归纳起来，大坝基础析出物的物质来源有以下方面。

1.基础岩体

在坝址环境水的物理—化学作用下，区内岩体中的部分物质可能成为地下水系统排泄区（或排泄点）析出物的一个重要的物质来源。这些固相物质可以是具有一定可溶性的，也可以是难溶性的。前者一般指蒸发盐类以及碳酸盐类物质，如岩盐、石膏类矿物以及方解石等矿物；后者则一般指三大岩类中广泛分布的铝硅酸盐类物质，如长石类矿物。在环境水作用下，前者可以全等溶解态由固相转变为液相；而后者则以非全等溶解（或异元溶解）态由固相转变为液相，并随地下水运动而发生迁移，从而成为地下水溢出处析出物的重要物质来源。另外，岩体中的一些元素（主要为变价元素）在一定条件下也有可能成为析出物的一个物质来源。

因此，在开展对析出物的研究工作中，除进行区内水文地质条件以及地下水动态分析之外，还应开展对区内地质体基本特征的分析。后者中包括岩性、岩相及其组合关系，结构面及其充填物、胶结物的性质，以及风化程度等。在现场调查的基础上，应采集代表性岩样（如全、强、弱、微风化及未风化岩样，以及断层带物质等）进行室内条件下的化验分析，如显微镜下鉴定以及化学成分分析等。

2.基础帷幕体

在大坝施工期间，一般都要对基础采取某些工程措施，以满足稳定性以及防渗要求等。在所实施的灌浆工程中，包括固结灌浆、接触灌浆以及帷幕灌浆等；在所灌入的浆液中，一般以水泥为主。而常态水泥的化学成分中以CaO为主，一般在65.00%～67.00%之间，其余为次要成分如SiO2（19.32%～23.06%）、Al2O3（4.05%～7.59%）、Fe2O3（1.45%～5.77%）以及MgO（0.68%～4.91%）等。此外，对基础局部存在的地质体薄弱部位（如软弱夹层以及断层破碎带部位等）采取了一些特殊的工程处理，如混凝土回填等。一般的硅酸盐水泥经水化可形成多种水化产物，但Ca（OH）2为其主要的产物。在坝址环境水（尤其是当其呈软水时）作用下，此类水化产物具有不稳定性，因而可成为区内析出物的另一个物质来源。另外，部分水电站针对投入运行之后帷幕体局部存在的防渗缺陷，采用了化学材料（如丙凝、中化—798、LW及HW水溶性聚氨酯等）对其进行了补强加固。已有的研究表明，此类工程材料在坝址环境水作用下也具有某种非稳定性，因而也可能成为区内析出物的物质来源之一。

3.其他

在环境水作用下，位于幕后排水孔中的钢管、孔内残留的钢砂以及大坝基础混凝土中的钢筋等也可能在一定条件下成为坝址析出物的一个物质来源。

关于坝基析出物的形成机理，可作如下探讨。

首先，探讨棕红色及黑色析出物中主要物质的成因。如前述，棕红色析出物中以铁质为主，黑色析出物中则以锰质为主。关于其物质来源，除局部可能与工程材料有关，主要来自于岩体中。尽管一般岩石中的铁、锰质含量不高，但由于构造应力的作用，可造成岩体结构面中的铁、锰质相对富集，它们大多以渲染状出现于结构面壁上，或作为充填物的胶结物，一定条件下可成为区内棕红色及黑色析出物的物质来源。

蓄水条件下坝址地下水系统总体上是向着缺氧的还原环境演变的，因而有利于岩体结构面中的铁、锰质发生淋滤分解作用。即在还原环境下，岩体结构面中的铁元素或以低价离子态或以低价的游离氧化物进入水溶液中并随之运移。当地下水流出排水孔口或直接源于岩体结构面而处于氧化环境时，水中的低价铁离子变成高价铁离子，低价氧化物（胶粒）变成高价“难溶”的高铁氢氧化物（凝胶）进而以肉眼可见的析出物出现，有关反应过程可归纳为：

由于Fe2＋易在酸性水中迁移，故棕红色析出物一般出现在pH 值较低的水溶液中。

还原环境亦有利于锰元素或以低价态离子或以低价态氧化物随地下水溶液而运移。当趋于氧化环境（如排水孔口部位等）时被氧化成高价锰，低价氧化物被氧化成高价氧化物，并最终也以析出物出现。有关反应过程如下：

因为Mn2＋在碱性介质中的Eh 值（－0.28v）远低于酸性介质中的Eh 值（1.5v），故黑色析出物多出现于碱性水中。

根据现场观察，部分析出物呈棕红夹黑色，但其化学成分测试结果表明可能仍以Fe2O3为主成分，而MnO含量不高甚至很低。其原因在于，此类析出物一经形成之后，对环境的变化（如Eh值）仍较为敏感，以致随着棕红色析出物堆积厚度的增加，其下部因处于封闭状态故又形成还原环境，而使棕红色Fe（OH）3胶体被还原成含水氧化亚铁（FeO·nH2O）胶体。

可见，析出物中铁、锰质的形成机理主要是由还原—氧化作用所致。

其次，探讨坝址白色析出物的成因。关于其物质来源，如前述。即一般认为除补给源之外主要来自以下两个方面：一是来源于基础岩体结构面中的碳酸盐类物质的溶解过程；二是来源于大坝基础混凝土以及坝踵帷幕体中水泥水化产物的溶失过程。对于前者，虽然一般岩石中的钙质含量很低（除碳酸盐岩和硫酸盐岩），但其结构面中往往含有次生的相对丰富的碳酸盐类物质，多以方解石细脉、薄膜或作为充填物的胶结物出现。当含有一定侵蚀性CO2 的坝前库水在渗压作用下向坝基运移过程中（处于相对高渗压下的水流可渗入到相对封闭的微细裂隙中），可与此类可溶性物质发生如下反应：

即便在纯水中，此类物质仍然具有一定的溶解性，即有

对于后者，在具不同水质特征的环境水作用下，Ca（OH）2 一类水化产物均具有溶解性，所不同的只是程度上的差异。在具一定含量的侵蚀性CO2 的环境水作用下，可发生如下反应：

由上述第二反应的生成物质—重碳酸盐若不流失，可继续与Ca（OH）2 接触，并使之碳化，即有(www.daowen.com)

上述反应的产物—碳酸盐在水泥结石表面形成了碳化层，可暂时阻止水泥水化产物被进一步的溶出，但由于该碳化层物质在软水中仍具有一定的溶解性，因而位于其内的水泥结石仍将受到进一步的溶蚀。此类物质若发生流失，则在坝基地下水系统的排泄区（或排泄点）由于水环境的变化（如压力的降低或温度的升高），可发生如下反应

显然，若坝踵帷幕体长期地受到环境水的上述类型的化学侵蚀作用，不仅为幕后排水孔口出现析出物提供了物质来源，而且也是导致幕后局部扬压力异常（测值偏高）、渗漏量增大的原因之一（宋汉周等，2005）。

可见，析出物中钙质的形成机理主要是由溶解—沉淀作用所致。

另外根据对试样的化学成分测试成果，不同颜色的析出物中还含有一定量的SiO2，其中多数试样的含量小于10%，而少数试样的含量则大于10%，甚至达到20%或以上。其物质主要来源于岩体中的一些铝硅酸盐矿物的异元溶解过程（Freeze等，1979）。常见的一些反应过程包括：

1）钠·蒙脱石—高岭石

2）钠长石·钠—蒙脱石

3）钠长石—高岭石

4）伊利石—高岭石

5）微斜长石—高岭石

从上述有关反应可知，铝硅酸盐类矿物的异元溶解过程一方面可导致水溶液中SiO2含量的增大，另一方面也增大了水溶液中的部分常量元素（如钙、镁、钠等）的含量。前者多以正硅酸Si（OH）4（或H4SiO4）形式存在。非晶质SiO2在水溶液中的离解方程为：

可见，析出物中二氧化硅的形成机理主要是由地质体中所含铝硅酸盐类矿物的异元溶解作用所致。

综上所述表明，不同颜色的析出物含有不同的主化学成分，有着不同的形成机理，如式（7.4.1）～式（7.4.13）所示，但本质上均系一定条件下发生于液—固相系列间的化学作用所致。

现场调查发现，在出现上述类型析出物的多数排水孔位，当用手电筒以一束强烈的光线射入孔内地下水，在入射光的垂直方向上可以看到一道明亮的光带，可见具有明显的丁道尔效应（Tyndall effect）。由此表明，所在孔位地下水溶液是一种含有胶粒的胶体溶液。所谓胶粒，其大小一般在1～100nm 之间，可由分子或离子凝聚而成，也可由大块物质分散而成；其结构由胶核与吸附层组成。而胶团则由胶粒与扩散层中的反离子组成；若液体介质中含有一定数量的胶团则构成了胶体溶液（沈钟等，1997）。由于胶粒本身颗粒细小，比表面积达10～70m2/g，因而具有很强的吸附以及化学反应活性，另外也容易形成团聚体。

地下水溶液中所含的胶粒的运动性质与其他溶质分子无异，亦处在不停地、无序地运动之中，所不同的只是胶粒比一般分子大得多，故运动强度小。就其运动性质而言，包括布朗运动、扩散以及沉降等。布朗运动是扩散的微观基础，而扩散则是布朗运动的宏观表现。就体系而言，浓度梯度越大，胶粒扩散快；就胶粒而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。

根据DLVO理论，含有胶粒的胶体溶液是稳定存在还是聚沉，取决于胶粒间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于引力，则胶体溶液稳定，反之则不稳定。由于胶粒是许多分子的集合体，因而之间的引力就是胶粒中所有分子引力的总和，其本质就是Vaader Waals 引力。研究表明，一般分子间引力与分子间的距离的6 次方成反比，而胶粒间的吸引力与胶粒间距离的3次方成反比（沈钟等，1997）。可见，胶粒间存在着“远距离”的Vaa der Waals 引力，即在较远距离时胶粒间仍存在一定的吸引力。至于胶粒间的相互排斥，可用扩散双电层模型解释：当两胶粒相距较远时，离子氛尚未重叠，胶粒间“远距离”的吸引力在起作用，即引力占优势；而当彼此间接近时，离子氛重叠，斥力开始起作用。此时位能上升，意味着彼此间不能再靠近，或者说碰撞后又分离开来。但当越过位能峰值，则位能迅速下降，说明当胶粒间距离很近时，吸引能激增，使引力占优势，而使胶粒发生聚集。显然，外界因素将会影响到胶粒间的相互作用状态，如当水环境由相对封闭的还原环境变为开放的氧化环境时，这种转变有利于水溶液中胶粒间的彼此吸引，而发生絮凝作用。

地下水系统中胶粒的运动既受到重力又受到扩散力（由布朗运动引起）这两种方向相反的作用力的驱使。一定条件下，由胶粒形成胶团再经絮凝作用形成凝胶，而使其密度大于周围的水介质，这样就会因重力作用而下沉。与沉降作用相反，扩散力能促进地下水系统中胶粒的浓度趋于均匀。当上述两种作用力相等时，就达到平衡状态；而当重力作用大于扩散力时，可会发生沉降作用。在地下水系统的排泄区或排泄点（如排水孔口），由于水环境的迅速改变，地下水溶液中的胶粒很快地发生了氧化作用以及水解作用，如式（7.4.1）～式（7.4.2）所示，并经絮凝作用之后发生沉降而形成析出物。

为什么地下水析出物中部分呈无定形，如式（7.4.1）～式（7.4.2）等所示；部分则呈结晶状，如式（7.4.8）所示。这主要取决于析出物形成过程中的凝结速度和定向速度。若前者大于后者，则生成无定形沉淀；若后者大于前者，则生成结晶状沉淀。凝结速度与饱和度成正比，而定向速度是指分子或离子以一定的方式在晶格中排列的速度，它主要取决于物质的极性的大小。例如CaCO3 等分子小、极性大，故定向速度快，能生成结晶状沉淀。而Fe（OH）3以及Si（OH）4 等含羟基多（还有水分子结合在其中），结构复杂，分子极性较小，且溶解度甚微，故其凝结速度远大于定向速度，因而容易形成无定形结构的析出物。

在现场调查过程中也发现，并非所有出现析出物的排水孔内地下水溶液均呈现显著的丁道尔效应。此可归为：一是相应孔位出现析出物的量还不多，即意味着单位体积水溶液中胶粒的含量还不够多；二是虽然相应孔位析出物的量还不算少，但析出物中的部分物质系物理作用、而非化学作用所致。

因而总体上认为，坝基地下水析出物多数为液—固相系列间的化学作用所致，仅部分则为液—固相系列间物理作用或物理—化学双重作用的产物，而后者的出露部位与地质体薄弱部位之间往往具有较好的一致性。