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1、油田水文地质学油田水文地质学油田水文地质学油田水文地质学Hydrogeology of OilfieldHydrogeology of OilfieldHydrogeology of OilfieldHydrogeology of Oilfield主讲教师：曾溅辉教授主讲教师：曾溅辉教授石油大学（北京）盆地与油藏研究中心石油大学（北京）盆地与油藏研究中心石油大学（北京）盆地与油藏研究中心石油大学（北京）盆地与油藏研究中心2006200620062006年年年年9 9 9 9月月月月 绪绪 论论1 1 1 1、油田水文地质学的涵义、油田水文地质学的涵义、油田水文地质学的涵义、油田水文地质学的涵义
2、 油田水文地质学是研究含油气区（盆地）地下水（油油田水文地质学是研究含油气区（盆地）地下水（油油田水文地质学是研究含油气区（盆地）地下水（油油田水文地质学是研究含油气区（盆地）地下水（油田水）与油气关系的学科。它研究含油气区（盆地）地下水田水）与油气关系的学科。它研究含油气区（盆地）地下水田水）与油气关系的学科。它研究含油气区（盆地）地下水田水）与油气关系的学科。它研究含油气区（盆地）地下水（油田水）的形成、运动和分布规律，同时还研究地下水在（油田水）的形成、运动和分布规律，同时还研究地下水在（油田水）的形成、运动和分布规律，同时还研究地下水在（油田水）的形成、运动和分布规律，同时还研究地下水
3、在油气生成、运移、聚集、保存和破坏，以及在油气开发过程油气生成、运移、聚集、保存和破坏，以及在油气开发过程油气生成、运移、聚集、保存和破坏，以及在油气开发过程油气生成、运移、聚集、保存和破坏，以及在油气开发过程中的作用。中的作用。中的作用。中的作用。油田水文地质学油田水文地质学油田水文地质学油田水文地质学含油气盆地流体分析含油气盆地流体分析含油气盆地流体分析含油气盆地流体分析 含油气盆地流体动力学含油气盆地流体动力学含油气盆地流体动力学含油气盆地流体动力学一、油田水文地质学的涵义、研究对象和研究内容一、油田水文地质学的涵义、研究对象和研究内容一、油田水文地质学的涵义、研究对象和研究内容一、油田
4、水文地质学的涵义、研究对象和研究内容2 2 2 2、研究对象、研究对象、研究对象、研究对象 含油气区（盆地）地下水与油气含油气区（盆地）地下水与油气含油气区（盆地）地下水与油气含油气区（盆地）地下水与油气3 3 3 3、研究内容、研究内容、研究内容、研究内容（1 1 1 1）含油气区（盆地）地下水（油田水）的形成过程和赋）含油气区（盆地）地下水（油田水）的形成过程和赋）含油气区（盆地）地下水（油田水）的形成过程和赋）含油气区（盆地）地下水（油田水）的形成过程和赋 存条件存条件存条件存条件 含油气区（盆地）地下水（油田水）的赋存条件含油气区（盆地）地下水（油田水）的赋存条件含油气区（盆地）地下水
5、（油田水）的赋存条件含油气区（盆地）地下水（油田水）的赋存条件 含水介质（孔隙、裂隙和溶穴）含水介质（孔隙、裂隙和溶穴）含水介质（孔隙、裂隙和溶穴）含水介质（孔隙、裂隙和溶穴）油田水的埋藏条件油田水的埋藏条件油田水的埋藏条件油田水的埋藏条件 含油气区（盆地）地下水（油田水）的水化学特征含油气区（盆地）地下水（油田水）的水化学特征含油气区（盆地）地下水（油田水）的水化学特征含油气区（盆地）地下水（油田水）的水化学特征 地下水（油田水）的物理性质：温度、密度、黏度等地下水（油田水）的物理性质：温度、密度、黏度等地下水（油田水）的物理性质：温度、密度、黏度等地下水（油田水）的物理性质：温度、密度、黏
6、度等 地下水（油田水）的化学成分：常量组分、微量组分、同位素组成地下水（油田水）的化学成分：常量组分、微量组分、同位素组成地下水（油田水）的化学成分：常量组分、微量组分、同位素组成地下水（油田水）的化学成分：常量组分、微量组分、同位素组成 地下水（油田水）化学成分的形成作用和形成机理：溶滤作用、地下水（油田水）化学成分的形成作用和形成机理：溶滤作用、地下水（油田水）化学成分的形成作用和形成机理：溶滤作用、地下水（油田水）化学成分的形成作用和形成机理：溶滤作用、蒸发浓缩作用、混合作用、脱碳酸作用等蒸发浓缩作用、混合作用、脱碳酸作用等蒸发浓缩作用、混合作用、脱碳酸作用等蒸发浓缩作用、混合作用、脱碳
7、酸作用等 含油气区（盆地）地下水（油田水）的水含油气区（盆地）地下水（油田水）的水动力环境和水动力特征动力环境和水动力特征 地下水（油田水）的水动力环境：静水地下水（油田水）的水动力环境：静水环境环境/动水环境、常压动水环境、常压/超压环境等超压环境等 地下水（油田水）运动的驱动力：压实地下水（油田水）运动的驱动力：压实作用、重力作用、构造作用、超压和热力作用作用、重力作用、构造作用、超压和热力作用等等 地下水（油田水）的运动特征：运动方地下水（油田水）的运动特征：运动方向、运动强度、运动方式、运动距离等向、运动强度、运动方式、运动距离等 （2 2 2 2）地下水对油气形成和分布的影响）地下水
8、对油气形成和分布的影响）地下水对油气形成和分布的影响）地下水对油气形成和分布的影响 地下水对油气生成的影响地下水对油气生成的影响地下水对油气生成的影响地下水对油气生成的影响 地下水化学成分对油气生成的影响地下水化学成分对油气生成的影响地下水化学成分对油气生成的影响地下水化学成分对油气生成的影响 地下水盐度对油气生成的影响地下水盐度对油气生成的影响地下水盐度对油气生成的影响地下水盐度对油气生成的影响 地下水对油气运移和聚集的影响地下水对油气运移和聚集的影响地下水对油气运移和聚集的影响地下水对油气运移和聚集的影响 地下水对油气运移动力的影响地下水对油气运移动力的影响地下水对油气运移动力的影响地下水
9、对油气运移动力的影响 地下水对油气运移方向和方式的影响地下水对油气运移方向和方式的影响地下水对油气运移方向和方式的影响地下水对油气运移方向和方式的影响 地下水对油气运移强度的影响地下水对油气运移强度的影响地下水对油气运移强度的影响地下水对油气运移强度的影响 地下水对油气聚集部位的影响地下水对油气聚集部位的影响地下水对油气聚集部位的影响地下水对油气聚集部位的影响 地下水对油气聚集量的影响地下水对油气聚集量的影响地下水对油气聚集量的影响地下水对油气聚集量的影响 地下水对油气藏保存和破坏的影响地下水对油气藏保存和破坏的影响地下水对油气藏保存和破坏的影响地下水对油气藏保存和破坏的影响 地下水对油气的冲
10、刷作用方式地下水对油气的冲刷作用方式地下水对油气的冲刷作用方式地下水对油气的冲刷作用方式 地下水对油气藏的冲刷强度地下水对油气藏的冲刷强度地下水对油气藏的冲刷强度地下水对油气藏的冲刷强度 地下水对油气藏的冲刷量地下水对油气藏的冲刷量地下水对油气藏的冲刷量地下水对油气藏的冲刷量 地下水对油气储集层物性的影响地下水对油气储集层物性的影响地下水对油气储集层物性的影响地下水对油气储集层物性的影响 地下水对成岩作用的影响地下水对成岩作用的影响地下水对成岩作用的影响地下水对成岩作用的影响 水水水水岩相互作用与储集层物性岩相互作用与储集层物性岩相互作用与储集层物性岩相互作用与储集层物性 水水水水岩相互作用与
11、次生孔隙的形成和分布岩相互作用与次生孔隙的形成和分布岩相互作用与次生孔隙的形成和分布岩相互作用与次生孔隙的形成和分布（3 3 3 3）地下水对油气藏开发的影响）地下水对油气藏开发的影响）地下水对油气藏开发的影响）地下水对油气藏开发的影响地下水对油气钻探的影响地下水对油气钻探的影响地下水对油气钻探的影响地下水对油气钻探的影响 地下水的异常压力与钻前预测地下水的异常压力与钻前预测地下水的异常压力与钻前预测地下水的异常压力与钻前预测 地下水盐度和水化学成分与泥浆的配置地下水盐度和水化学成分与泥浆的配置地下水盐度和水化学成分与泥浆的配置地下水盐度和水化学成分与泥浆的配置地下水对油气开采的影响地下水对油
12、气开采的影响地下水对油气开采的影响地下水对油气开采的影响 地下水动力场与剩余油的分布地下水动力场与剩余油的分布地下水动力场与剩余油的分布地下水动力场与剩余油的分布 注入水的运移与驱油效果和剩余油的分布注入水的运移与驱油效果和剩余油的分布注入水的运移与驱油效果和剩余油的分布注入水的运移与驱油效果和剩余油的分布 注入水注入水注入水注入水地下水地下水地下水地下水储层的相互作用对储层物储层的相互作用对储层物储层的相互作用对储层物储层的相互作用对储层物 性的影响性的影响性的影响性的影响 1 1、油田水文地质学是水文地质学与石油地质学的交叉学科，、油田水文地质学是水文地质学与石油地质学的交叉学科，是利用水
13、文地质学基本原理解决石油地质学方面的问题。是利用水文地质学基本原理解决石油地质学方面的问题。2 2、油田水文地质学是地质学的一部分，与构造地质学、矿物、油田水文地质学是地质学的一部分，与构造地质学、矿物学、沉积岩石学与岩相古地理等学科关系密切。学、沉积岩石学与岩相古地理等学科关系密切。盆地构造和演化控制着地下水的形成与分布盆地构造和演化控制着地下水的形成与分布盆地的沉积与岩石性质影响地下水的形成与分布盆地的沉积与岩石性质影响地下水的形成与分布3 3、油田水文地质学还与水力学、地下水动力学、水文地球化、油田水文地质学还与水力学、地下水动力学、水文地球化学、钻井工程、采油工程、测井等学科有一定的联
14、系。学、钻井工程、采油工程、测井等学科有一定的联系。二、油田水文地质学与其它学科的关系二、油田水文地质学与其它学科的关系三、油田水文地质学的发展概况三、油田水文地质学的发展概况1 1、油田水文地质学科萌芽和形成时期（、油田水文地质学科萌芽和形成时期（2020世纪初世纪初2020世纪世纪5050年代）年代）（1 1）Munn(1909)Munn(1909)、RichRich（19231923）利用实验研究流动利用实验研究流动的水对石油在地层分布影响，提出了石油运移的水力的水对石油在地层分布影响，提出了石油运移的水力说说（2 2）Illing(1923)Illing(1923)研究水和石油通过粗细
15、交替砂层的研究水和石油通过粗细交替砂层的渗流机理渗流机理（3 3）前苏联从）前苏联从2020世纪世纪3030年代开始进行有关油田水的系年代开始进行有关油田水的系统研究，统研究，19351935年苏林编著了苏联油田水一书，后年苏林编著了苏联油田水一书，后来（来（4040年代）相继完成了天然水系中的油田水、年代）相继完成了天然水系中的油田水、油田水文地质学，建立了油田水文地质学科油田水文地质学，建立了油田水文地质学科（4 4）（）（19401940，19531953）提出了地下流体势的概）提出了地下流体势的概 念，建立了相应的计算公式，并根据流体势分布判断念，建立了相应的计算公式，并根据流体势分布
16、判断 油、气、水的运动方向，解释油气运移、聚集问题，油、气、水的运动方向，解释油气运移、聚集问题，从而把地下流体运移的研究建立在科学的基础上；从而把地下流体运移的研究建立在科学的基础上；（5 5）苏哈列夫对前苏联含油气区的地下水进行了大量研究，）苏哈列夫对前苏联含油气区的地下水进行了大量研究，50 50年代先后出版了油矿水文地质学（年代先后出版了油矿水文地质学（19551955），），水文地质与油气田水（水文地质与油气田水（19591959）；）；（6 6）国内在石油地质专业开始设立油田水文地质学必）国内在石油地质专业开始设立油田水文地质学必 修课程，但教材采用前苏联的教材，各油田矿区相继修课
17、程，但教材采用前苏联的教材，各油田矿区相继 建立了油田水化学分析实验室几各种油田水文地质研建立了油田水化学分析实验室几各种油田水文地质研 究机构。究机构。2 2、油田水文地质学科发展时期（、油田水文地质学科发展时期（2020世纪世纪6060年代年代2020世纪世纪 70 70年代）年代）（1 1）国内在参照前苏联教材的基础上，北京石油学院石油地）国内在参照前苏联教材的基础上，北京石油学院石油地质教研室刘方槐、李慈君（质教研室刘方槐、李慈君（19611961）编著了油气田水文地质）编著了油气田水文地质学教材，对推动我国油田水文地质学的教学、科研和生产学教材，对推动我国油田水文地质学的教学、科研和
18、生产实践具有重要的作用；实践具有重要的作用；（2 2）卡尔采夫）卡尔采夫19691969年出版了古水文地质学，提出了水文年出版了古水文地质学，提出了水文地质旋回与水交替次数的概念，试图将地下水交替作用定量地质旋回与水交替次数的概念，试图将地下水交替作用定量化；化；（3 3）苏哈列夫对前苏联含油气区的地下水进行了大量研究，）苏哈列夫对前苏联含油气区的地下水进行了大量研究，出版了油气田水文地质学（出版了油气田水文地质学（19791979）；）；（4 4）年出版了油田水地球化学，对油田水的地球化学问）年出版了油田水地球化学，对油田水的地球化学问题进行了全面深入的分析，并在题进行了全面深入的分析，并在
19、19801980年出版的石油地质学年出版的石油地质学进展（进展（2 2）中，发表了）中，发表了“油田卤水油田卤水”一文，文中结合美国实一文，文中结合美国实例对古水化学分析方法进行了探讨；例对古水化学分析方法进行了探讨；（5 5）K.MagaraK.Magara等等7070年代研究了地下流体的异常压力年代研究了地下流体的异常压力问题，探讨了压实作用与地下流体的运移等问题；问题，探讨了压实作用与地下流体的运移等问题；（6 6）J.TothJ.Toth从从7070年代始，研究了沉积盆地的重力流，年代始，研究了沉积盆地的重力流，并特别强调地下水的穿层流，以及与油气运移和聚集并特别强调地下水的穿层流，以
20、及与油气运移和聚集的关系，建立了石油水文地质学（的关系，建立了石油水文地质学（Petroleum ）；）；（7 7）.（）提出将盆地演（）提出将盆地演化划分为幼年期、中年期和老年期，并探讨了各个时化划分为幼年期、中年期和老年期，并探讨了各个时期地下水的动力学特征；期地下水的动力学特征；（8 8）Berg(1975)Berg(1975)、Schowalter(1979)Schowalter(1979)讨论了油气运讨论了油气运移和聚集过程中浮力、毛细管力和水动力的关系；移和聚集过程中浮力、毛细管力和水动力的关系；（9 9）Cordell(1977)Cordell(1977)研究了各种圈闭油气聚集过
21、程研究了各种圈闭油气聚集过程中油、气、水的运移过程中油、气、水的运移过程3、油田水文地质学科拓展和壮大时期（20世纪80年代至今）年代以来，油田水文地质学的研究内容不断深入，研究年代以来，油田水文地质学的研究内容不断深入，研究领域不断扩大，从研究含油气区的地下水与油气藏的形成与领域不断扩大，从研究含油气区的地下水与油气藏的形成与分布扩展到含油气盆地的流体动力学与油气藏的形成与分布。分布扩展到含油气盆地的流体动力学与油气藏的形成与分布。（1 1）前苏联学者卡普钦科（）前苏联学者卡普钦科（19831983）出版了）出版了 油气聚集理论油气聚集理论的水文地质学基础的水文地质学基础 一书，全面和系统地
22、讨论了地下水与油一书，全面和系统地讨论了地下水与油气藏的形成和分布；气藏的形成和分布；（2 2）DahlbergDahlberg（19821982）出版了）出版了 Applied hydrodynamics Applied hydrodynamics in petroleum explorationin petroleum exploration一书，将水动力学的理论与方一书，将水动力学的理论与方法应用于油气勘探，提出了法应用于油气勘探，提出了UVZUVZ法则，并在法则，并在19951995年再次出版了年再次出版了 Applied hydrodynamics in petroleum expl
23、oration Applied hydrodynamics in petroleum exploration 的第二版；的第二版；（3 3）Cheery GarvenMark Person,Ge Shimin Cheery GarvenMark Person,Ge Shimin（4 4）TothBachuTothBachu（5 5）C.BethkeC.Bethke（6 6）Ortoleva Ortoleva（7 7）HanorHanor（8 8）I.Lerche and R.O.Thomsen(1994),I.Lerche and R.O.Thomsen(1994),Hydrodynamics
24、 of Oil and GasHydrodynamics of Oil and Gas（9 9）国内先后出版了刘方槐等（）国内先后出版了刘方槐等（19911991）、邸世祥等）、邸世祥等（19911991）和杨绪充（）和杨绪充（19931993）三本油田水文地质学）三本油田水文地质学，杨绪充（，杨绪充（19931993）还出版了含油气区地下温压）还出版了含油气区地下温压环境，刘崇禧等（环境，刘崇禧等（19881988）出版了水文地球化学）出版了水文地球化学找油理论与方法找油理论与方法四、油田水文地质学的研究意义四、油田水文地质学的研究意义1 1、在油气勘探中的意义、在油气勘探中的意义（1 1）
25、通过研究油气田的地下水动力特征，了解油气的运移和聚）通过研究油气田的地下水动力特征，了解油气的运移和聚集特征，以及油气的保存和破坏情况，指导油气勘探；集特征，以及油气的保存和破坏情况，指导油气勘探；（2 2）通过研究油气田的地下水化学特征，一方面有助于认识地）通过研究油气田的地下水化学特征，一方面有助于认识地下水动力特征，另一方面有助于了解水下水动力特征，另一方面有助于了解水岩相互作用特征，从岩相互作用特征，从而有效地进行储层评价，此外，还有助于应用水文地球化学探而有效地进行储层评价，此外，还有助于应用水文地球化学探矿法（化探）寻找油气，进行油气远景评价矿法（化探）寻找油气，进行油气远景评价2
26、 2、在油气井钻探中的意义、在油气井钻探中的意义通过了解含水层的埋藏深度、压力大小、水的物理化学特征，通过了解含水层的埋藏深度、压力大小、水的物理化学特征，才能有效地保证油气井的正常钻进。高压含水层对钻井影响很才能有效地保证油气井的正常钻进。高压含水层对钻井影响很大，往往会引起井喷，影响进尺，严重时还会使得整个井报废。大，往往会引起井喷，影响进尺，严重时还会使得整个井报废。3 3、在油气开发中的意义、在油气开发中的意义（1 1）通过了解油气与地下水的水力联系，了解地下）通过了解油气与地下水的水力联系，了解地下水的运动特征，才能制定出更合理的水驱油、聚合水的运动特征，才能制定出更合理的水驱油、聚
27、合物驱油等开采方案；物驱油等开采方案；（2 2）了解注入水的配伍性，研究注入水与储层介质）了解注入水的配伍性，研究注入水与储层介质的相互作用机制，防止某些矿物发生沉淀，以破坏的相互作用机制，防止某些矿物发生沉淀，以破坏原生孔隙结构，给油气开采造成很大困难；原生孔隙结构，给油气开采造成很大困难；（3 3）在油气开采时，了解侵入水的来源，设计盐水）在油气开采时，了解侵入水的来源，设计盐水处理方案以及防止腐蚀等问题，地下水化学成分、处理方案以及防止腐蚀等问题，地下水化学成分、压力和温度等资料非常有用。压力和温度等资料非常有用。4 4、油气田地下水的利用、油气田地下水的利用（1 1）高矿化的油气田地下
28、水可提取有用矿物）高矿化的油气田地下水可提取有用矿物的工业原料。的工业原料。如四川盆地、江汉盆地油田水中含有如四川盆地、江汉盆地油田水中含有LiLi、I I、BrBr、CeCe、RbRb等有用矿物的工业原料；等有用矿物的工业原料；（2 2）油田深部的地下水多为热水，可用于生）油田深部的地下水多为热水，可用于生活、医疗、农业等。活、医疗、农业等。五、油田水文地质学讲授的主要内容五、油田水文地质学讲授的主要内容第一部分：水文地质学基础第一部分：水文地质学基础地下水的赋存条件、运动特征和补给、径流、排泄，以地下水的赋存条件、运动特征和补给、径流、排泄，以及地下水化学成分和形成作用及地下水化学成分和形
29、成作用第二部分：含油气区（盆地）地下水的基本特征与油气第二部分：含油气区（盆地）地下水的基本特征与油气运聚运聚含油气区（盆地）水文地质条件、含油气区（盆地）地含油气区（盆地）水文地质条件、含油气区（盆地）地下水的水化学特征及其形成作用、含油气区（盆地）地下水的水化学特征及其形成作用、含油气区（盆地）地下水动力特征与油气成藏下水动力特征与油气成藏第三部分：水文地质在油气勘探和开发中的应用第三部分：水文地质在油气勘探和开发中的应用地下流体势及其在油气运聚中的应用（地下流体势及其在油气运聚中的应用（UVZUVZ法则）、在法则）、在储层评价中的应用、在油气开发中的应用储层评价中的应用、在油气开发中的应
30、用六、油田水文地质学课程主要六、油田水文地质学课程主要参考资料参考资料1 1王王大大纯纯、张张人人权权等等，水水文文地地质质学学基基础础，地地质质出出版版社，社，199519952 2刘刘方方槐槐、颜颜婉婉荪荪编编，油油气气田田水水文文地地质质原原理理，石石油油工业出版社，工业出版社，199119913 3杨杨绪绪充充编编，油油气气田田水水文文地地质质学学，石石油油大大学学出出版版社社，199319934 4杨杨绪绪充充著著，含含油油气气区区地地下下温温压压环环境境，石石油油大大学学出出版社，版社，199319935 5邸邸世世祥祥编编，油油田田水水文文地地质质学学，西西北北大大学学出出版版社
31、社，199119916 6卡普钦科著，贺忠林译，油气聚集理论的水文地质基础，卡普钦科著，贺忠林译，油气聚集理论的水文地质基础，石油工业出版社，石油工业出版社，199119917 7E.C.E.C.戴尔勃格著，王学礼译，石油勘探实用水动力学，戴尔勃格著，王学礼译，石油勘探实用水动力学，石油工业出版社，石油工业出版社，199219928 8刘崇禧，孙世雄编著，刘崇禧，孙世雄编著，19881988，水文地球化学找油理论与，水文地球化学找油理论与 方法，地质出版社方法，地质出版社 9J.M.Verweij,1993,Hydrocarbon migration systems analysis,Deve
32、lopments in Petroleum Science,35,ELSEVIER 10 10高锡兴编著，中国含油气盆地油田水，石油工业出版高锡兴编著，中国含油气盆地油田水，石油工业出版 社，社，1994 1994 1111地地质质学学报报、地地质质论论评评、石石油油学学报报、沉沉积积学学报报、地地球球科科学学、石石油油天天然然气气地地质质、石石油油勘勘探探与与开开发发、石石油油实实验验地地质质等等刊刊物物有有关关地下水与油气运移和聚集方面的论文。地下水与油气运移和聚集方面的论文。12“AAPG.Bulletin”,“Journal of Petroleum Geology”,“Journal
33、 of Petroleum Geoscience”,“Marine and Petroleum Geology”,“Journal of Geophysics”,“Journal of American Sciences”,“Applied Geochemistry”,“Basin Research”,“Journal of Geochemical Exploration”等等刊刊物物有有关关地地下下水水与与油油气运移和聚集方面的论文。气运移和聚集方面的论文。第一章第一章 地下水的赋存和运动地下水的赋存和运动 在地壳表层在地壳表层1010余公里范围内，都或多或少地余公里范围内，都或多或少地存在
34、着各种空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙），这为存在着各种空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙），这为地下水的赋存提供了必要的空间条件。就广义而言，地下水的赋存提供了必要的空间条件。就广义而言，地下水不仅存在于岩石的空隙之中，也可存在于岩地下水不仅存在于岩石的空隙之中，也可存在于岩石的骨架之中，因此地壳表层就好象是饱含着地下石的骨架之中，因此地壳表层就好象是饱含着地下水的水的“海绵海绵”。在沉积盆地，就体积而言，沉积盆地中约在沉积盆地，就体积而言，沉积盆地中约20%20%是由地下水组成的（是由地下水组成的（HanorHanor，19931993），因此，地），因此，地下水是盆地流体中数量最大，分布最广，作用最大
35、下水是盆地流体中数量最大，分布最广，作用最大的一种流体，且其温度、压力和化学组成变化范围的一种流体，且其温度、压力和化学组成变化范围很大，因此研究地下水的赋存、运动及化学组成是很大，因此研究地下水的赋存、运动及化学组成是研究盆地流体（包括油气）运动的基础。研究盆地流体（包括油气）运动的基础。第一节第一节 地下水的赋存形式地下水的赋存形式一、地下水的存在形式一、地下水的存在形式地壳岩石中存在着以下各种形式的水：地壳岩石中存在着以下各种形式的水：地壳岩石地壳岩石中的水中的水岩石骨架中的水岩石骨架中的水（矿物结合水）（矿物结合水）沸石水沸石水 结晶水结晶水 结构水结构水岩石空隙中的水岩石空隙中的水结
36、合水（矿物表面结合水）结合水（矿物表面结合水）气态水气态水液态水液态水固态水固态水强结合水强结合水（吸着水）（吸着水）弱结合水弱结合水（薄膜水）（薄膜水）毛细水毛细水重力水（自由水）重力水（自由水）1 1、重力水（自由水）：、重力水（自由水）：在重力作用下能自由运动的地下水。在重力作用下能自由运动的地下水。它是一种重要的液态水，能充满岩石中所有的大小孔隙，并在它是一种重要的液态水，能充满岩石中所有的大小孔隙，并在地壳中自由运动。重力水能从泉眼中流出地面，也能从井孔中地壳中自由运动。重力水能从泉眼中流出地面，也能从井孔中被抽出地面或自溢出地面，为极重要的供水水源。重力水能形被抽出地面或自溢出地面
37、，为极重要的供水水源。重力水能形成地下径流，由补给区经过长距离的运动流向排泄区。重力水成地下径流，由补给区经过长距离的运动流向排泄区。重力水在地下运动时服从达西定律。在地下运动时服从达西定律。2 2、薄膜水（弱结合水）：、薄膜水（弱结合水）：在吸着水外围以薄膜形式发展变厚在吸着水外围以薄膜形式发展变厚的过程中形成的。它是由静电引力或分子力支撑的，厚度可的过程中形成的。它是由静电引力或分子力支撑的，厚度可达几百个水分子直径。薄膜水不受重力的影响，也不传递压达几百个水分子直径。薄膜水不受重力的影响，也不传递压力，但可以由薄膜较厚的地方向薄膜较薄的地方移动，直到力，但可以由薄膜较厚的地方向薄膜较薄的
38、地方移动，直到各处的薄膜厚度相等为止。各处的薄膜厚度相等为止。3 3、吸着水（吸附水、强结合水）：、吸着水（吸附水、强结合水）：以单独的水分子状态包围以单独的水分子状态包围在岩石颗粒表面的水。这种水靠水分子对岩石的吸附力而停在岩石颗粒表面的水。这种水靠水分子对岩石的吸附力而停留在岩石的颗粒上，其吸附力常可高达留在岩石的颗粒上，其吸附力常可高达101325MPa101325MPa。因此停留。因此停留在岩石中的吸着水只能在将岩石加热时才能被排出。吸着水在岩石中的吸着水只能在将岩石加热时才能被排出。吸着水不受重力作用的影响，密度大，在零下不受重力作用的影响，密度大，在零下7878度时不结冰，没有度时
39、不结冰，没有溶解能力，不传导静水压力，不导电。溶解能力，不传导静水压力，不导电。4 4、气态水：、气态水：以水蒸气的形式储存在地下以水蒸气的形式储存在地下的水。它和大气中所含的水蒸气完全一样，的水。它和大气中所含的水蒸气完全一样，并和大气中的水蒸气相联系。它的活动性并和大气中的水蒸气相联系。它的活动性很大，可以随着空气一起在岩石空隙中运很大，可以随着空气一起在岩石空隙中运动。动。5 5、固态水：、固态水：岩石中温度在零度以下的重岩石中温度在零度以下的重力水，即以冰的形态出现的重力水，常分力水，即以冰的形态出现的重力水，常分布在季节性或永久性冻结地区。布在季节性或永久性冻结地区。6 6、毛细水：
40、、毛细水：存在于岩石毛存在于岩石毛细孔隙中或孔道狭窄部分细孔隙中或孔道狭窄部分的水。岩石中的细小孔隙的水。岩石中的细小孔隙如自然界的毛细管。水在如自然界的毛细管。水在其中能产生毛细运动。因其中能产生毛细运动。因此，在地下水面以上便形此，在地下水面以上便形成了一个普遍的毛细上升成了一个普遍的毛细上升带。毛细上升现象是地下带。毛细上升现象是地下水对孔壁的吸附力和水的水对孔壁的吸附力和水的表面张力二者与毛细管中表面张力二者与毛细管中水的重力产生平衡作用的水的重力产生平衡作用的结果。毛细水能够传递静结果。毛细水能够传递静水压力，具有溶解能力，水压力，具有溶解能力，其性质近似普通水。在多其性质近似普通水
41、。在多孔介质中毛细水的运动不孔介质中毛细水的运动不服从达西定律，而受毛细服从达西定律，而受毛细管力的控制。管力的控制。7 7、岩石骨架中的水：、岩石骨架中的水：指保存于矿物结晶格架中，已指保存于矿物结晶格架中，已成为矿物组成部分的水。成为矿物组成部分的水。（1 1）结晶水结晶水：当矿物中水的组成比例固定不变时称：当矿物中水的组成比例固定不变时称结晶水，如石膏（结晶水，如石膏（CASO4.2H2OCASO4.2H2O）等矿物中的水。）等矿物中的水。（2 2）当所含水的比例可变且较易脱出时称）当所含水的比例可变且较易脱出时称沸石水沸石水，如蛋白石（如蛋白石（SiO2.nH2OSiO2.nH2O）、
42、方沸石）、方沸石（NaAl2Si4O2.nH2ONaAl2Si4O2.nH2O）等矿物中的水。）等矿物中的水。（3 3）一些水以（）一些水以（OHOH）或（）或（H H）的形式参与矿物组分，）的形式参与矿物组分，互相结合紧密，只有当矿物结构破坏后，并加热到互相结合紧密，只有当矿物结构破坏后，并加热到400400至至500500度时才能分离出来，这种水称为度时才能分离出来，这种水称为结构水结构水，如水铝石（如水铝石（AlO.OHAlO.OH）、白云母（）、白云母（KK、H2Al2Si2O3H2Al2Si2O3）等矿物中的水。等矿物中的水。二、包气带和饱水带、含水层和隔水层二、包气带和饱水带、含水
43、层和隔水层1 1、包气带和饱水带、包气带和饱水带 在地表以下一在地表以下一定深度处存在着地下定深度处存在着地下水面。地下水面以上，水面。地下水面以上，称之为包气带（非饱称之为包气带（非饱和带）；地下水面以和带）；地下水面以下，称为饱水带（饱下，称为饱水带（饱和带）。和带）。自上而下包气带分自上而下包气带分为：土壤水带、中为：土壤水带、中间带和毛细水带间带和毛细水带饱水带岩石空饱水带岩石空隙全部为液态隙全部为液态水充满，既有水充满，既有自由水，又有自由水，又有结合水。由于结合水。由于饱水带中的地饱水带中的地下水连续分布，下水连续分布，能够传递静水能够传递静水压力，故在水压力，故在水头差的作用下，
44、头差的作用下，可以发生连续可以发生连续运动。运动。2 2、含水层和隔水层、含水层和隔水层 饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可划饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可划分为含水层和隔水层。分为含水层和隔水层。（1 1）含水层是指能够透过并给出相当数量水的）含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。隔水层则是不能透过并给出水，或透过和岩层。隔水层则是不能透过并给出水，或透过和给出水的数量微不足道的岩层。给出水的数量微不足道的岩层。空隙细小的岩层（如泥岩层）含的几乎都是空隙细小的岩层（如泥岩层）含的几乎都是结合水，结合水在平常条件下不能移动，这类岩结合水，结合水在平常条件下不能移动，这类岩层实际上起
45、着阻隔水透过的作用，所以为隔水层层实际上起着阻隔水透过的作用，所以为隔水层。而空隙较大的岩层（如砂岩层），主要含有自。而空隙较大的岩层（如砂岩层），主要含有自由水，在水头差作用下能够透过和给出水，就构由水，在水头差作用下能够透过和给出水，就构成了含水层。成了含水层。（2 2）应当注意的几个问题：）应当注意的几个问题：含水层与隔水层划分的相对性含水层与隔水层划分的相对性含水层和隔水层在一定条件下可含水层和隔水层在一定条件下可 相互转化相互转化岩层的透水性往往具有各向异岩层的透水性往往具有各向异 性，很难用层来表示，用含水带性，很难用层来表示，用含水带 可能更好。可能更好。根据地下水的埋藏条件和含
46、水层的介质类型根据地下水的埋藏条件和含水层的介质类型对地下水分类。对地下水分类。地下水的埋藏条件：地下水的埋藏条件：含水岩层在地质剖面中含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的情况。据此可将地下水分为情况。据此可将地下水分为包气带水、潜水包气带水、潜水和承压水（层间水、地层水）和承压水（层间水、地层水）。按按含水介质（空隙）类型含水介质（空隙）类型，可将地下水分为，可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。孔隙水、裂隙水和岩溶水。三、地下水分类三、地下水分类表表1 地下水分类表地下水分类表孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩溶水岩溶水包气带水包气带水土
47、壤水土壤水局局部部粘粘性性土土隔隔水水层层上上季季节节性性存存在在的的重重力力水水（上上层层滞滞水水）过过路路及及悬留毛细水及重力水悬留毛细水及重力水裂裂隙隙岩岩层层浅浅部部季季节节性性存存在在的的重重力力水水及毛细水及毛细水裸裸露露岩岩溶溶化化岩岩层层上上部部岩岩溶溶通通道道中中季季节节性性存存在在的的重重力水力水潜水潜水各各类类松松散散沉沉积积物物浅浅部的水部的水裸裸露露于于地地表表的的各各类类裂裂隙隙岩层中的水岩层中的水裸裸露露于于地地表表的的岩岩溶溶化化岩岩层层中中的水的水承压水承压水山山间间盆盆地地及及平平原原松松散散沉积物深部的水沉积物深部的水组组成成构构造造盆盆地地、向向斜斜构构
48、造造或或单单斜斜断断块块的的被被掩掩覆覆的的各各类类裂裂隙隙岩层中的水岩层中的水组组成成构构造造盆盆地地、向向斜斜构构造造或或单单斜斜断断块块的的被被掩掩覆覆的的岩岩溶溶化化岩岩层层中中的的水水四、上层滞水和潜水四、上层滞水和潜水上层滞水上层滞水1 1、上层滞水、上层滞水（1 1）当包气带中存在局部隔水层时，在局部）当包气带中存在局部隔水层时，在局部隔水层上积聚具有自由水面的自由水，这便是隔水层上积聚具有自由水面的自由水，这便是上层滞水。上层滞水。（2 2）上层滞水最接近地表，接受大气降水补）上层滞水最接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式排泄或向隔水底板边缘排泄。给，以蒸发形式排泄或向隔水底
49、板边缘排泄。（3 3）水量一般不大，动态变化比较显著，当）水量一般不大，动态变化比较显著，当分布范围较小而补给不很经常时，不能终年保分布范围较小而补给不很经常时，不能终年保持有水，只在缺水地区才能成为供水水源。持有水，只在缺水地区才能成为供水水源。（4 4）容易受到污染）容易受到污染2 2、潜水、潜水（1 1）定义：）定义：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水。的水称为潜水。上层滞水上层滞水潜水潜水（2 2）埋藏特征：）埋藏特征：潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。潜水的表面为自由水面，称作潜水面；从潜水顶板。
50、潜水的表面为自由水面，称作潜水面；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离为潜水的埋藏深度。潜水含水层厚度与到地面的距离为潜水的埋藏深度。潜水含水层厚度与潜水面埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。潜水面埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。（3 3）补、径、排特征：）补、径、排特征：在潜水的全部分布范围都可以通过包气带在潜水的全部分布范围都可以通过包气带接受大气降水、地表水接受大气降水、地表水补给补给。潜水在重力作用下由水位高的地方向水位潜水在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方低的地方径流径流。潜水的潜水的排泄排泄，