查明地下水水质时空分布规律、形成作用和影响因素是研究地下水循环、演化及其生态效应的关键。近年来大量野外和室内观测数据的积累，使水文地球化学理论得到快速发展，主要体现在有关控制水的化学成分的地球化学过程研究成果方面。

水文地质蓄水构造内，从补给区－径流区－排泄区，含水层岩石多种多样，且各区段岩层富(透)水性大小、地下水在含水层中运动速度、循环交替、地质及水文地球化学环境、水中物质组成各有差异。因此，地下水的化学成分是多变量的复杂函数，如补给水成分、地下岩石成分、岩石水文地质特征等。Frape、Hem等认为地下水化学形成的主要作用有溶滤作用、阳离子交替吸附作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、蒸发浓缩作用和混合作用等，为地下水水化学成因探讨奠定了理论基础。国内外很多学者通过多种水岩作用模拟实验，利用同位素地球化学方法、热力学方法及水文地球化学调查等综合方法对上述各种作用进行验证，取得了大量研究成果。如Carlyle等利用室内试验测得阳离子交换容量和选择系数；Scho-field、杨郧城等通过同位素、离子比例证明了蒸发作用的发生；曹玉清等建立了典型水文地质蓄水构造水化学反应模型，并针对不同地区系统地研究了去白云化作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附、蒸发等水文地球化学作用。这些研究对定量揭示地下水化学成因具有重要意义。

水岩相互作用不仅在地下水水化学成份的演化中具有重要作用，而且还使地下水水化学成分具有明显的水平或垂向分带特征。以往研究主要依据水文地球化学特征并结合水动力条件、动力影响因素等进行区带划分，但由于研究区的地质环境不同，分带类型也存在很大差别。扎尹采夫，и．к伊格纳维奇、马卡连科等以地下水动力学作为水文地球化学分带性的决定因素。Aucott和Speiran等利用地球化学和微生物作用沿水流路径将含水层划分为高铁带和低铁带。国内学者依据地质环境将地下水分为淋溶、集聚、富集、还原环境和强烈人为活动叠加五个区。楼章华等依据松辽盆地地下水动力场、动力影响因素及水化学特征将地下水进行了垂直分带和水平分区，垂向上由浅入深可以划分出：大气水下渗淡化带、近地表蒸发浓缩带、泥岩压实排水淡化带－压滤浓缩带、粘土矿物脱水淡化带和渗滤浓缩带等5种水化学剖面单元类型；而平面上可分为：盆地边缘为大气水下渗淡化区、盆地中央为泥岩压实排水淡化区、越流区为过渡区、越流－蒸发区为浓缩区。此外还有其它的类型划分，这些分带研究基本上以定性描述为主。与之不同的是，曹玉清等以水文地质单元实体为对象，研究了从补给－深埋区各区带内水文地球化学、水文地质分带的化学指标、CO2分压的大小和分布特点，从而落实到研究水文地质实体内主要含水层的水文地质条件上，同时确定实体内分区、分带的定性和半定量的含水层富透水性、矿物饱和指数、矿物溶沉及方解石理论溶沉速度、矿化度、水化学类型等化学指标，为水化学作用分带定量研究提供了新的思路。

以往研究通常利用热动力学平衡理论解释水岩相互作用，但是自然环境中水化学组分之间往往表现出不平衡性。例如：在自然系统中像方解石、石膏、岩盐、氟石等具有相对较高的溶解性的矿物表现出的可逆行为，短时期易于达到平衡；其他大多数矿物(比如斜长石、黑云母和其他主要硅酸盐岩)尽管对天然水化学有重要影响，但在自然界中的反应很难达到平衡，还有一些硅酸盐的风化产物(比如高岭石、水铝矿)倾向于接近平衡反应，其动力学过程往往控制了复杂的硅质粘土矿物如蒙脱石的形成过程。自然系统中，大部分天然水氧化－还原反应处于不平衡状态，很难确定自然水中氧化还原状态，说明许多地球化学作用是复杂的非线性动力学过程，但是目前对这一复杂过程仍缺乏深入的研究。