溶解成岩作用是指地下水溶液對岩石組份的溶解過程，通常可分為兩類：一是固相均勻溶解，使未溶解固相的新鮮面成分不變；另一種溶解為選擇性溶解；岩石組分的不一致溶解，所形成新礦物的化學組成與被溶解礦物相近，如長石高嶺石化。
溶解成岩過程中常伴隨著交代作用的發生。
基本介紹
- 中文名：溶解成岩作用
- 外文名：Dissolution diagenesis
- 過程：溶解、交代
- 學科：沉積學
- 影響因素：有機酸和碳酸的濃度
- 類型：固相均勻溶解、選擇性溶解
溶解與交代作用,組分的遷移,礦物成分變化,影響因素,
溶解與交代作用
在變質作用過程中。除H2O和CO2等活動組分的含量經常發生變化外，隨著作用的加強，原岩中一般造岩組分的含量也可以有不同程度的變化。長期研究已證明原岩化學成份這種變化，主要不是簡單的由於某些組份從外部加入，而是一種複雜的物質置換，稱為交代作用，這是一種分部很廣的而且重要的成岩和成礦作用。交代作用（Metasomatism）這一名詞是諾曼（C.Naumann）在十八世紀中葉首次提出來的用以指“一種能使固體岩石總化學成分改變的作用”而將該變後的岩石稱為交代岩。後來的哥爾德斯密特、林格倫、柯爾仁斯基給予交代作用各種定義，綜合這些學者觀點，對交代作用的概念的一般理解是：
（1）交代作用是一種機理複雜的成岩和成礦作用，它在自然界分布很廣，可以在多種地質環境中和不同地質作用相聯繫。
（2）交代作用過程中，必需有一定數量的組分從外部代入岩石中，並在其中富集，另一些組分則被帶出，結果使岩石總化學成分發生不同程度改變。
（3）交代作用過程中，岩石中原有礦物的分解消失和新礦物的形成和增長基本同時，是一中物質逐漸置換的過程，而不是注入填充過程。
（4）交代作用過程中，岩石基本保持固態（剛性或），但少量流體相得存在石十分必要的。實驗表明在乾的環境中，交代作用很難大規模進行。
（5）交代作用過程中，岩石總體體基本不變，即交代作用反應的過程即遵守質量守恆規律，有必需體體守恆。因此，反應過程機理十分複雜。但特殊條件下。交代過程中的體積也不是完全不變的。
組分的遷移
交代作用的發展很大程度上決定組分的遷移速度，只有加入組分不斷供應，而代出組分又能及時離開岩石—溶液系統，交代作用才能不斷的以一定速度進行，所以組分遷移的方式和速度是決定交代作用的強度和特點的主要因素之一。一般認為在發生交代作用的情況下，引起交代作用的各種活動組分是“浸潤”整個被交代的岩石，但另一方面後者又仍是連續的固態結晶質集合體。活動組分穿越它們進行遷移的方式主要有兩種①滲透作用，②擴散作用。一般認為前者更為重要，能引起較大規模的交代現象。但一般情況下，這兩種作用常以不同方式互相聯繫，僅有主次之分。
（一）滲透作用
當固體岩石中存在毛細管狀態的粒間孔隙和裂隙，且它們彼此連通時，溶液就對岩石具有滲透性。即以水為主的流體溶液能以巨觀狀態在這些毛細管道中整體的自由流動。即它們形成瀰漫岩石的滲透流。各種組分在其中成真溶液或膠體狀態同時被搬運。地下水及其所含組分在膠體和壓縮不很緊密的岩層中流通就是這種方式的典型實例。
這種流體溶液的整體流動必需存在一定的壓力差作為他們的驅動力，如占據岩石裂隙的流體溶液在各出和各方向上所受壓力完全相同，則它們處於靜止狀態，不會有任何流動。只有各出所受壓力不同時，它們在壓力差驅使下，才能由壓力高處向壓力低處流動，當其它條件相同時，兩點間壓力差愈大，滲透流的速度就愈大。由於溶解其中的組分隨著滲透流的運動而同時被搬運，不受本身在溶液中的濃度控制，所以他們可以使某些組分由低濃度處向高濃度的方向遷移，這對於形成一些特徵的交代現象極關重要。
其次滲透流的速度還和流體溶液本身的密度、粘度及通道的寬度和形態等因素有關，當這些通道較寬，形態較規則，流體溶液粘度又小時，則總的阻力就小，溶液流動速度較大，反之如阻力極大時，則雖兩處存在一定壓力差，也不會有明顯的滲透流出現。一般來說水溶液的密度和粘度都較小，特別是當高溫情況下更是如此，它們具有較高的滲透能力，所以能較遠距離大量搬運組分，引起大規模交代作用。
對於許多礦體的成因，氣成-熱液蝕變及較淺部的區域變質作用來說，水溶液滲透流的重要意義已毋庸置疑，但在地殼深部，已重結晶岩層中，基本上不存在連通的裂隙，它們對於以水為主的滲透流可能是“絕緣的”，水在其中含量很少，除被封閉在礦物中成包體之外，只能以單個H2O分子形成吸附在礦體顆粒表面成薄膜水，不能自由移動。在這樣的岩石中也存在廣泛的交代作用。這過程中組分的搬運是否仍以滲透流方式為主，還存在爭論，但總的來說多數學者仍把滲透作用視為組分遷移的主要方式。
（二）擴散作用
這中遷移方式的特點是岩石向一種半滲透膜，各種組分以單個原子、離子或分子狀態能在其中通過，但溶液本身不能在其中流動，這時引起組分遷移的驅動力是他們在不同部位的濃度差，即由濃度大的部位向濃度小的部為移動，但在相同的外部條件下，岩石中不同組分的濃度在空間上變化可以不同，所以他們各自擴散的方向和速度也可不同，如一定條件下鉀離子向某一方向擴散，鈉離子也可向反方向擴散，而鈣或其它組分也可以向另一方向擴散，實驗證明在均勻理想的溶液中，某一組分在量部位之間濃度差愈大時則但位時間內通過擴散方式遷移的物質也愈多，即擴散作用愈強烈，隨著濃度差的減小，擴散速度逐漸降低，當兩部位的濃度差趨近於相同時，則擴散作用完全停止。一般岩石的變質作用是在非均勻系統中進行的，所以影響擴散作用的因素也相當的複雜。實驗證明在完全不含揮發份的干係統中，任何組分的擴散速度都極慢，距離也極有限，一般認為在長達幾千萬年的變質作用過程中，這種物質遷移方式也只能引起寬度不超過幾米的交代帶，所以沒有實際意義。因為成離子或分子狀態的質點在乾介質中要穿透礦物晶格或沿顆粒界面進行遷移時，遇到的阻力很大，所以通過很緩慢，而且只有離子半徑小，電價低的元素才稍易通過，而當礦物顆粒之間存在少量溶液時，就大大有利於質點遷移。。從而增加擴散作用的速度和距離。其次擴散作用還和溫度有密切的關係，其它條件相同時，溫度愈高擴散效應越明顯，這是因為文度升高，供應熱量，單位時間內進入活化狀態的質點數量相對增加，所以擴散作用的速度隨著成倍增大，壓力對擴散作用也有一定影響，在深部岩層中靜壓力增加一般來說是有利於擴散作用進行的。擴散作用在自然界較常見，但一般人為這種方式只能形成小規模的交代岩，或在滲透交代作用過程中起次要輔助作用，有些學者認為擴散作用是交代作用過程中組分遷移的主要方式，特別是大規模的深部區域性混合岩化作用和花崗質岩石成因都以這種方式為主。
礦物成分變化
當流體溶液由於壓力差驅使在岩石中滲透時，隨著物化環境和介質條件的改變必然和岩石中原有礦物起某些化學反應，將其中某些組分部分或全不溶解並帶離原地，同時另一些組分則從運動著的溶液帶入並沉澱，結果使原有礦物的化學成分改變或形成新礦物。如含有Na+的溶液在一定條件下和岩石中的鉀長石發生作用，可將其中的K+部分或全部溶解並帶出，而Na+則從溶液中沉澱取代K+的位置和其餘組分結合成鈉長石，這中反應關係可定性的表示如下：
Na+ + KAlSi3O8→ NaAlSi3O8 + K+
(帶入) 鉀長石 鈉長石 （帶出）
這就出現鈉長石化作用，還有些情況下岩石中某些礦物的全部組分被溶解帶出，它們的空間完全被另一些從溶液中沉澱出來的組分置換，從而形成新的礦物，如某些石灰岩礦化時，方解石全不被硫化物置換等等。
在交代反應過程中，哪些組分能被溶解，從各種礦物中轉入溶液中，哪些組分相反會從溶液中沉澱出來進入新礦物中，主要決定他們各自當時在溶液中的飽和程度，不飽和的組分從原有礦物被溶解，相反過飽和的從溶液中沉澱出來轉入新礦物中。如上述實例中，鈉長石化的必要條件是當溶液中Na+的濃度為過飽和狀態，而K+的濃度必需小於一定數值，程不飽和狀態，符合這種特點時，鈉對鉀的交代作用變會開始發生，但若溶液中鈉的濃度愈大，則達到平衡時成鹼性長石中Na+∕K+比值也愈高。當Na+數值高到另一種臨界數值時，則形成另一種完全不含鉀的長石—鈉長石。這說明對於多數有類質同象的組分礦物來說，當溶液中這種組分之一的濃度增大到一定程度時，離子之間變開始發生交代置換，，如溶液中這種組分濃度增大，則和溶液成平衡的新礦物中這種組分的相對含量也增大，這種相應的變化是連續的，但並不出現新的礦物，只有當這種組分在溶液中的濃度超過某一新的臨界數值時，才引起另一種新礦物相得出現。
被交代岩石中新礦物的形成一般也經過結晶中心的形成及晶體逐漸增長的過程，即交代結晶作用。這和一般變質結晶作用很相似，都一粒間溶液為媒介。在化學反應過程中原有礦物逐漸消失，同時新礦物不斷增長。所不同的只是交代作用過程中有組分帶入和帶出。使岩石的總化學成分也發生變化。經過這樣交代結晶作用 後，原岩結構不能完全保持不變，如由變粒岩變成混合花崗岩時，不僅礦物和化學成分發生變化，同時還將原來的細均粒變晶結構改造成較粗粒花崗狀結構。另一種情況下，交代反應是通過原有礦物中某些組分的質點逐一被置換而進行，最後可形成原有礦物的假象，如綠泥石成黑雲母假象，絹雲母集合體成紅柱石假象及成礦作用過程中硫化物構成石灰岩中鮞狀結構假象等等。這種情況下，原岩結構的到充分保存。引起這種差別的原因還不十分清楚。
影響因素
砂岩中礦物的溶解和沉澱主要與孔隙水中有機酸和碳酸的濃度及CO2濃度有關。同時也受地溫和其他物理化學因素控制。
在成岩環境中，碎屑岩儲層中的無機成岩作用與烴源岩的有機成岩作用有密切關係，二者相互促進，影響許多成岩作用的發展及成岩階段的演化。研究表明，沉積物中的有機質在埋藏成岩階段能產生大量有機酸，溫度低於80℃，有機酸含量低；溫度高於80℃，油田水中有機酸的含量呈指數增加；溫度高於120℃時，有機酸將發生脫羧或部分脫羧作用。有機酸脫羧產生CO2控制了水溶液的pH值，使之有利於溶蝕作用進行，如果產生羧酸的高峰期略早於液態烴的生成時間，那么流經烴源岩臨近砂層的羧酸可引起碳酸鹽、鋁矽酸鹽的溶蝕，促使次生孔隙發育，提高儲層的孔隙度和滲透率。
