩和混合岩的亚临界裂纹扩展实验，获得2种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子K的关系，并计算得到亚临界裂纹扩展参数A和n。通过对比，研究水对岩石亚临界裂纹扩展规律的影响。该实验结果可为复杂矿岩的稳定性分析提供可靠依据。

7、水岩作用与泥质斜坡失稳机理分析。主要探讨水岩作用机制及其对斜坡失稳的贡献，表明水岩作用不仅能够引起岩石结构强度及变形行为的不断恶化，而且能够加剧斜坡的失稳进程。进而说明水岩作用是泥质斜坡失稳的最主要因素之一。

8、水岩作用在软土地基及防渗加固处理中的应用。主要有：生石灰加固地基、水泥土搅拌法、水——坝间的相互作用。

水岩作用是一种基本的地球化学作用。它的发生是以热液、地下水和岩石之间存在着化学或同位素的不平衡为前提的。因此，它是开放体系中的一种非平衡的地球化学过程。水岩作用研究的一个关键理论问题是阐明整个过程的化学动力学效应。目前，在水岩作用的研究中所建立的地球化学动力学理论主要和水——硅酸盐体系有关，涉及化学和同位素这两个方面。在地基应用方面的发展方向为：1、发展地基处理理论：地基处理理论明显地落后于实践，地基处理实践的发展势必促进地基处理理论的进步，理论的进步又将指导地基处理实践的进一步发展。2、研制和引进地基处理新机械，提高多种工法的施工能力。3、提高地基处理技术综合应用水平。相信随着社会的发展，水岩作用也会涉及地质的各个方面。