更新时间:2022-08-25 15:34
岩石中某些组分进入水中的过程,称为溶滤作用。对矿物而言,溶滤是指不破坏其结晶格架,而有一部分元素进入水中的过程。此外,如水经过含可溶性盐类的岩石时,仅将其可溶解部分带走,也可称为溶滤。溶解则是指物质的全部溶于水的作用。通常所谓的溶滤作用也包括溶解作用。
溶滤作用是指地下水与岩土相互作用、岩土中一部分物质转入到地下水中的作用。地下水溶滤作用的结果是岩石中失去一部分可溶成分,地下水中则补充了新的组分。溶滤作用包括溶解作用和水解作用。
溶解作用是指岩石中矿物遇水后不同程度地溶解到水体中并成为水体中离子成分的过程。矿物盐类与水溶液接触,发生两种作用:一种是溶解作用,离子由结晶格架转入水中;另一种是结晶作用,离子由液体中固着于晶体格架中。当溶液达到饱和时,溶液中某种盐类的含量称为溶解度。温度上升时,溶解度增大。
水解作用是地下水与岩石相互作用下成岩矿物的晶格中发生阳离子被水中氢离子取代的过程。
水是由一个带负电的氧离子和两个带正电的氢离子组成的。由于氢和氧分布不对称,在接近氧原子一端形成负极,氢原子一端形成正极,成为偶极分子。岩土与水接触时,组成结晶格架的盐类离子,被水分子带相反电荷的一端所吸引;当水分子对离子的引力足以克服结晶格架中离子间的引力时,离子脱离晶架,被水分子所包围,溶入水中。
实际上,当矿物盐类与水溶液接触时,同时发生两种方向相反的作用:溶解作用与结晶作用,前者使离子由结晶格架转入水中,后者使离子由溶液中固着于晶体格架上。随着溶液中盐类离子增加,结晶作用加强,溶解作用减弱。当同一时间内溶解与析出的盐量相等时,溶液达到饱和。此时,溶液中某种盐类的含量即为其溶解度。
不同盐类,结晶格架中离子间的吸引力不同,因而具有不同的溶解度。随着温度上升,结晶格架内离子的振荡运动加剧,离子间引力削弱,水的极化分子易于将离子从结晶格架上拉出。因此,盐类溶解度通常随温度上升而增大。
溶滤作用是一定自然地理与地质环境下的历史过程。剥蚀出露的岩层,接受降水及地表水的入渗补给而开始其溶滤过程。设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。开始阶段,氯化物最容易由岩层转入水中,而成为地下水中主要化学组分。随着溶滤作用延续,岩层含有的氯化物不断转入水中而贫化,相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。溶滤作用长期持续,岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐及硅酸盐,地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。因此,一个地区受溶滤作用愈强烈,持续时间愈长久,地下水的TDS愈低,愈是以难溶离子为其主要成分。
除了时间变化,溶滤作用还呈现空间差异性。气候愈是潮湿多雨,地形切割愈强烈,地质构造的开启性愈好,岩层的导水能力愈强,地下径流与水交替愈迅速,岩层经受的溶滤便愈充分,易溶盐类愈贫乏,地下水的TDS愈低,难溶离子的相对含量愈高。
溶滤作用的强度是岩土中的组分转入水中的速率。其大小取决于:
组成岩土的矿物盐类的溶解度
显然,含盐岩沉积物中的NaCl易溶,而以SiO2为主要成分的石英岩则很难溶解。
岩土的空隙特征
缺乏裂隙的致密基岩,水与矿物难以接触,较难溶滤。
水的溶解能力
水对某种盐类的溶解能力随该盐类浓度增加而减弱。某一盐类的浓度达到其溶解度时,水对此盐类便失去溶解能力。因此,低矿化水溶解能力较高矿化水强。
CO2、O2等气体成分的含量
水中CO2、O2等气体成分的含量,决定着某些盐类的溶解能力。水中CO2含量越高,溶解碳酸盐及硅酸盐的能力越强。O2的含量越高,水溶解硫化物的能力越强。
水的流动状况
地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、最关键的因素。流动停滞的地下水,随着时间推移,水中溶解盐类增多,CO2、O2等气体耗失,最终将失去溶解能力,溶滤作用停止。地下水流动迅速时,矿化度低且含有大量CO2、O2等气体的大气降水和地表水不断入渗更新含水层原有的溶解能力降低了的水,地下水便经常保持强的溶解能力。
溶滤作用除受岩性条件影响外,还与地形有关。在切割剧烈的山区,由于地下水的径流、排泄条件良好,水交替强烈,因此溶滤作用不断地进行,地下水多为重碳酸盐型;而在地势平坦或低洼的地区,由于地下水流速缓慢或处于停滞状态,溶滤作用进行得不充分,岩层中保留了部分易溶盐,同时由于水分的蒸发,也伴随有一定数量盐分的积累,因此其矿化度比山区地下水矿化度高。