油田水文地質(zhì)學(xué)緒論、第一章

1、,油田水文地質(zhì)學(xué) Hydrogeology of Oilfield,石油大學(xué)（北京）盆地與油藏研究中心 2006年9月,1、油田水文地質(zhì)學(xué)的涵義 油田水文地質(zhì)學(xué)是研究含油氣區(qū)（盆地）地下水（油田水）與油氣關(guān)系的學(xué)科。它研究含油氣區(qū)（盆地）地下水（油田水）的形成、運(yùn)動(dòng)和分布規(guī)律，同時(shí)還研究地下水在油氣生成、運(yùn)移、聚集、保存和破壞，以及在油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的作用。 油田水文地質(zhì)學(xué)含油氣盆地流體分析 含油氣盆地流體動(dòng)力學(xué),一、油田水文地質(zhì)學(xué)的涵義、研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容,2、研究對(duì)象 含油氣區(qū)（盆地）地下水與油氣 3、研究?jī)?nèi)容 （1）含油氣區(qū)（盆地）地下水（油田水）的形成過(guò)程和賦 存條件 含油氣區(qū)（盆地）地

2、下水（油田水）的賦存條件 含水介質(zhì)（孔隙、裂隙和溶穴） 油田水的埋藏條件 含油氣區(qū)（盆地）地下水（油田水）的水化學(xué)特征 地下水（油田水）的物理性質(zhì)：溫度、密度、黏度等 地下水（油田水）的化學(xué)成分：常量組分、微量組分、同位素組成 地下水（油田水）化學(xué)成分的形成作用和形成機(jī)理：溶濾作用、 蒸發(fā)濃縮作用、混合作用、脫碳酸作用等,含油氣區(qū)（盆地）地下水（油田水）的水動(dòng)力環(huán)境和水動(dòng)力特征 地下水（油田水）的水動(dòng)力環(huán)境：靜水環(huán)境/動(dòng)水環(huán)境、常壓/超壓環(huán)境等 地下水（油田水）運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力：壓實(shí)作用、重力作用、構(gòu)造作用、超壓和熱力作用等 地下水（油田水）的運(yùn)動(dòng)特征：運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)距離等,（

3、2）地下水對(duì)油氣形成和分布的影響 地下水對(duì)油氣生成的影響 地下水化學(xué)成分對(duì)油氣生成的影響 地下水鹽度對(duì)油氣生成的影響 地下水對(duì)油氣運(yùn)移和聚集的影響 地下水對(duì)油氣運(yùn)移動(dòng)力的影響 地下水對(duì)油氣運(yùn)移方向和方式的影響 地下水對(duì)油氣運(yùn)移強(qiáng)度的影響 地下水對(duì)油氣聚集部位的影響 地下水對(duì)油氣聚集量的影響,地下水對(duì)油氣藏保存和破壞的影響 地下水對(duì)油氣的沖刷作用方式 地下水對(duì)油氣藏的沖刷強(qiáng)度 地下水對(duì)油氣藏的沖刷量 地下水對(duì)油氣儲(chǔ)集層物性的影響 地下水對(duì)成巖作用的影響 水巖相互作用與儲(chǔ)集層物性 水巖相互作用與次生孔隙的形成和分布,（3）地下水對(duì)油氣藏開(kāi)發(fā)的影響 地下水對(duì)油氣鉆探的影響 地下水的異常壓力與鉆前預(yù)測(cè)

4、 地下水鹽度和水化學(xué)成分與泥漿的配置 地下水對(duì)油氣開(kāi)采的影響 地下水動(dòng)力場(chǎng)與剩余油的分布 注入水的運(yùn)移與驅(qū)油效果和剩余油的分布 注入水地下水儲(chǔ)層的相互作用對(duì)儲(chǔ)層物 性的影響,1、油田水文地質(zhì)學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)與石油地質(zhì)學(xué)的交叉學(xué)科， 是利用水文地質(zhì)學(xué)基本原理解決石油地質(zhì)學(xué)方面的問(wèn)題。 2、油田水文地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一部分，與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦物 學(xué)、沉積巖石學(xué)與巖相古地理等學(xué)科關(guān)系密切。 盆地構(gòu)造和演化控制著地下水的形成與分布 盆地的沉積與巖石性質(zhì)影響地下水的形成與分布 3、油田水文地質(zhì)學(xué)還與水力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、水文地球化 學(xué)、鉆井工程、采油工程、測(cè)井等學(xué)科有一定的聯(lián)系。,二、油田水文地質(zhì)學(xué)與其它學(xué)科

5、的關(guān)系,三、油田水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展概況,1、油田水文地質(zhì)學(xué)科萌芽和形成時(shí)期（20世紀(jì)初20世紀(jì)50年代） （1）Munn(1909)、 Rich（1923）利用實(shí)驗(yàn)研究流動(dòng)的水對(duì)石油在地層分布影響，提出了石油運(yùn)移的水力說(shuō) （2）Illing(1923)研究水和石油通過(guò)粗細(xì)交替砂層的滲流機(jī)理 （3）前蘇聯(lián)從20世紀(jì)30年代開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)油田水的系統(tǒng)研究，1935年蘇林編著了蘇聯(lián)油田水一書(shū)，后來(lái)（40年代）相繼完成了天然水系中的油田水、油田水文地質(zhì)學(xué)，建立了油田水文地質(zhì)學(xué)科,（4）M.K.Hubbert（1940，1953）提出了地下流體勢(shì)的概 念，建立了相應(yīng)的計(jì)算公式，并根據(jù)流體勢(shì)分布判斷 油、氣、

6、水的運(yùn)動(dòng)方向，解釋油氣運(yùn)移、聚集問(wèn)題， 從而把地下流體運(yùn)移的研究建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上； （5）蘇哈列夫?qū)η疤K聯(lián)含油氣區(qū)的地下水進(jìn)行了大量研究， 50年代先后出版了油礦水文地質(zhì)學(xué)（1955）， 水文地質(zhì)與油氣田水（1959）； （6）國(guó)內(nèi)在石油地質(zhì)專(zhuān)業(yè)開(kāi)始設(shè)立油田水文地質(zhì)學(xué)必 修課程，但教材采用前蘇聯(lián)的教材，各油田礦區(qū)相繼 建立了油田水化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室?guī)赘鞣N油田水文地質(zhì)研 究機(jī)構(gòu)。,2、油田水文地質(zhì)學(xué)科發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)60年代20世紀(jì) 70年代） （1）國(guó)內(nèi)在參照前蘇聯(lián)教材的基礎(chǔ)上，北京石油學(xué)院石油地質(zhì)教研室劉方槐、李慈君（1961）編著了油氣田水文地質(zhì)學(xué)教材，對(duì)推動(dòng)我國(guó)油田水文地質(zhì)學(xué)的教學(xué)、科研

7、和生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的作用； （2）卡爾采夫1969年出版了古水文地質(zhì)學(xué)，提出了水文地質(zhì)旋回與水交替次數(shù)的概念，試圖將地下水交替作用定量化； （3）蘇哈列夫?qū)η疤K聯(lián)含油氣區(qū)的地下水進(jìn)行了大量研究，出版了油氣田水文地質(zhì)學(xué)（1979）； （4）A.G.Collins1975年出版了油田水地球化學(xué)，對(duì)油田水的地球化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了全面深入的分析，并在1980年出版的石油地質(zhì)學(xué)進(jìn)展（2）中，發(fā)表了“油田鹵水”一文，文中結(jié)合美國(guó)實(shí)例對(duì)古水化學(xué)分析方法進(jìn)行了探討；,（5）K.Magara等70年代研究了地下流體的異常壓力問(wèn)題，探討了壓實(shí)作用與地下流體的運(yùn)移等問(wèn)題； （6）J.Toth從70年代始，研究了沉積盆地

8、的重力流，并特別強(qiáng)調(diào)地下水的穿層流，以及與油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)系，建立了石油水文地質(zhì)學(xué)（Petroleum ）； （7）.（）提出將盆地演化劃分為幼年期、中年期和老年期，并探討了各個(gè)時(shí)期地下水的動(dòng)力學(xué)特征； （8）Berg(1975) 、Schowalter(1979)討論了油氣運(yùn)移和聚集過(guò)程中浮力、毛細(xì)管力和水動(dòng)力的關(guān)系； （9）Cordell(1977) 研究了各種圈閉油氣聚集過(guò)程中油、氣、水的運(yùn)移過(guò)程,3、油田水文地質(zhì)學(xué)科拓展和壯大時(shí)期（20世紀(jì)80年代至今） 年代以來(lái)，油田水文地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容不斷深入，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從研究含油氣區(qū)的地下水與油氣藏的形成與分布擴(kuò)展到含油氣盆地的流體動(dòng)力

9、學(xué)與油氣藏的形成與分布。 （1）前蘇聯(lián)學(xué)者卡普欽科（1983）出版了 油氣聚集理論的水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 一書(shū)，全面和系統(tǒng)地討論了地下水與油氣藏的形成和分布； （2）Dahlberg（1982）出版了 Applied hydrodynamics in petroleum exploration一書(shū)，將水動(dòng)力學(xué)的理論與方法應(yīng)用于油氣勘探，提出了UVZ法則，并在1995年再次出版了 Applied hydrodynamics in petroleum exploration 的第二版； （3） Cheery GarvenMark Person, Ge Shimin,（4）TothBachu （5）C.B

10、ethke （6） Ortoleva （7）Hanor （8）I.Lerche and R.O.Thomsen(1994), Hydrodynamics of Oil and Gas （9）國(guó)內(nèi)先后出版了劉方槐等（1991）、邸世祥等（1991）和楊緒充（1993）三本油田水文地質(zhì)學(xué)，楊緒充（1993）還出版了含油氣區(qū)地下溫壓環(huán)境，劉崇禧等（1988）出版了水文地球化學(xué)找油理論與方法,四、油田水文地質(zhì)學(xué)的研究意義,1、在油氣勘探中的意義 （1）通過(guò)研究油氣田的地下水動(dòng)力特征，了解油氣的運(yùn)移和聚集特征，以及油氣的保存和破壞情況，指導(dǎo)油氣勘探； （2）通過(guò)研究油氣田的地下水化學(xué)特征，一方面有助于認(rèn)

11、識(shí)地下水動(dòng)力特征，另一方面有助于了解水巖相互作用特征，從而有效地進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，此外，還有助于應(yīng)用水文地球化學(xué)探礦法（化探）尋找油氣，進(jìn)行油氣遠(yuǎn)景評(píng)價(jià),2、在油氣井鉆探中的意義 通過(guò)了解含水層的埋藏深度、壓力大小、水的物理化學(xué)特征，才能有效地保證油氣井的正常鉆進(jìn)。高壓含水層對(duì)鉆井影響很大，往往會(huì)引起井噴，影響進(jìn)尺，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使得整個(gè)井報(bào)廢。,3、在油氣開(kāi)發(fā)中的意義 （1）通過(guò)了解油氣與地下水的水力聯(lián)系，了解地下水的運(yùn)動(dòng)特征，才能制定出更合理的水驅(qū)油、聚合物驅(qū)油等開(kāi)采方案； （2）了解注入水的配伍性，研究注入水與儲(chǔ)層介質(zhì)的相互作用機(jī)制，防止某些礦物發(fā)生沉淀，以破壞原生孔隙結(jié)構(gòu)，給油氣開(kāi)采造成很大困

12、難； （3）在油氣開(kāi)采時(shí)，了解侵入水的來(lái)源，設(shè)計(jì)鹽水處理方案以及防止腐蝕等問(wèn)題，地下水化學(xué)成分、壓力和溫度等資料非常有用。,4、油氣田地下水的利用 （1）高礦化的油氣田地下水可提取有用礦物的工業(yè)原料。 如四川盆地、江漢盆地油田水中含有Li、I、Br、Ce、Rb等有用礦物的工業(yè)原料； （2）油田深部的地下水多為熱水，可用于生活、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等。,五、油田水文地質(zhì)學(xué)講授的主要內(nèi)容,第一部分：水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 地下水的賦存條件、運(yùn)動(dòng)特征和補(bǔ)給、徑流、排泄，以及地下水化學(xué)成分和形成作用 第二部分：含油氣區(qū)（盆地）地下水的基本特征與油氣運(yùn)聚 含油氣區(qū)（盆地）水文地質(zhì)條件、含油氣區(qū)（盆地）地下水的水化學(xué)特征及

13、其形成作用、含油氣區(qū)（盆地）地下水動(dòng)力特征與油氣成藏 第三部分：水文地質(zhì)在油氣勘探和開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 地下流體勢(shì)及其在油氣運(yùn)聚中的應(yīng)用（UVZ法則）、在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用、在油氣開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用,六、油田水文地質(zhì)學(xué)課程主要參考資料,1王大純、張人權(quán)等，水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，地質(zhì)出版社，1995 2劉方槐、顏婉蓀編，油氣田水文地質(zhì)原理，石油工業(yè)出版社，1991 3楊緒充編，油氣田水文地質(zhì)學(xué)，石油大學(xué)出版社，1993 4楊緒充著，含油氣區(qū)地下溫壓環(huán)境，石油大學(xué)出版社，1993 5邸世祥編，油田水文地質(zhì)學(xué)，西北大學(xué)出版社，1991,6卡普欽科著，賀忠林譯，油氣聚集理論的水文地質(zhì)基礎(chǔ)， 石油工業(yè)出版社，1991 7E

14、.C.戴爾勃格著，王學(xué)禮譯，石油勘探實(shí)用水動(dòng)力學(xué)， 石油工業(yè)出版社，1992 8劉崇禧，孫世雄編著，1988，水文地球化學(xué)找油理論與 方法，地質(zhì)出版社 9J.M.Verweij,1993,Hydrocarbon migration systems analysis, Developments in Petroleum Science,35, ELSEVIER 10高錫興編著，中國(guó)含油氣盆地油田水，石油工業(yè)出版 社，1994,11地質(zhì)學(xué)報(bào)、地質(zhì)論評(píng)、石油學(xué)報(bào)、沉積學(xué)報(bào)、地球科學(xué)、石油天然氣地質(zhì)、石油勘探與開(kāi)發(fā)、石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)等刊物有關(guān)地下水與油氣運(yùn)移和聚集方面的論文。 12“AAPG. Bulle

15、tin”, “Journal of Petroleum Geology”, “Journal of Petroleum Geoscience”, “Marine and Petroleum Geology”, “Journal of Geophysics”, “Journal of American Sciences”, “Applied Geochemistry”, “Basin Research”, “Journal of Geochemical Exploration” 等刊物有關(guān)地下水與油氣運(yùn)移和聚集方面的論文。,第一章 地下水的賦存和運(yùn)動(dòng),在地殼表層10余公里范圍內(nèi)，都或多或少地存在

16、著各種空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙），這為地下水的賦存提供了必要的空間條件。就廣義而言，地下水不僅存在于巖石的空隙之中，也可存在于巖石的骨架之中，因此地殼表層就好象是飽含著地下水的“海綿”。 在沉積盆地，就體積而言，沉積盆地中約20%是由地下水組成的（Hanor，1993），因此，地下水是盆地流體中數(shù)量最大，分布最廣，作用最大的一種流體，且其溫度、壓力和化學(xué)組成變化范圍很大，因此研究地下水的賦存、運(yùn)動(dòng)及化學(xué)組成是研究盆地流體（包括油氣）運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。,第一節(jié) 地下水的賦存形式,一、地下水的存在形式,1、重力水（自由水）：在重力作用下能自由運(yùn)動(dòng)的地下水。它是一種重要的液態(tài)水，能充滿巖石中所有的大小孔

17、隙，并在地殼中自由運(yùn)動(dòng)。重力水能從泉眼中流出地面，也能從井孔中被抽出地面或自溢出地面，為極重要的供水水源。重力水能形成地下徑流，由補(bǔ)給區(qū)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)動(dòng)流向排泄區(qū)。重力水在地下運(yùn)動(dòng)時(shí)服從達(dá)西定律。,2、薄膜水（弱結(jié)合水）：在吸著水外圍以薄膜形式發(fā)展變厚的過(guò)程中形成的。它是由靜電引力或分子力支撐的，厚度可達(dá)幾百個(gè)水分子直徑。薄膜水不受重力的影響，也不傳遞壓力，但可以由薄膜較厚的地方向薄膜較薄的地方移動(dòng)，直到各處的薄膜厚度相等為止。,3、吸著水（吸附水、強(qiáng)結(jié)合水）：以單獨(dú)的水分子狀態(tài)包圍在巖石顆粒表面的水。這種水靠水分子對(duì)巖石的吸附力而停留在巖石的顆粒上，其吸附力常可高達(dá)101325MPa。因此停

18、留在巖石中的吸著水只能在將巖石加熱時(shí)才能被排出。吸著水不受重力作用的影響，密度大，在零下78度時(shí)不結(jié)冰，沒(méi)有溶解能力，不傳導(dǎo)靜水壓力，不導(dǎo)電。,4、氣態(tài)水：以水蒸氣的形式儲(chǔ)存在地下的水。它和大氣中所含的水蒸氣完全一樣，并和大氣中的水蒸氣相聯(lián)系。它的活動(dòng)性很大，可以隨著空氣一起在巖石空隙中運(yùn)動(dòng)。,5、固態(tài)水：巖石中溫度在零度以下的重力水，即以冰的形態(tài)出現(xiàn)的重力水，常分布在季節(jié)性或永久性?xún)鼋Y(jié)地區(qū)。,6、毛細(xì)水：存在于巖石毛細(xì)孔隙中或孔道狹窄部分的水。巖石中的細(xì)小孔隙如自然界的毛細(xì)管。水在其中能產(chǎn)生毛細(xì)運(yùn)動(dòng)。因此，在地下水面以上便形成了一個(gè)普遍的毛細(xì)上升帶。毛細(xì)上升現(xiàn)象是地下水對(duì)孔壁的吸附力和水的表

19、面張力二者與毛細(xì)管中水的重力產(chǎn)生平衡作用的結(jié)果。毛細(xì)水能夠傳遞靜水壓力，具有溶解能力，其性質(zhì)近似普通水。在多孔介質(zhì)中毛細(xì)水的運(yùn)動(dòng)不服從達(dá)西定律，而受毛細(xì)管力的控制。,7、巖石骨架中的水：指保存于礦物結(jié)晶格架中，已成為礦物組成部分的水。 （1）結(jié)晶水：當(dāng)?shù)V物中水的組成比例固定不變時(shí)稱(chēng)結(jié)晶水，如石膏（CASO4.2H2O）等礦物中的水。 （2）當(dāng)所含水的比例可變且較易脫出時(shí)稱(chēng)沸石水，如蛋白石（SiO2.nH2O）、方沸石（NaAl2Si4O2.nH2O）等礦物中的水。 （3）一些水以（OH）或（H）的形式參與礦物組分，互相結(jié)合緊密，只有當(dāng)?shù)V物結(jié)構(gòu)破壞后，并加熱到400至500度時(shí)才能分離出來(lái)，這種

20、水稱(chēng)為結(jié)構(gòu)水，如水鋁石（AlO.OH）、白云母（K、H2Al2Si2O3）等礦物中的水。,二、包氣帶和飽水帶、含水層和隔水層,1、包氣帶和飽水帶 在地表以下一定深度處存在著地下水面。地下水面以上，稱(chēng)之為包氣帶（非飽和帶）；地下水面以下，稱(chēng)為飽水帶（飽和帶）。,自上而下包氣帶分為：土壤水帶、中間帶和毛細(xì)水帶,飽水帶巖石空隙全部為液態(tài)水充滿，既有自由水，又有結(jié)合水。由于飽水帶中的地下水連續(xù)分布，能夠傳遞靜水壓力，故在水頭差的作用下，可以發(fā)生連續(xù)運(yùn)動(dòng)。,2、含水層和隔水層 飽水帶巖層按其透過(guò)和給出水的能力，可劃分為含水層和隔水層。 （1）含水層是指能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。隔水層則是不能透過(guò)并

21、給出水，或透過(guò)和給出水的數(shù)量微不足道的巖層。 空隙細(xì)小的巖層（如泥巖層）含的幾乎都是結(jié)合水，結(jié)合水在平常條件下不能移動(dòng)，這類(lèi)巖層實(shí)際上起著阻隔水透過(guò)的作用，所以為隔水層。而空隙較大的巖層（如砂巖層），主要含有自由水，在水頭差作用下能夠透過(guò)和給出水，就構(gòu)成了含水層。,（2）應(yīng)當(dāng)注意的幾個(gè)問(wèn)題： 含水層與隔水層劃分的相對(duì)性 含水層和隔水層在一定條件下可 相互轉(zhuǎn)化 巖層的透水性往往具有各向異 性，很難用層來(lái)表示，用含水帶 可能更好。,根據(jù)地下水的埋藏條件和含水層的介質(zhì)類(lèi)型對(duì)地下水分類(lèi)。 地下水的埋藏條件：含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（弱透水層）限制的情況。據(jù)此可將地下水分為包氣帶水、潛水

22、和承壓水（層間水、地層水）。 按含水介質(zhì)（空隙）類(lèi)型，可將地下水分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。,三、地下水分類(lèi),表1 地下水分類(lèi)表,四、上層滯水和潛水,1、上層滯水,（1）當(dāng)包氣帶中存在局部隔水層時(shí)，在局部隔水層上積聚具有自由水面的自由水，這便是上層滯水。 （2）上層滯水最接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄或向隔水底板邊緣排泄。 （3）水量一般不大，動(dòng)態(tài)變化比較顯著，當(dāng)分布范圍較小而補(bǔ)給不很經(jīng)常時(shí)，不能終年保持有水，只在缺水地區(qū)才能成為供水水源。 （4）容易受到污染,2、潛水 （1）定義：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的含水層中的水稱(chēng)為潛水。,（2）埋藏特征：潛水沒(méi)有隔水頂板，或只有局部的隔

23、水頂板。潛水的表面為自由水面，稱(chēng)作潛水面；從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度。潛水面到地面的距離為潛水的埋藏深度。潛水含水層厚度與潛水面埋藏深度隨潛水面的升降而發(fā)生相應(yīng)的變化。,（3）補(bǔ)、徑、排特征： 在潛水的全部分布范圍都可以通過(guò)包氣帶接受大氣降水、地表水補(bǔ)給。 潛水在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方徑流。 潛水的排泄，除了流入其它含水層外，主要有兩種排泄方式，一類(lèi)為徑流排泄，即徑流到地形低洼處，以泉、泄流等形式向地表或地表水體排泄，另一類(lèi)為蒸發(fā)排泄，即通過(guò)土面蒸發(fā)或植物蒸騰的形式進(jìn)入大氣。,（4）潛水的動(dòng)態(tài)變化大，具明顯的季節(jié)變化特點(diǎn)。豐水季節(jié)或年份，潛水接受的補(bǔ)給量大于排泄

24、量，潛水面上升，含水層厚度增大，埋藏深度變小。干旱季節(jié)排泄量大于補(bǔ)給量，潛水面下降，含水層厚度減小，埋藏深度變大。 （5）潛水積極參與水循環(huán)，資源易于補(bǔ)充恢復(fù)，但受氣候影響，且含水層厚度一般比較有限，其資源通常缺乏多年調(diào)節(jié)性。 （6）潛水的水質(zhì)主要取決于氣候、地形和巖性條件。濕潤(rùn)氣候及地形切割強(qiáng)烈的地區(qū)，有利于潛水的徑流排泄，往往形成含鹽量不高的淡水。干旱氣候下由細(xì)粒組成的盆地平原，以蒸發(fā)排泄為主，常形成含鹽高的咸水。潛水容易受到污染。,（7）潛水位、潛水等水位線圖、潛水流向、潛水水力坡度,潛水的基本特點(diǎn)： 與大氣圈、地表水圈聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán) 根本原因： 埋藏特征位置淺且上面沒(méi)有連續(xù)的

25、隔水層,1、定義： 充滿于兩個(gè)隔水層之間的含水層中的水叫作層間水，亦稱(chēng)地層水、承壓水。,五、層間水（承壓水、地層水),承壓水,2、埋藏條件：層間水含水層上部的隔水層稱(chēng)作隔水頂板，或叫限制層。下部的隔水層叫做隔水底板。頂?shù)装逯g的距離為含水層厚度。,3、補(bǔ)給、徑流、排泄：層間水受隔水層的限制，與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系較弱。當(dāng)頂?shù)装甯羲阅芰己脮r(shí)，它主要通過(guò)含水層出露地表的補(bǔ)給區(qū)（這里的水實(shí)際上已轉(zhuǎn)為潛水）獲得補(bǔ)給，并通過(guò)范圍有限的排泄區(qū)排泄。當(dāng)頂?shù)装鍨榘敫羲畬訒r(shí)，它還可通過(guò)半隔水層，從上部或下部的含水層獲得補(bǔ)給，向上部或向下部含水層排泄。,越流補(bǔ)給,4、動(dòng)態(tài)特征：無(wú)論在哪一種情況下，層間水參與水

26、循環(huán)都不如潛水那樣積極。因此，氣候、水文因素的變化對(duì)層間水的影響較小，層間水動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定。 5、層間水在很大程度上和潛水一樣來(lái)源于現(xiàn)代滲入水（大氣降水、地表水的滲入）。但是，由于層間水的埋藏條件使其與外界的聯(lián)系受到限制，在一定條件下，在含水層中可以保留年代很古老的水，有時(shí)甚至保留沉積物沉積時(shí)的水（例如，在海相沉積物中保留下當(dāng)時(shí)的海水，在湖相沉積物中保留下當(dāng)時(shí)的湖水）。總的說(shuō)來(lái)，層間水資源不象潛水資源那樣容易補(bǔ)充、恢復(fù)，但由于其含水層厚度一般較大，往往具有良好的多年調(diào)節(jié)性能。,6、將某一層間含水層水頭相等的各點(diǎn)連線，即得等水頭線。在圖上根據(jù)鉆孔水頭資料繪出等水頭線，便得到等水頭線圖。和潛水等水頭

27、線一樣，根據(jù)層間水等水頭線可以確定層間水的流向和水力梯度。,（1）對(duì)于潛水，由等水頭線構(gòu)成的測(cè)勢(shì)面既表示地上水面，又代表含水層的頂面（即潛水面）。而層間水只有當(dāng)井孔穿透上覆隔水層達(dá)到含水層頂面時(shí)，才會(huì)在井孔中才會(huì)在井孔中出現(xiàn)。在水頭高度處并不存在實(shí)際的地下水面，由等水頭線構(gòu)成的測(cè)勢(shì)面是一個(gè)虛構(gòu)的面，鉆孔打至這個(gè)高度是取不到水的，必須打到含水層的頂面才能見(jiàn)水。因此等水頭線圖通常要附以含水層頂板等高線。,（2）僅僅根據(jù)等水頭線圖，無(wú)法判斷層間含水層和其它水體的補(bǔ)給關(guān)系。任一層間含水層接受其它水體的補(bǔ)給，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件，缺一不可： 第一，水體（地表水，潛水或其它層間含水層）的水頭必須高于此層間

28、含水層的水頭； 第二，水體與該含水層之間必須有聯(lián)系通道。 同樣，在排泄時(shí)也應(yīng)具備這兩個(gè)條件，只不過(guò)層間含水層的測(cè)壓水位必須高于其它水體的水頭罷了。層間含水層在地形適宜處露出地表時(shí)，可以泉或溢流形式排向地表或地表水體。也可以通過(guò)導(dǎo)水?dāng)嗔褞虻乇砘蚱渌畬优判埂．?dāng)層間含水層的頂?shù)装鍨榘敫羲畬訒r(shí)，只要有足夠的水頭差，也可以通過(guò)半隔水層與其上下的水體發(fā)生水力聯(lián)系。,7、在接受補(bǔ)給或進(jìn)行排泄時(shí)，層間含水層對(duì)水量增減的反應(yīng)與潛水含水層不同。 （1）潛水獲得補(bǔ)給時(shí)，隨著水量增加，潛水面抬高，含水層厚度加大；進(jìn)行排泄時(shí)，水量減少，潛水面下降，含水層厚度變薄。層間含水層則不同，由于隔水頂?shù)装宓南拗疲錆M于含

29、水層中，上覆巖層的壓力是由含水層骨架與含水層中的水共同承擔(dān)的。當(dāng)層間含水層接受補(bǔ)給時(shí)，水量增加，含水層骨架原來(lái)所承擔(dān)的一部分上覆層壓力轉(zhuǎn)移給水來(lái)承擔(dān)，從而導(dǎo)致層間水水頭增大。由此可見(jiàn)層間水在接受補(bǔ)給時(shí)主要表現(xiàn)為水頭上升，而含水層的厚度并無(wú)明顯改變。當(dāng)然，如果層間含水層的頂?shù)装鍨榘敫羲畬?，層間水水頭上升時(shí)，一部分水量可由含水層轉(zhuǎn)移到相鄰的半隔水層中去。,（2）因排泄而減少水量時(shí)，層間含水層的水頭會(huì)降低。水少承擔(dān)的那一部分壓力轉(zhuǎn)移給含水層骨架來(lái)承擔(dān)。這時(shí)當(dāng)頂?shù)装鍨榘敫羲畬訒r(shí)，還將有一部分水由半隔水層轉(zhuǎn)移到含水層中。 如果層間含水層的補(bǔ)給與排泄處于平衡狀態(tài)時(shí)，則其水頭將保持穩(wěn)定不變。,8、層間水的水

30、質(zhì)變化很大，從淡水到含鹽量很高的鹵水（含鹽量高于50g/l）都有。層間水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件愈好，參加水循環(huán)愈是積極，水質(zhì)就愈接近入滲的大氣降水及地表水，為含鹽量低的淡水。補(bǔ)給、徑流、排泄條件愈差，水循環(huán)愈是緩慢，水與含水巖層接觸時(shí)間愈長(zhǎng)，從巖層中溶解得到的鹽類(lèi)愈多，水的含鹽量就愈高。有的層間水含水層與外界幾乎不發(fā)生聯(lián)系，保留著經(jīng)過(guò)濃縮的古海水，其含鹽量可達(dá)到n100g/l。我國(guó)某些陸相含油氣盆地的深部層間水有時(shí)也具有這種高含鹽量特征。,8、層間水與潛水的轉(zhuǎn)化,六、地下水的補(bǔ)給、排泄和徑流,1、地下水的補(bǔ)給,含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的作用過(guò)程為補(bǔ)給。補(bǔ)給來(lái)源主要有大氣降水、地表水、凝結(jié)

31、水和其它含水層的水。 （1）大氣降水的補(bǔ)給 一般情況下，大氣降水入滲補(bǔ)給含水層的水量?jī)H占降水量的20%50%，其余的降水通過(guò)各種途徑耗失了。,（2）地表水的補(bǔ)給 河流與地下水的補(bǔ)給關(guān)系沿著河流縱斷面有所變化。,（3）凝結(jié)水的補(bǔ)給 在某些地方，水蒸氣的凝結(jié)對(duì)地下水的補(bǔ)給具有一定的意義。一般情況下，凝結(jié)形成的水相當(dāng)有限。 （4）其它補(bǔ)給形式 隔水層分布不穩(wěn)定時(shí)，在其缺失部位相鄰的含水層便通過(guò)“天窗”發(fā)生水力聯(lián)系。,切穿隔水層的導(dǎo)水?dāng)鄬油蔀閹r石含水層之間的聯(lián)系通路 含水層之間的另一種聯(lián)系方式是越流,2、地下水的排泄 含水層失去水量的作用過(guò)程稱(chēng)為排泄。 地下水通過(guò)泉（點(diǎn)狀排泄）、向河流泄流（線狀排

32、泄）及蒸發(fā)（面狀排泄）等形式向外界排泄。此外，一個(gè)含水層的水可向另一個(gè)含水層排泄。此時(shí)，對(duì)后者來(lái)說(shuō)，即是從前者獲得補(bǔ)給。,（1）泉 泉是地下水的天然露頭，在地形面與含水層或含水通道相交點(diǎn)地下水出露成泉。山區(qū)及丘陵的溝谷與坡腳?？梢?jiàn)泉，而在平原地區(qū)很少有。 根據(jù)補(bǔ)給泉的含水層的性質(zhì)，可將泉分為上升泉及下降泉兩大類(lèi)。上升泉由層間含水層補(bǔ)給，下降泉由潛水或上層滯水補(bǔ)給。 根據(jù)出露原因，下降泉可分為侵蝕泉、接觸泉與溢出泉。,（2）泄流 地下水有進(jìn)也集中排泄于河流、湖底及海底，這類(lèi)水下泉與一般的區(qū)另是出露于水下而不在地面。在更多的情況下，地下水是分散排入地表水體中。當(dāng)河流切割含水層時(shí)，地下水便沿河呈線狀

33、排泄。 （3）蒸發(fā) 地下水的蒸發(fā)排泄包括地面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā)兩種情況。 1）地面蒸發(fā) 地下水沿毛細(xì)孔隙上升，在潛水面之上形成一個(gè)毛細(xì)水帶。當(dāng)潛水埋藏不深，毛細(xì)水帶離地面較近，大氣相對(duì)溫度較低時(shí)，毛細(xì)彎液面上的水不斷由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，逸入大氣。潛水則源源不斷地通過(guò)毛細(xì)作用上升補(bǔ)給，使蒸發(fā)不斷進(jìn)行。 2）葉面蒸發(fā) 植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，經(jīng)由根系吸收水分，并通過(guò)葉面蒸發(fā)逸失。葉面蒸發(fā)也叫蒸騰。,3、地下水徑流 在地球重力作用下地下水由補(bǔ)給 區(qū)流向排泄區(qū)的作用過(guò)程稱(chēng)為徑流。許多沉積盆地的地下水經(jīng)常處于不斷的徑流之中，徑流是連結(jié)補(bǔ)給與排泄的中間環(huán)節(jié)。它實(shí)際上是一種地下水重力流。,地下水的排泄區(qū)總是分布在地形相對(duì)

34、較低下的地方，因此，從總體上說(shuō)，地下水的徑流受地形的控制，由高處流向低處。 不同的地質(zhì)及氣候條件會(huì)影響地下水徑流的強(qiáng)度與水質(zhì)。例如，淺部侵蝕基準(zhǔn)面以上徑流最為強(qiáng)烈，水的礦化底很低；向深部，隨著循環(huán)途徑增長(zhǎng)，徑流變?nèi)?，礦化度增大。,干旱地區(qū)細(xì)土堆積平面的潛水，為典型的滲入-蒸發(fā)型循環(huán)。水分及鹽分輸送到排泄區(qū)后，水分蒸發(fā)耗失，鹽分就地積聚。長(zhǎng)期循環(huán)的結(jié)果，使補(bǔ)給區(qū)的水土淡化脫鹽，排泄區(qū)的地下水咸化，土壤發(fā)生鹽漬化。,層間水均屬于滲入-徑流型循環(huán)。賦存水的地質(zhì)構(gòu)造規(guī)模愈小，后期的構(gòu)造與侵蝕破壞愈強(qiáng)烈，補(bǔ)給愈豐富，含水層透水性愈好，則徑流愈強(qiáng)烈，水的礦化度愈低。,第二節(jié) 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,1、滲流

35、與滲流場(chǎng) 地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為滲流(滲透).發(fā)生滲流的區(qū)域稱(chēng)為滲流場(chǎng)。由于受到介質(zhì)的阻滯，地下水的流動(dòng)遠(yuǎn)較地表水為緩慢。 2、層流與紊流 在巖層空隙中滲流時(shí)，水的質(zhì)點(diǎn)作有秩序的、互不混雜的流動(dòng)，稱(chēng)作層流運(yùn)動(dòng)。在具狹小空隙的巖石（如砂、裂隙不很寬大的基巖）中流動(dòng)時(shí)，重力水受介質(zhì)的吸引力較大，水的質(zhì)點(diǎn)排列較有秩序，故均作層流運(yùn)動(dòng)。水的質(zhì)點(diǎn)無(wú)秩序地、互相混雜的流動(dòng)，稱(chēng)為紊流運(yùn)動(dòng)。在寬大的空隙中（大的溶穴、寬大裂隙），水的流速較大時(shí)，容易呈紊流運(yùn)動(dòng)。,一、基本概念,3、穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流 水在滲流場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素（水位、流速、流向等）不隨時(shí)間改變時(shí)，稱(chēng)作穩(wěn)定流。運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間變化的水流運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)作非穩(wěn)定流。 嚴(yán)格地講，自然界中地下水都屬于非穩(wěn)定流。但是，為了便于分析和運(yùn)算，也可以將某些運(yùn)動(dòng)要素變化微小的滲流，近似地看作穩(wěn)定流。,1、達(dá)西定律 1856年，法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西（H.Darcy）通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，得到線性滲透定律。 實(shí)驗(yàn)是在裝有砂的圓筒中進(jìn)行的（圖4-1）。水由筒的上端加入，流經(jīng)砂柱，由下端流出。上游用溢水設(shè)備控制水位，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水頭始終保持不變。在圓筒的上下端各設(shè)一根測(cè)壓管，分別測(cè)定上下兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝娴乃^。下端出口處設(shè)管嘴以測(cè)定流量。,二、重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,根據(jù)實(shí)驗(yàn)