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水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状水岩作用是指水和岩石之间发生化学反应的过程。
水在地质过程中起着重要作用，常与岩石发生反应，改变岩石的性质和结构。
在岩石的剪切过程中，水岩作用会对岩石的剪切行为产生一定的影响。
本文将介绍水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状。
1. 水岩作用带来的化学反应在水岩作用过程中，水和岩石之间会发生一系列的化学反应。
其中最常见的是岩石中的矿物与水发生反应，这些反应会导致岩石的化学成分和结构发生改变。
例如，岩石中的矿物可以与水反应生成新的矿物，或者原有的矿物溶解成离子。
这些反应会改变岩石的物理性质，如岩石的硬度、强度、韧性等。
2. 水岩作用对岩石的力学性质影响在剪切带中，岩石的受力状态是复杂的。
水岩作用会导致岩石的物理和化学性质发生变化，而这些变化将直接影响到岩石的剪切行为。
对于不同类型的岩石，水岩作用的影响也不同。
2.1 砂岩砂岩是一种由砂粒聚结而成的沉积岩石，因其中空隙率高、结构松散，易受水岩作用影响。
水岩作用会使砂岩中的粘结物溶解，导致砂岩的强度和韧性下降。
此外，水可以填充砂岩中的缝隙和空隙，使其变得更加稳定，减少了岩石内部的摩擦，同时也减小了岩石的摩擦系数。
母岩是构成岩石的原始岩石，在变质、侵入等地质过程中形成。
水岩作用对母岩的影响因岩石类型而异。
例如，在变质作用中，水岩作用可以加速岩石内部的化学反应，增强了母岩的强度。
在侵入作用中，水可以影响岩石熔融的温度和流动性，影响岩石的塑性变形。
在岩石的剪切带中，水岩作用对岩石剪切行为产生了直接的影响。
剪切带中的水不仅会影响剪切带的摩擦系数和粘性，还可以影响剪切带的形成和演化过程。
目前，研究者们对这些影响的研究已经取得了一些进展。
3.1 水的效应水的存在可以降低岩石的摩擦系数，增强其流动性，从而促进剪切带的形成。
此外，水还可以参与岩石内部的化学反应，增强岩石间的粘结力，提高剪切带的强度和稳定性。
在水岩作用下，岩石中的矿物会发生溶解、转化等反应。
J IAN SHE YAN JIU技术应用148花岗岩地区地下水溶质的形成机制研究Hua gang yan di qu di xia shui rong zhi dexing cheng ji zhi yan jiu李启光随着社会经济的飞速发展，各类地下水的研究探索得到了越来越多的重视，而在花岗岩地区中，由于其自身具有着孔隙度较小，岩性致密等特点，并且受到地表各种因素的影响相对较小，使得花岗岩地区内部蕴含的地下水质量优良，甚至还拥有着一定的健康价值。
因此，本文首先对花岗岩地区基本概述加以明确；其次，对影响地下水溶质化学特征的主要因素展开深入分析；在此基础上，提出花岗岩地区地下水溶质形成的主要机制，以求能够进一步提升对花岗岩地区地下水的研究力度，并为后续工作的开展奠定坚实基础。
花岗岩地区的地下水，其在化学类型上属于一种重碳酸钠钙以及重碳酸钙型水源，其自身的矿化程度相对较低，但偏硅酸含量却十分之高。
而地下水的主要来源就是大气降水，一旦雨水降落到地面当中，受到重力作用的影响，通过地表植被到土壤，再到岩石层的步骤，逐步下渗形成地下水。
在这一过程当中，一方面土壤与岩石矿物内部的化学组成产生了相应变化，其中的难溶组分残留，形成了风化壳；另一方面，花岗岩中蕴含的化学成分流入到水溶液当中，并被水源带走，使得整体花岗岩地区的地下水研究十分必要。
一、花岗岩地区基本概述花岗岩，大约占据总体侵入岩面积的80%，花岗岩在空间上，经常会形成一些主体山脉，并且自身岩体因风化元素，经常会出现裂隙密集的现象，使得花岗岩整体渗水率不断提升，进一步形成了循环深入有着明显差异的地下水资源。
在花岗岩地区中，通常会出现水质优良的底下偏硅酸型矿泉水。
而花岗岩的风化作用，是目前地球展开元素化学循环中的关键环节，同时也是实现大气——水——生物——岩石圈进行物质交换的重要部分之一，因此，对花岗岩地区展开地下水溶质研究，拥有着十分重要的基础价值。
花岗岩自身的化学风化过程，在本质上属于一种净碳汇的实际过程，针对目前新生代全球气候不断向冷方向发展的现状，Rayno et al曾提出了“构造隆升驱动气候变化”的关键假说，进一步确定了花岗岩风化研究的意义所在。
桂林仁木寨花岗岩地区地下水形成因素分析以典型花岗岩地区桂林仁木寨为例，探讨其地下水形成机制。
分别从溶滤作用、阳离子交换作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、混合作用方面分析桂林仁木寨花岗岩地区地下水的演化过程，解释地下水化学成分形成条件。
标签：花岗岩地下水水化学桂林仁木寨1引言水文地球化学研究中地下水来源及由此来推断地质作用和人为影响在水化学演化过程中所起的作用是人们广泛研究的问题之一，因此，地下水化学组成及变化规律的研究便成为人们对其认识以及恢复其流程的重要方面。
如在桂林仁木寨花岗岩地区水文地球化学研究中，从已有的测试结果和水化学组成中我们要进行推测在雨水的下渗过程中其化学组成发生了哪些改变，以及经过了何种地质构造和矿物的溶解沉淀反应过程才会最终形成研究区的地下水。
2桂林仁木寨地区水文地球化学参数研究区分析资料为桂林仁木寨地区水化学数据，详见表1，对桂林仁木寨地下水进行科学、系统取样，分析测试有关水化学参数。
3影响地下水化学成分形成的基本因素在地下水化学成分形成和演化的过程中制约和引起地下水化学成分和总溶解性固体变化的各种直接的或间接的原因中自然因素和人为因素起到了主要的控制作用。
自然因素主要是在地形、地层岩性、风化过程、气候、水系、地貌等因素的影响下使地下水的化学成分发生改变的作用。
地形的切割程度决定了地下水的排泄程度并影响着地下水的交替，一般来说在地形切割较剧烈的地方常会有淡水的形成。
另外，含水层的水流交替、组分的迁移及淡潜水的形成都与水文网密集性相关联。
研究区地下水化学成分形成和演化与研究区地形侵蚀切割程度和水系网的密度以及河水的化学成分与动态之间都有紧密的联系。
气温、大气降水和蒸发等气候因素对地下水化学成分形成和演化过程中的作用表现在对地下水的储量、总溶解固体和化学成分的变化以及干旱地区蒸发作用引起水中盐分富集等方面。
岩石的风化作用在研究区主要表现为花岗岩风化，其决定了地下水中主要组分含量浓度。
第30卷第6期2021年6月中国矿业CHINA MINING MAGAZINEVol30!No.6June2021正应力作用下北山花岗岩单裂隙几何特征对Q射流渗流行为的影响研究范栋珏！赵星光，张海洋！刘健！刘飞杨(核工业北京地质研究院，北京100029)摘要：岩体裂隙中的地下水渗流可能会导致采掘过程中围岩突水或支护失效％为研究北山花岗岩裂隙渗流行为，采用MTS815岩石力学试验系统开展了单裂隙辐射流渗流试验研究，获得了不同正应力条件下裂隙流量的变化规律，分析了裂隙几何特征对其渗流特性的影响。
随后采用变异函数对裂隙空隙三维分布特征进行量化表征，建立了考虑裂隙空隙三维分布特征和接触率为影响因素的辐射流等效水力隙宽计算模型(CA模型)％研究结果表明：裂隙空隙三维分布特征可由三维分布系数(CA)表征，CA值越大，裂隙空隙的分布越不均匀；CA模型可定量表征裂隙等效水力隙宽与裂隙力学隙宽、接触率和空隙三维分布系数之间的函数关系。
试验数据与模型计算结果具有较好的一致性，验证了CA模型的合理有效性％关键词：单裂隙辐射流；等效水力隙宽；力学隙宽；接触率；空隙三维分布系数中图分类号：TD803文献标识码：A文章编号：10044051(2021)06020707Study on the influence of geometrical characteristics of single Beishan granite fractureundernormalstressonseepagebehaviorsofradiationflowFAN Dongjue,ZHAO Xingguang,ZHANG Haiyang,LIU Jian,LIU Feiyang(Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing100029,China)Abstract:The seepage of groundwater in rock joints may result in water-inrush from surrounding rock orfailure of support during excavation.To study the seepage behaviors of Beishan granite fractures,radiationflow seepage tests on specimens with a single fracture were conducted using the MTS815rock mechanicstest system.The variations of flow quantity of the fractures under different normal stresses are obtained.The influence of geometric characteristics of fractures on seepage behaviors is analyzed.Subsequently,the3Ddistribution characteristics of the fracture voids are quantitatively characterized by the variogram.Theequivalenthydraulicaperturecalculation modelofradialflow(CA model),whichconsiderstheinfluenceofthe3Ddistributioncharacteristicsofthefracturesandcontactratio,isestablished.The3D distributionoffracture vo ids can be character ized by3D d istr ibut ion coe f ic ient(CA).The larger the CA value is,the moreuneventhedistributionoffracturevoidsis.Meanwhile,the CA modelcanbeusedtoquantitativelydescribethefunctional relationships between the equivalent hydraulic aperture of fracture and the mechanicsaperture,theconvexcontactratioandthe3Ddistributioncoe f icientofthefracture.Inaddition,acomparisonshowsthatthemodelcalculationresultsareingoodagreementwithexperimentaldata,indicatingthattheestablished CA modelisreasonableande f ective.收稿日期：2020-12-17责任编辑：刘硕基金项目：国家自然科学基金项目资助(编号：11972149)第一作者简介：范栋珏#994—),男，硕士研究生，主要从事高放废物地质处置相关岩石力学方面的研究工作,***********************。
5 水对岩石力学性质影响规律及流固耦合作用模拟岩石地下工程是指在地下岩石中开挖并临时或永久修建的各种工程，地下井巷、通道、铜室、隧道等。
随着科技、社会的发展和采掘技术的进步，如今地下工程的应用范围之广、规模之大、埋深之深以及向深部推进速度之快，已非昔日可比。
随着开采深\度的增加和铁路隧道等的建设，在地下岩石工程上遇到了越来越多的工程软岩，软岩的流变特性(大变形)，受到应力大小、围岩加载状态、含水率(湿度)、温度、以及岩石构成等诸因素的影响。
研究诸因素的影响，分析岩石在环境物理应力场发生变化，含水率对岩石力学性质的影响规律，对是解决岩土工程和矿山巷道的围岩稳定性，讨论其失稳对策，以及对岩土工程和巷道的设计和维护问题，都有着现实的经济和社会意义。
5.1 水对岩石力学性质影响作用5.1.1 水对岩石力学性质影响的物理作用5.1.2 水对岩石力学性质影响的化学作用5.1.3 水对岩石力学性质影响的力学作用水对岩体的影响，归纳起来有两种作用:第一种是水对岩体的力学作用，重要表现为静水压的有效应力作用，动水压的冲刷作用。
第二种是水对岩体的物理与化学作用，包括软化、泥化、膨胀与溶蚀作用，这种作用的结果是使岩体性状逐渐恶化，以至发展到使岩体变形、失稳、破坏的程度。
虽然静水压力所产生的浮力不直接破坏岩体，但能使岩体的有效重量减轻，降低了抵抗破坏的能力，同时在岩石变形过程中，岩石内部的水来不及四处扩散，能产生很高的压力，使得岩石的孔隙裂隙增加，降低岩石的强度;同时，使岩石的有效承载面积减小，实际载荷的增加比不含水时要大。
水在软岩裂隙、节理中流动，一方面水本身起到润滑作用，另一方面水与孔隙、裂隙中.可能存在的少量亲水物质结合，使其结构破坏，形成了类似于润滑剂的材料，这样，岩石试件在变形的过程中，摩擦系数随含水量的增加而减小。
软岩中所含的少量的泥质成分会由于水的反复作用而降低，甚至完全丧失，使岩石的强度大大降低。
另外，流体的孔隙、裂隙压力对不连续面法向应力有很大的影响。
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》篇一不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究一、引言随着地质工程和岩石力学的发展，花岗岩作为典型的岩石类型，其物理力学性能和破裂特性在地下工程、采矿、石油勘探等领域具有重要意义。
特别是在高温环境下，花岗岩的加热-冷却过程会对其力学性能产生影响，从而改变其破裂特性。
因此，对不同加热-冷却作用下的花岗岩进行物理力学性能及水力压裂试验研究具有重要的理论意义和实用价值。
二、花岗岩的物理力学性能花岗岩的物理力学性能包括其强度、硬度、弹性模量、抗拉强度等。
这些性能受到加热-冷却过程的影响，尤其是高温作用下的影响更为显著。
本部分将详细介绍不同加热温度、加热速率和冷却方式对花岗岩物理力学性能的影响。
1. 加热温度的影响随着加热温度的升高，花岗岩的强度和硬度会逐渐降低，而弹性模量和抗拉强度也会有所变化。
这种变化与花岗岩内部的矿物组成、结构、孔隙度等因素有关。
2. 加热速率的影响加热速率对花岗岩的物理力学性能也有显著影响。
快速加热会使花岗岩内部产生较大的热应力，导致其强度和硬度降低。
而慢速加热则使花岗岩有足够的时间进行热膨胀和内部结构的调整，从而对其物理力学性能产生不同的影响。
3. 冷却方式的影响冷却方式（如自然冷却、快速冷却等）也会对花岗岩的物理力学性能产生影响。
不同的冷却方式会导致花岗岩内部产生不同的热应力，从而影响其强度、硬度等性能。
三、水力压裂试验研究水力压裂是研究岩石破裂特性的重要手段。
本部分将介绍在不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验的过程、方法及结果分析。
1. 试验方法水力压裂试验主要通过向岩石内部注入高压水，使岩石在内部压力的作用下发生破裂。
本试验通过改变加热-冷却条件，观察花岗岩的破裂特性及破裂模式的变化。
2. 结果分析通过对不同加热-冷却条件下的花岗岩进行水力压裂试验，发现加热温度、加热速率和冷却方式都会影响花岗岩的破裂特性和破裂模式。
花岗岩不均匀风化的原因花岗岩是一种由长石、石英和云母等矿物组成的火成岩，它在地壳中广泛分布，并且具有良好的耐久性和抗风化能力。
然而，花岗岩在自然环境中也容易发生不均匀风化。
这种风化过程可能由多种因素导致，包括物理、化学和生物作用等。
以下将对这些原因进行更详细的讨论。
首先，物理作用对花岗岩的不均匀风化起着重要的作用。
物理作用包括温度变化、重力作用和水力作用等。
温度的昼夜变化、季节变化以及火山活动等都会引起花岗岩中的矿物膨胀和收缩，从而导致岩石的开裂和剥落。
此外，重力作用也会导致岩石的剥落和碎裂，尤其是在悬崖和陡坡等地形条件下。
水力作用指的是水对花岗岩的侵蚀作用，流水冲击和水的腐蚀能够使花岗岩表面的矿物逐渐破损和剥离。
化学作用也是导致花岗岩不均匀风化的重要原因之一。
在自然环境中，酸雨、大气污染和地下水等化学物质的存在会对花岗岩产生腐蚀作用。
酸雨中的硫酸和硝酸等酸性物质可以与花岗岩中的石英和长石等矿物反应，产生溶解和离解作用。
这种化学反应会导致花岗岩表面的颗粒矿物溶解和流失，从而加速花岗岩的风化进程。
此外，大气污染所产生的空气中的二氧化硫、氮氧化物和臭氧等化学物质也会与花岗岩发生化学反应，进一步降低岩石的稳定性和抗风化能力。
地下水中的溶解物质可以渗入花岗岩中，使其矿物发生溶解和晶体结构的改变，从而导致不均匀的风化现象。
生物作用也会对花岗岩的风化产生影响。
在花岗岩表面，生物因素如细菌、藻类和真菌等微生物会通过代谢产生酸性物质，进而加速花岗岩的化学风化。
此外，植物和动物也可以通过根系的生长、搬运和破坏等作用，使花岗岩发生物理破坏和脱落。
综上所述，花岗岩不均匀风化的原因涉及物理、化学和生物作用等多个方面。
温度变化、重力作用和水力作用等物理作用使岩石剥离和开裂。
酸雨、大气污染和地下水等化学作用加速了花岗岩的化学风化。
生物作用通过生物代谢和根系的生长破坏使花岗岩发生不均匀风化。
因此，在环境保护和石材利用中，我们应该注意这些风化原因，进行有效的防护和管理。
花岗岩球状风化的形成过程
花岗岩球状风化是指一种形成在花岗岩表面、因风化作用而产生的球状结构。
这种结构通常由表面凹陷和凹孔形成，表面构成为凹凸不平，表面构造复杂，有时具有凹凸波纹状结构。
花岗岩球状风化的形成过程主要包括以下几个步骤：
1）水的作用：水的作用是花岗岩球状风化的关键步骤。
水分解花岗岩的矿物结构，其中铝和硅溶解的比较快，而钠、镁和钙溶解的比较慢，因此，结果是晶体缩小，使得花岗岩表面出现深浅不一的凹坑。
2）冻融作用：冬季水溶解的花岗岩原料，经过冬季的冻结，使花岗岩晶体膨胀收缩，出现类似裂纹的表面凹陷和凹孔，而这些凹孔又因水流冲刷而更加凹陷，形成球状形态的花岗岩球状风化。
3）紫外线作用：紫外线是一种高能量的光，紫外线穿透到花岗岩表面，使得花岗岩矿物微小晶体产生热量，使得晶体发生缩小，产生沟槽和凹孔。
4）风化作用：风化是一种综合性的风化作用，它可能是由水溶解、冻融作用、紫外线作用等在内的其他风化因素，可以把深浅不一的凹坑汇集在一起，使其呈球状结构。
第21卷 第3期岩石力学与工程学报 21(3)：314～3192002年3月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，20022000年5月19日收到来稿，2000年7月10日收到修改稿。
* 国家自然科学基金资助项目(59779019)和广东省自然科学基金资助项目(970127)及国家自然科学基金“八五”重点项目(49232050)。
作者 汤连生 简介：男，1963年生，博士，1985年毕业于中国地质大学环境科学与工程学院水文工程地质专业，现任中山大学地球科学系副教授、 岩石工程研究所所长，主要从事地质工程、水-岩土相互作用等力学方面的研究工作。
岩石水化学损伤的机理及量化方法探讨*汤连生 王思敬(中山大学地球科学系 广州 510275) (中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029)摘要 提出了化学损伤概念，分别运用化学成分分析理论、能量观点、考虑化学损伤的破坏力学方法，分析了岩石水化学损伤机理，并探讨了其定量方法。
采用水-岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。
探讨了岩石水化学损伤定量方法的研究途径，提出并分析了岩石水化学损伤的层次分区性。
重点讨论了考虑化学损伤的破坏力学方法，认为此方法可以解释并定量分析水-岩反应的力学效应。
关键词 化学作用，化学损伤，力学效应，机理，破坏力学分类号 TU 451 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)03-0314-061 概 述岩石是颗粒或晶体相互胶结或粘结在一起的聚集体，水化学作用的岩石宏观力学效应是一种从微观结构的变化导致其宏观力学性质改变的过程。
这种复杂作用的微观过程是自然界岩体变形破坏的关键所在。
本文将由于水-岩化学作用引起岩石(体)材料或结构的劣化过程称为化学损伤。
对水化学损伤的岩石力学效应，有各种解释。
第１４卷 ２０１４住 第７期 ７月 中 国水运 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｖｏ１．１４ ｄｕＩｙ Ｎｏ．７ ２０１４
花岗岩单裂隙结构面上的水岩化学作用 及其影响因素浅析 程梦林，陈为平，周圣骞 （南京大学地球科学与工程学院，江苏南京２１００４６）
摘要：水岩化学作用（ＣＷＲＩ）是花岗岩单裂隙结构面上水岩相互作用的一个重要方面。水岩化学作用的宏观效应 取决于其微观作用机制。研究表明，单裂隙面上的水岩化学作用过程主要包括表面作用和扩散迁移作用两方面。结合 表面反应理论阐述了其中的表面化学作用过程；运用化学反应动力学知识探讨了水岩化学作用的微观机制及其主要影 响因素（水溶液ｐＨ、温度、流体流速、时间）。水岩化学作用宏微观过程及其影响因素的分析可以为相关模拟实验的 设计和开展提供参考，使之更贴近真实情况，同时也有助于认识裂隙岩体在自然地质环境中的长期演化规律。 关键词：花岗岩；单裂隙；水岩化学作用（ＣＷＲＩ）；化学动力学；影响因素 中图分类号：ＴＵ４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１４）０７—０２５８—０４
引言 地表或深部地质环境中的岩体与其周围的水不断地进行 着各种各样的物理、力学、化学的水岩相互作用（ＷＲＩ），这 些作用将对工程岩体或承载地质体的长期安全、稳定性有着 重要的影响＿１’ 。水岩相互作用的一个重要方面是水岩化学 作用（ＣＷＲＩ），即水与岩石之间发生的以溶解作用为主并伴 有水解、水合、交换、氧化一还原等多种作用形式的化学反应 。。．４】。水岩化学作用通过化学溶蚀改变岩石裂隙表面特征， 使岩体力学性质劣化并改变裂隙的渗流特性ｌ５ 】。 徐则明等Ｉ＿ 研究发现，表生环境中岩体结构面上的水岩化学 作用是诱发或造成硅酸盐岩斜坡失稳的重要因素。王士天等｝８】 发现，水利水电工程浅部岩体中发生的化学潜蚀和溶蚀作用可 以迁移岩石中的可、溶｜ｌ生物质从而恶化岩体工程性质。汤连生等 研究表明，水岩化学作用对岩石的宏观力学性质具有显著影响 且影响程度的大小与水岩化学作用的强度成正比ｌ９，１０］ｏ 花岗岩中的节理和裂隙是流体渗流的主要通道，因此成为 了水岩化学作用发生的主要场所。同时，这些结构面也是岩体 中压、剪应力作用的集中部位，其力学特性很大程度上控制着 整个岩体的力学性质ｌ１ ，因此单裂隙结构面上的水岩化学作用 对整个工程岩体的力学性质及其渗流特性具有重要影响。 裂隙面上水岩化学作用宏观效应是岩石表面微观组成结 构改变的结果。水岩化学反应通常是在远离平衡（或近平衡） 的状态下进行，因此可以运用化学动力学方法，从宏观和微观 角度研究反应的内在机制和速率并探究其主要影响因素（溶液 ｐＨ、温度、流速、时间等）［６－７， １２１。研究单裂隙面上的水 岩化学作用过程及其影响因素有助于了解水岩环境演化规律， 同时也是准确开展相关物理和数学模型模拟试验的基础。 一、单裂隙面上的水岩化学作用过程 １．水岩化学作用的宏观机制 花岗岩裂隙面上的水岩反应主要是硅酸盐矿物的溶解。 由于完整花岗岩孔隙率低、渗透率低，水岩化学作用主要发 生在岩石原生结构面、构造结构面和次生结构面等裂隙结构 面上。水溶液流过粗糙的裂隙面时，裂隙面上较浅的一层矿 物颗粒易溶组分被溶蚀，溶出物随水流迁离水岩反应界面并 进入水环境中，难溶部分残留在原地，而溶出离子或胶体集 合物则可以在适当的地球化学环境下，发生沉淀等各种反应。 这一过程裂隙面平缓化，随之改变的还有裂隙的渗流通道和 裂隙面的力学特征。在不同的水化学溶液中，反应机理和速 率不同，溶出物（如Ｓｉ，Ａ１）的主要存在形式也不一样，溶 解反应式（Ｌａｓａｇａ，１９８４）见表１。 表１ 花岗岩中常见矿物的溶解反应方程式 矿物名称 溶解反应式 钾／钠长石 酸性条件下：ＫＡＩＳｉ ｏｓ／ＮａＡＩＳｉｊｏ８＋４Ｈ －＋Ａｌ”＋３ＳｉＯ ＋２ＨｉＯ＋Ｋ ／Ｎａ 酸性务件下：ＫＡｌ Ｓｉ ｏ…（ＯＨ）２＋１０Ｈ’ Ｋ ＋３ＡＩ”＋３ＳｉＯ ＋６Ｈ Ｏ 云母 碱性条件下：ＫＡ１ Ｓｉ Ｏ．¨（ｏＨ）２＋１ＯＨ２Ｏ＋２ＯＨ—Ｋ ＋ＡＩ（０Ｈ） ３Ｈ．ＳｉＯ
酸性拳件下：ＳｉＯ２＋２Ｈ２ｏ—Ｈ４ＳｉＯ４ 石英 碱性条件下：ＳｉＯ２＋２ｏＨ— ｓＪｏ ＋Ｈ２０
宏观上，单裂隙结构面上水岩化学作用都是裂隙结构面 开度增大，岩体体积减小的缓慢过程，如下图１所示。
图１ 花岗岩裂隙面上的水岩化学作用模式 裂隙面上的矿物表面分布着众多的缺陷，水岩化学反应 优先发生在这些缺陷晶位上 】。水岩反应不断消耗这些活性 位点，反应速率随之缓慢降低。经过水流进一步的溶蚀和潜 蚀揭露出新的活性点，才能使反应又一次较快进行。 收稿日期：２０１４—０５—１ １ 作者简介：程梦林（１９８９一），男，云南人，南京大学地球科学与工程学院，硕士研究生，工程地质专业。 陈为平（１９９０一），男，江苏人，南京大学地球科学与工程学院，硕士研究生，工程地质专业。 周圣骞（１９９１一），男，江苏人，南京大学地球科学与工程学院，硕士研究生，工程地质专业。 ２６０ 中国水运 第１４卷 随着温度升高，水岩反应速率加快。Ｍｏｏｒｅ（１９９４）和须藤 祜子（２００２）等实验研究发现一定条件下，温度越高，花岗 岩与水之间的水岩化学作用越剧烈，溶解反应对岩石的改造 作用越强。 Ｗｏｏｄ（１９８３）根据大量不同温度、压力、ｐＨ条件下获 得的的实验数据给出了硅酸盐矿物在溶解过程中的正反应速 度与温度的拟合关系式： ｌｏｇ ｒ＋≈一２，９００ＩＴ一６．８５ （８） 其中：ｒ＋的为反应速率，Ｔ为热力学温度，由上式（８） 可推算，温度由常温２５￣Ｃ升高到１００￣Ｃ时，正反应速度将增 加约２个数量级。不同地质环境的温度不同，反应速率也不 同。 温度对裂隙面上水岩化学作用的影响涉及三个方面：（１） 温度可以通过改变水岩反应的平衡常数Ｋ使反应溶解一沉淀平 衡状态改变从而影响水岩反应的速率，温度升高，水的离子 积常数Ｋｗ升高，Ｈ 增多也可能促进水岩反应；（２）温度升 高，活化分子数量也增加，分子运动也加剧，因此反应速率 也随之增加；（３）温度升高促进分子运动，因此可以加快反 应物和溶出物的扩散迁移【３，１６， ｌ。 ３．流体流速的影响 溶液流经裂隙面的过程中，表面反应与溶质的扩散迁移 共同推动的水岩反应作用。溶出物质在脱离水岩反应界面后， 在浓度梯度驱动下，通过分子扩散作用缓慢向外扩散，在对 流扩散作用下随着流体迁离反应界面（参见２．２）。因此，水 岩接触面附近往往会形成一个高浓度（可溶的化学组分）扩 散层，溶出物不断进入这一层“液膜”，形成从固相到液相 的浓度梯度场，推动反应进行。较高的流速能够减薄这个扩 散层的厚度，使扩散过程的阻力减小，反应加快Ｉ 】。同时， 流体流速越大，物质对流扩散作用越强烈， “液膜”中溶出 物迁移速度越快（如式（２）所示），达到“表面”更新的效 果，保持浓度梯度，使反应能够持续进行。表面反应具控制 性作用，其受两方面影响：一是参与反应的离子和溶出物质 在液相中的扩散迁移作用；二是流体的热力学状态及水动力 条件。增加流体的流速在客观上可以使单位面积裂隙面矿物 接触到更多的流体（即Ａ／Ｖ项增大），使反应速率增大（参 见上节），但流体流速过大，扩散迁移足够快，而化学反应 的速度又远远低于流速时，流体滞留时间缩短【１ ，反应速率 反而相对降低（Ｌａｓａｇａ，１９８４；Ｄｕｒｈａｍ，２００１）。这意 味着对于水岩化学反应体系，流体的流速增加只能在一定的 范围内增加水岩反应速率。 ４．时间的影响 岩石裂隙结构面上的水岩反应最开始速率较快（可能是 岩样破碎产生的晶粉造成），随着反应的进行，反应速率逐 渐减小，许多水岩化学反应相关实验都得出类似的结果【５， ７－１２１。可从２．２中所述的水岩界面上的表面反应过程中晶体活 性位点消减的角度解释该现象。 徐则明等［２ ０］研究特定温度和流速条件下，新鲜和风化花 岗岩岩样的溶解速率都是在最开始的溶解速率最大，一段时 问后降低至一个较低的水平并趋于稳定。如图４所示，水岩反 应速率与时间负相关。 Ｕ ｌ Ｚ ３ ４ ５ ６ ７ 时间 图４花岗岩溶解速率与时间关系 Ｗｈｉｔｅ（２００３）总结了硅酸盐矿物的溶解速率与时间的 关系： ／－ｉ Ｒ： （１０） Ｓｔ 式中：Ｑ为参与反应的矿物的摩尔数（ｍｏ１）；ｓ是矿物 的表面积（ｍ。）；ｔ为时间。 从上述两式（９）（１Ｏ）可以看出，花岗岩单裂隙面上的 水岩化学作用可能有相似的规律，即开始阶段反应速率较大， 随着时间的推移，速率逐渐趋于一个较低的值，反应具有明 显的时间效应，这与一些实验结果相符［１ 。 四、结论 （１）花岗岩单裂隙面上的水岩化学作用是水岩相互作用 的重要方面，矿物的溶解是其主要过程。力学、渗透性方面的 宏观效应与微观作用机制密切相关。水岩化学作用过程主要包 括表面作用和扩散迁移作用两个方面，表面反应是这一作用过 程的主要控制因素，可以结合水岩化学反应动力学和表面反应 理论知识分析裂隙面上的水岩反应机制及其影响因素。 （２）单裂隙面水岩化学作用的影响因素除了岩石本身的 组成结构外，水岩反应体系的水溶液ｐＨ、温度、流体速度还有 时间因素等都对水岩化学作用有不同方式和不同程度的影响。 （３）温度的升高可以促进水岩化学作用；水流速度的提 高，在一定的范围内可以促进水岩化学作用，过低或过高都 不利于反应进行；不同ｐＨ条件下，水岩化学作用机制不同，
一般来说，酸性碱性越强，水岩化学作用越强烈，其对岩石 的力学性质和渗透性的影响也越大；水岩化学作用有明显的 时效性，随着时间的推移，水岩化学作用速率降低并趋于一 个较低的稳定值，反应速率与时间负相关。 参考文献 【１】张国军．夹层软泥化过程及其化学动力学模拟【Ｄ１．南京： 河海大学，２００７． 【２】刘新荣，傅晏，郑颖人等．水岩相互作用对岩石劣化的影 响研究Ｕ１．地下空间与工程学报，２０１２，８（１）：７７—８２． 【３】汤连生，王思敬．水一岩化学作用对岩体变形破坏力学效
・ 应研究进展 地球科学进展，１９９９，１４（５）． 【４】陈积普．水岩化学作用过程及其对滑坡孕育的贡献［Ｄｌ＿昆 明：昆明理工大学，２００６． 【５】申林方，冯夏庭，潘鹏志等．单裂隙花岗岩在应力一渗流 化学耦合作用下的试验研究【『Ｉ．岩石力学与工程学报， ２０１０，２９（７）：１３７９—１３８８． （下转第２７９页）
