中国新生代玄武岩含硅酸重碳酸型水的分布及形成机制

中国东部新生代玄武岩分市面积约7500km~2,其中赋存有丰富的、宝贵的地下水资源。它属于低矿化的含硅酸重碳酸型水,硅质矿泉水。玄武岩表生带溶滤过程发生的基本作用是水解,即水中物质在H~+和OH~-的作用下物质的分解作用。水解作用发生在玄武岩表面,并且当Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na、K~+在水溶液中迁移时,导致生成新的物质。本文以钾长石—K[AlSi_3O_8]为例,对硅酸盐类水解的机制进行了深入的阐述。在Si—o—Al键中,氧的质子数增加会导致Al—O晶格破坏,而形成(SiOH)和非稳定的≡Al~+,而且≡Al~+立即与水反应。这种过程更类似碱性水解,其中Si—O—Si键由于一个羟基离子分离硅原子的同化作用而受到破坏。Si—O—Si键的稳定性依赖于硅酸盐晶格中矿物离子间联结力的强度和联结类型。本文对斜长石、辉石、角闪石和橄榄石的水解过程也进行了讨论。在一系列反应中,氢离子、CO_2、和H_4SiO_4浓度,尤其是碱性和碱土金属含量控制着反应过程和固相风化产物的类型。硅酸盐中金属离子的溶解颇类似稳定的可溶性络合体和螯合物。水解作用的产物是胶体二氧化硅和粘土矿物。它们的迁移和沉淀机制是控制含硅酸重碳酸型水形成的原因。地下水溶液中SiO_2以正硅酸存在形式为主,并由它聚合成其它不同多硅酸,而后形成硅酸溶液。实验证明,在低矿化弱酸性地下水中,SiO_2处于分子状态,硅酸钠,以硅酸盐和重碳酸盐结合形成,少部分以胶体状态的水合二氧化硅形式溶解于水,随水迁移。玄武岩地下水中有CO_2存在时,则水解作用生成的碱度遭到中和,形成HCO_3~-离子,若无其它阴离子占优势条件下,形成重碳酸型水或含硅酸重碳酸型水。这种作用在我国的多雨、潮湿地区,如南方各省和东北冻土地区很为普遍多见。低矿化碱性硅质热水多分布在挽近地壳运动强烈区,与区域构造断裂、断陷、拗陷边缘等构造活动有关。尽管热水的深部存在形式及其在地表的状态均取决于区域地壳热动力条件,但是热水的成因及化学成分首先取决于其围岩的地质及地球化学条件。新生代玄武岩分布地区的热水非均属于现代火山作用直接影响的产物。