深层水化学形成演化的主要作用和方向
中国地质科学院水文地质环境地质研究所是全国唯一专门从事水文地质、工程地质、环境地质研究的国家公益性科研机构，是全国水文地质调查和地下水资源评价的科技支撑单位和技术发展核心，是全国水文地质环境地质专业编图中心。
重点研究和解决国民经济建设中带普遍性、关键性、战略性、公益性和区域性的水工环基础理论和技术问题，在区域水循环、水文地球化学、同位素水文地质、黄土与全球变化、农业地质、城市地质、地下水微生态学等分支学科和专业编图方面做出了开创性贡献，为国土资源开发、整治、保护和合理利用提供了科学依据。
现有在职职工263人，包括中国科学院院士兼中国工程院院士1人、中国工程院院士1人、博士生导师6人、高级技术职称84人。
2008年，经济实力进一步增强，经济总量首次突破1亿元，达到10320.59万元，比上年增长8%；全年各类项目经费达到4160万元，比上年增长12%；总资产达到12436.11万元，比上年增长11.38%。
2008年，全所科研人员在各种科技期刊和学术会议上共发表论文100余篇。其中，SCI、EI检索论文7篇，ISTP检索论文4篇，核心期刊论文84篇，出版专著2部。参与获得国土资源科学技术奖一等奖1项，获河北省自然科学技术奖二等奖1项。
副所长张发旺研究员
所长、党委副书记石建省研究员
2008年重要科技成果
采煤塌陷区土壤养分循环及对生态环境的影响研究：属国家自然科学基金项目，负责人张发旺研究员。以神府—东胜矿区为例，深入研究采煤塌陷区土壤养分循环变化规律以及土壤养分循环变化对当地生态环境的影响，为定量分析采煤塌陷对土壤养分流失的影响程度，准确评价及合理开发矿区土地资源，实现矿区复垦和生态环境再建等提供基础理论依据。
贵州乌江流域岩溶地下水系统与生态水文地质研究：属面上基金项目，负责人中国工程院院士卢耀如研究员。从雨季及旱季的地表与地下常规水质、有机物成分对比，以及土壤中成分与有机质的对比上，分析研究水—土，水—岩作用的化学与机械作用，研究水系统的生态特征；另一方面通过温控溶蚀试验，探索库水、地下水对可溶岩的不同温度溶蚀作用与有关库水—地下水的生态特征。揭示了人类蓄水对生态水文地质的显著影响，以及人工化肥与污染对石漠化与生态特性的影响。
卢耀如院士（右一）在毕节鸭池镇取土壤水样
大柳塔双沟塌陷区150cm以上深度土壤含水量动态变化图
压力溶蚀实验装置
碳酸—硫酸盐岩建造中复合岩溶发育的微生物作用机理研究：属面上基金项目，负责人张凤娥研究员。以微生物作用下的硫循环为线索，采用室内模拟试验、地球化学模型和质量平衡反应模型等手段，研究了硫酸盐还原菌对硫酸盐岩岩溶发育的影响机制、硫酸盐还原产物氧化形成的硫酸对碳酸盐岩的侵蚀性、如何识别微生物引起的与硫有关的氧化—还原作用，以稳定硫同位素的分馏程度，以及硫酸溶蚀碳酸盐岩后的蚀变矿物来识别硫酸盐还原菌和硫氧化菌在复合岩溶发育中的作用。
硫酸盐岩中分离的硫酸盐还原菌的扫描电镜照片
（a培养温度35℃；b、c、d培养温度均为50℃。均放大18000倍）
中国地质科学院年报.2008
川西坳陷上三叠统深层水形成演化和聚气成藏的古水文地质论证：属面上基金项目，负责人汪珊研究员。以川西坳陷为研究靶区，上三叠统深层水渗流场、化学场形成演化研究为主线，论证了含水系统、水文地质期的划分和定位；依据深层水现代化学与初始化学的平衡差异，论证了上三叠统深层水在地史过程中一直向浓缩盐化、正向变质的地球化学方向演化，概括了深层水形成演化规律性和成因类型的演化模式。从地质构造、水文地质、生气储气能力，以及油气生成期、运聚期和圈闭期在时空上的匹配关系，提出了评价预测聚气成藏的有利地段。
全国主要城市环境地质调查评价：属中国地质调查计划项目，负责人刘长礼研究员。该项目取得重大进展，科技成果入选中国地质学会2008年度十大地质科技成果。项目完成了15省（区）177个地级以上城市环境地质调查评价，为146个城市建立了地质环境数据库，为177个城市的规划、建设、管理及汶川灾区灾后重建提供了地质依据。这些成果被许多城市用于城市规划、后备水源地论证、垃圾场地选择、地质灾害防治等工作，产生了巨大的经济社会效益。
（中国地图出版社，1992年）
（中国地图出版社，2004年）
川西坳陷T3X2泥岩压实水水头形成演化系列图
华北平原东部浅层地下水开发利用示范：属中国地质调查项目，负责人刘少玉研究员。项目系统总结了国内外浅层地下水开发利用情况与经验，研究了工作区浅层地下水分布规律，建立了联通示范井，使弱含水层井出水量成倍增加；在大面积浅层咸水区，解决了抽咸换淡水土改良的疑难问题；使傍河区实现了浅层水和洪水以及河水的循环巧用，项目成果对浅层地下水开发利用方面具有广泛的推广价值。
全国地热资源现状评价与区划：属中国地质调查项目，负责人王贵玲研究员。项目完成了《全国地热资源现状评价与区划》技术要求和《浅层地热能勘查开发技术规范》的编制；根据平均布井法评价沉积盆地传导型地热资源可开采资源的评价体系；开展了全国地热资源现状评价与区划编图技术要求的编制；完善了地热资源现状评价和区划信息系统；分析了我国地热资源开发利用现状，提出地热资源可持续开发利用和保护的建议。
专家组检查项目的天津示范井建设情况
中国地质科学院年报.2008
华北平原地下水污染调查评价：属中国地质调查计划项目，负责人张兆吉研究员。通过野外调查对华北平原地下水污染有了初步认识，研制和制定了地下水采样方法，编制了《地下水污染调查采样技术要求》和《地下水污染调查综合研究技术要求》，进行了华北平原地下水水源地评价，初步建立了地下水污染数据库系统，建立和实施了有机分析实验室质量监控，进行了污灌区水土污染自然衰减研究以及石油类污染场地调查与评价。
亚洲地下水资源与环境地质编图：属中国地质调查项目，负责人张发旺研究员。通过对世界的地下水资源图和欧洲、澳大利亚、美国等相关图件成果分析研究，完成亚洲地下水资源与环境地质数据库框架，研发亚洲地下水资源与环境管理信息系统和空间数据浏览系统。对湄公河流域地下水资源与环境地质编图进行了专题研究，完成样板区编图。
中国地质科学院年报.2008
野外采样试验研究
工作人员现场取样
地球上的水到底是哪里来的？
前已论述平湖组深层水在地史过程中经历了沉积作用、淋滤作用、沉压埋藏作用、埋藏-淋滤作用、二次沉压埋藏作用五个水文地质期，而花港组和龙井组深层水均经历了期的始末时间以及持续时间不尽相同的沉积作用、沉压埋藏作用、埋藏-淋滤作用、二次沉压埋藏作用四个水文地质期。鉴于平湖组与花港组、龙井组经历的“期”及其组成的期序不同，将龙井组、花港组归并为第一类;平湖组自成为第二类。以下分别沿着经历的期序展开论述。
表6-10 各研究层沉积水初始化学与其现代化学的对比
1.第一类水化学在地史过程中形成演化的主要作用和方向
(1)沉积作用水文地质期:陆相湖、冲积成因的花港组、龙井组在沉积作用水文地质期生成的同生沉积水初始化学与其蓄水盆地的地表水化学是相同的。蓄水盆地地表水与沉积物中水的循环交替活跃，可将其谓之类开型水文地质构造系统。但当其上覆沉积物持续沉积和不断加厚时，与地表水的水力联系强度渐趋减弱，氧化还原电位持续地降低，温度和压力持续地增高，沉积物在上覆层增高压力作用下发生初始压实作用，导致压实水释放，伴随着孔隙度减小和厚度减薄。在沉积作用水文地质期，沉积物及其初始化学发生变化的主体作用是:其一，脱硫酸盐生物化学还原作用，由于氧化还原电位降低和生物腐烂作用的叠加更增强了还原性强度，作用结果导致水中含氧络阴离子(SO42－)、变价的高价态组分减少，大气成因气体(尤其是氧气)不断消耗，而反应产物HCO3－和可溶性大的稳定性组分在水中聚集，沉积物中次生的黄铁矿、碳酸盐矿物发育。其二，沉积物在沉积作用过程中赖以其自身重量的负载，诱发沉积物早期压实固结作用，导致泥质沉积物中的水向砂质沉积物中垂向运移，而砂质沉积物透水层中的水朝向周围压降方向流动，其中一部分水向上方流动，返回蓄水盆地参与地表水循环。
在沉积作用水文地质期发生的上述作用的结果，沉积物的物性和水的初始化学特性不会产生本质的变化。
(2)初始化学破坏性变化的后续水文地质期:花港组、龙井组同生沉积成因水生成后，进入沉压埋藏作用水文地质期。在中新世末发生的龙井运动使凹陷抬升为陆，上中新统柳浪组裸露地表遭受剥蚀、侵蚀和淋滤水的入渗侵入作用。鉴于龙井组和花港组依次被上覆中中新统玉泉组和柳浪组以超覆、披盖形式沉积覆盖，深埋于地下，均未直接遭受淋滤作用，故将龙井组、花港组和平湖组均定位于经历了埋藏-淋滤作用并存的水文地质期，但淋滤水仅能沿凹陷西、北边界断裂入渗补给地下，对龙井组的影响范围是局部的，作用强度也是很弱的，对其下伏的花港组和平湖组的影响更小，在凹陷广大范围内以离心型流动为主要特征，故谓其类闭型水文地质构造系统。因此，可将各研究层同生沉积水化学形成后经历的后续3个水文地质期，视为处在一个持续发展的沉压埋藏状态的过程，但须指出，花港组与龙井组的初始化学是不同的，水文地质期的起始时间和持续时间也是不尽相同的。
花港组、龙井组随着其上覆新沉积层持续地沉积，伴随着承受的地静(岩静)压力和地温均持续地呈增高变化，沉积层的封闭性持续地呈增强变化，氧化还原电位持续地呈降值变化，导致花港组、龙井组沉积层水的初始化学后生破坏作用的强度愈来愈增大，以及与其相关的水动力环境发生破坏性变化，持续地朝向其深层水现代水化学、水动力的特征方向演化。
初始化学变质的主要作用和特点是:
在水动力方面，前已研究表明花港组、龙井组沉积层在闭型水文地质构造系统的沉压埋藏状态期间，各自以内循环型压挤式沉积水交替为主要动力特征。两者随着地史的进程，其上覆层持续地增厚及其伴生持续地增高的地静压力引发其压实、固结和成岩作用，恢复计算泥岩的压实水水头和压实水量、砂岩的水容量以及压挤式沉积水交替强度均持续地呈降值变化。花港组、龙井组沉积体系砂岩透水层水的层状压力随着地史进程持续地呈增值变化，形成的离心型流动速率通常在层状压力较快变化的地段增大，在较慢变化的地段减小，甚至出现滞流状态。
在水化学方面，应以水岩之间发生的主要作用以及诱发水化学变质的特点、方向展开讨论。
一是溶滤作用。同生沉积水与围岩长期接触势必发生溶滤作用，从岩石中依次溶解的是氯化钠、硫酸盐、碳酸盐矿物，最后是铝硅酸盐矿物的不全等溶解。鉴于研究层主要由铝硅酸盐矿物组成的砂泥岩，铝硅酸盐矿物在成岩作用阶段的破坏性改造需要一定数量的水参与化学反应，其溶解特点在于生成的次生矿物溶解度低于其原始矿物的溶解度，这就决定了水对原始矿物的溶解是不饱和的。因此，它在地质历史过程中可持续地发生溶解。例如，砂岩架状铝硅酸盐、钠长石、钙长石的溶解是一种普遍的现象，如溶蚀坑、溶蚀沟、蜂窝状溶蚀坑;长石溶蚀残骸;砂岩呈伸长状孔隙;砂岩开放性次生溶孔和铸模孔隙发育，孔隙喉道通畅，多见板状喉道(图版Ⅰ-1～6，Ⅱ-7～12，Ⅲ-13)。石英的溶解和硅化也很普遍，如石英颗粒表面溶蚀、石英颗粒溶蚀洞，溶蚀裂隙发育，不规则状的溶蚀孔隙是石英颗粒之间常见的次生孔隙类型，石英溶蚀后形成的蜂巢状和港湾状，颗粒边缘溶蚀现象清晰(图版Ⅲ-14～16)，砂岩孔隙度最高可达30%以上，主要是骨架颗粒溶解后形成的。沉积物中硅化现象也很普遍，如断面上、表面上和溶蚀坑中的硅质沉淀物;石英颗粒的次生加大边异常发育，加大边无任何冲击和磨蚀的痕迹(图版Ⅲ-17～18，Ⅳ-19～24)。又如碳酸盐和硫酸盐胶结物的溶解和沉析也进行得十分活跃，经溶解后在孔壁和孔隙中出现残留物，形成形态不规则的直径可达0.5mm以上次生孔隙;结晶和泥晶方解石、白云石、菱铁矿溶蚀后形成超大孔隙，碳酸盐出现溶解、沉淀、再溶解、再沉淀的过程，形成多期碳酸盐溶孔(图版Ⅴ-25～30，Ⅵ-31～36)。
就上述溶解作用而论，固相转入液相的主要是碱、碱土金属阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+以及Si4+、Fe等，阴离子主要是Cl－、SO42－以及HCO3－、CO32－，但Ca2+、Mg2+、Si4+、Fe和HCO3－、CO32－、SO42－在水中均呈不稳定态，当其达到溶度积又可生成次生矿物或胶结物，作用结果又可改变水中化学组分的构成，但对水的盐度增幅不会很大;沉积层中可溶盐向水中释放的盐量究竟有多大未加以论述。
为佐证各研究层岩石在沉压埋藏阶段向水中转移盐分的数量，开展了热提取液的水岩作用的模拟实验研究。实验条件:取砂、泥岩试样共14件，每件重量为270g，试样粉碎成100目，无菌的蒸馏水为试液，固液重量比为1∶1，将固液试样投入水岩反应器中加盖封闭，放入恒温箱中温度控制在80～90℃，水岩作用时间为30天，试验终止时发现反应器中试液均呈乳白色，用电渗法去除试液中的乳白色凝絮状胶体，经过滤后送往化验室测定。
热提取液化学成分测试资料反映了各研究层岩石在研究时期末经溶滤作用向水中排放的盐类物质的数量。表6-11反映了各研究层水化学信息的地质意义有:
表6-11 各研究层岩石热水提取液化学参数值
其一，从各研究层岩石提取液的化学参数值上看，龙井组的TDS为613.65mg/L，阴离子含量依次为HCO3－(含CO32－)>Cl－>SO42－，阳离子含量依次为Na+>K+>Ca2+>Mg2+;HCO3－(含CO32－)含量高于Cl－+SO42－含量的3.24倍。花港组的TDS为1196.68mg/L;阴离子含量依次为Cl－>HCO3－(CO32－)>SO42－，阳离子含量排列顺序与龙井组的相同，Cl－含量高于SO42－+HCO3－(含CO32－)含量的2.3倍。平湖组的TDS为739.79mg/L;阴离子含量依次为HCO3－(含CO32－)>Cl－>SO42－，阳离子含量排列顺序与龙井组、花港组的相同;HCO3－(含CO32－)含量高于SO42－+Cl－含量的7.48倍。由此可见，花港组的HCO3－、CO32－含量比龙井组、平湖组的低，其他参数含量均比龙井组、平湖组的高;龙井组的除SO42－含量比平湖组的高外，其他参数均比平湖组的低。
其二，从各研究层岩石在研究时期末发生溶滤作用阶段上看，各研究层组成TDS的阴离子含量的显著差别表明，花港组岩石处在氯化物溶滤阶段，平湖组和龙井组岩石已进入碳酸盐溶滤阶段。
其三，从各研究层岩石在研究时期末溶出的均值盐量上看，各研究层初始化学除平湖组沉积末发生玉泉运动将凹陷抬升为陆，平湖组初始化学经历了淋滤作用的破坏性改造，朝向HCO3-Ca型淡水方向演化。之后平湖组与陆相沉积的龙井组、花港组的初始化学共同经历了以沉压埋藏作用为主的后续三个水文地质期。通过各研究层岩石在该研究时期末转入水中的均值盐量，评估各研究层的初始化学矿化作用强度具有合理性和可操作性。其计算过程如下:
一是水提取液化学测试资料计算结果表明:龙井组、花港组和平湖组岩石溶出的均值盐量依次为0.631g/L、1.196g/L和0.739g/L。不言而喻，各研究层岩石溶出的均值盐量是由相应研究层的270g岩石提供的。
二是实验研究设定的固液重量比为1∶1，即岩石重量和水的重量是相等的。但上述计算的一升水中的均值盐量与实验设定的条件是不符合的，应以水、岩各为1kg重量相等条件计算岩石溶出的均值盐量。据此，龙井组1kg岩石溶出的均值盐量=(1000×0.631)/270=2.34g。同理可求得花港组、平湖组岩石溶出的均值盐量依次为4.42g、2.73g。
三是在天然条件下，1000g的岩石中含水量很小，假定岩石密度为2.5g/cm3，水的密度为1g/cm3，孔隙度为20%，可求得1000g岩石中水的重量=1000/2.5×0.2×1=80g，即1000g岩石溶出的均值盐量均进入80g水中，则龙井组1000g水中进入的均值盐量=1000×2.34/80=29.25g。同理可求得花港组、平湖组各1000g水中进入的均值盐量依次为55.25g和34.10g。
根据上述互为关联的三个层面计算的均值盐量表明，各研究层岩石在沉压埋藏作用时期溶出的均值盐量顺序依次是花港组>平湖组>龙井组，且各研究层岩石溶出的均值盐量与相应研究层深层水现代TDS的高值十分相近或略有偏大，花港组岩石的偏大较为明显。各研究层岩石在沉压埋藏作用时期溶出的均值盐量足可推动和导致其初始化学浓缩盐化，持续地演化成为与其深层水现代TDS值相接，提供了定量评价各研究层初始化学盐化程度的佐证。
但须指出，水提取液的水岩作用模拟实验无论在时空规模还是组成的物质结构体系与天然状态发生的溶滤作用存在本质的区别。因为任何一种地质模拟试验，在受到类似原因的作用下产生的现象的相似性，但不一定程度相同，而相同或相近的相似现象的不同方面的相似程度也不一定相同。从本质上讲，模拟试验的效用均要受到一定的限制，但并不否定其在研究工作中所起到的作用。
二是热地球化学作用。龙井组、花港组(平湖组)埋藏深度持续地增大的闭型水文地质构造系统中发生热地球化学作用是普遍存在的规律。温度持续地增高不仅加快了固相中可溶岩溶滤作用速率，加快转入液相，而且地下蒸发作用导致水的浓缩盐化。
三是铝硅酸盐溶解与水解作用。碳酸盐和铝硅酸盐的破坏性改造均需要一定数量的水参与化学反应。对水而言发生了水解作用。水解作用始于水分子的离解，生成H+和OH－，H+被铝硅酸盐破坏作用生成的次生粘土矿物结合固定，而次生粘土矿物的溶解度低于其原始铝硅酸盐矿物的溶解度，新的水分子又可离解。当被粘土矿物固定了一个H+，即水分子失去了一个H+，而另一个H+仍与氧结合组成OH－，而OH－与CO2作用形成HCO3－，当水中达到碳酸盐饱和时，则HCO3－又离解为H+、CO32－，使第二个H+与O分离，而氧被碳酸盐结合固定，H+又可参与水解反应被粘土矿物结合固定。水的离解可如此进行下去，一方面导致铝硅酸盐及其矿物的溶解，另一方面导致次生粘土矿物和碳酸盐的形成。水与铝硅酸盐相互作用水分子发生化学分解，并以离子形式与次生产物结合。蒙脱石、水云母在其形成过程中要分解10%～20%(重量)的水，使大部分水呈结合状态;粘土矿物形成时被分解、结合的水不少于15%～30%。由此可见，各研究层主要是由铝硅酸盐组成的砂泥岩，在成岩过程中铝硅酸盐的溶解和碳酸盐的沉析可消耗相当数量的水，是导致水盐化的原因之一。
四是有机物的变质作用。各研究层中存在的煤层和富含有机物的暗色泥岩。有机物经改造后分解为简单的化合物有CO2、烃类、硫矿物、盐类和水。在沉压埋藏作用的闭型水文地质构造系统内，有机物主要发生无氧的生物氧化，有机物变质作用改变水化学的主要过程是:有机物变质作用产生的CO2，可加剧和促使水对铝硅酸盐及其长石类矿物的不全等溶解和碳酸盐的沉析作用。当气态烃和有机物抢夺SO42－中的氧，并将它作为养料的脱硫细菌存在时，SO42－的还原作用才能发生。在存在石油、沥青和碳氢化合物等的地质体内作用进行得十分活跃，其作用反应式是:
SO42－+2C+H2O→H2S+HCO3－
RSO4+CH4→H2S+RCO3+H2O
在温度100～150℃、压力100atm时，甲烷同硫酸盐相互作用生成反应产物硫化氢;当温度300～500℃时，硫酸盐可完全被还原(实验所证实)。硫酸盐生成的H2S，又可还原为更稳定的还原硫化合物黄铁矿，其作用反应式是:
盆地深层水形成演化与油气运聚的模拟重溯
因此，在沉积层中普见发育的黄铁矿(图版Ⅵ-34～35)。
随着水中硫酸盐的还原及其浓度的降低，导致水中硫体系平衡的破坏，则沉积层内硫酸盐又可转入液相。硫酸盐的溶解进入液相和还原作用是个连续的化学反应过程，导致在沉积物中黄铁矿的生成和水中SO42－浓度的变化，由于其作用产物HCO3－、CO2的增高，当碳酸盐达到饱和时，则发生钙、镁碳酸盐的沉析作用。发现沉积层内菱铁矿(FeCO3)亦异常发育(图版Ⅵ-36)。菱铁矿是一种富铁的碳酸盐，通常不能从水介质中直接沉淀生成，因为其稳定场只限于较强的还原环境和中性至碱性环境，在氧化环境，Fe2+氧化为Fe3+，生成Fe(OH)2、Fe(OH)3，不可能生成FeCO3。沉积体系中菱铁矿的生成可能是通过下述两个途径:
其一，当碳酸钙析出初期尚无固结，则可发生水中的Fe2+取代固相中Ca2+，其作用反应式是:
CaCO3+Fe2+→FeCO3+Ca2+
该反应方程取决于平衡常数K，经计算K>150，即当Ca2+/Fe2+>150时，反应即可进行。使Fe2+呈稳定态，Fe3+被还原为Fe2+，因此置换反应是菱铁矿生成的途径。
其二，在碳酸和高温作用下，硫化物分解形成H2S、硫和铁碳酸盐，其作用反应式是:
FeS2+CO2+2H2O→FeCO3+2H2S
或FeS2+CO2+H2O→FeCO3+H2S+S
脱硫酸盐还原作用的反应产物HCO3－在水中聚集，由于CO2的存在可使碳酸盐平衡移动，使HCO3－形成CO32－，而CO32－与水中碱土金属Ca2+、Mg2+结合，生成钙、镁碳酸盐沉析于固相。因此，水中的宏量离子除Na+、Cl－外，其他组分总是处于不稳定态，是水变质过程中的中间产物，既可从固相进入液相，又可由液相进入固相，结果使水中主要盐类成分发生分异纯化，使得水中稳定性组分Na+、Cl－相对聚集或高度聚集，而Ca2+、Mg2+贫化，SO42－总是低于HCO3－浓度，在硫酸盐无供源的情况下可完全消失。含有油气和有机物质的水中通常富含烃类组分、苯和苯系物、酚和酚系物以及烃类气体等构成水化学的显著特点，也经常出现水中宏量组分Na+、Cl－(或HCO3－)富集，Ca2+、Mg2+、SO42－贫化的分异纯化的规律性现象，而其他微量组分则显得多样和复杂。
综上所述，起始于含有不同厚度、层数的煤层(暗色泥岩为烃源岩)不存在盐类沉积层的龙井组、花港组陆相砂泥岩沉积层的同生沉积成因淡、咸水，在地质历史进程中经历了溶滤作用、热地球化学作用、铝硅酸盐溶解时发生的水解作用、有机物变质作用、脱硫酸盐还原作用等导向其初始化学始终朝向浓缩盐化、正向变质作用的地球化学方向发展，水中稳定性、还原性组分聚集，不稳定性、氧化性组分贫化，宏量组分分异纯化，在离心型流动的卸压带(排泄带)形成线状或面状的浓度垒和组分浓度垒，最终演化成为高度浓缩盐化(龙井组的最高浓度为28g/L、花港组的最高浓度为31g/L)的Cl·HCO3-Na和Cl-Na型水，富含微量、有机组分和还原性气体的深变质陆相后生沉积成因咸、盐水。标志着龙井组、花港组深层水变质作用已趋向极限，并已演化成熟，在同层内砂泥岩之间沉积水交替渐趋终止，水岩之间基本上处在化学动态稳定平衡阶段，沉积层埋藏愈深，时代愈老，则愈加稳定。
2.第二类水化学在地史过程中形成演化的主要作用和方向
(1)沉积作用水文地质期:平湖组为非正常海湾相、滨岸相和河流相成因的陆源沉积的含煤砂泥岩沉积层。由于蓄水盆地地表水盐度在沉积过程中发生降低变化，其下部沉积层形成的同生沉积成因水盐度为>15g/L，直至上部为1～4g/L。控制和影响平湖组沉积层初始化学变化的主要作用及其变质过程的特点与龙井组、花港组的类似，作用结果平湖组沉积物的物性和初始化学的特性不会发生本质的变化。
(2)淋滤作用水文地质期:平湖组沉积结束，始新世末发生了玉泉运动将凹陷抬升为陆，转化为残留的干盆，平湖组沉积层裸露地表，经历了淋滤作用水文地质期的破坏性改造，形成了平湖组沉积层开型水文地质构造系统，成为凹陷周边大气降水、地表水流的汇水区。根据恢复的平湖组各类参数值，恢复计算得出从始新世末至渐新世花港组沉积开始的这段时期(按1Ma计)平湖组沉积层的入渗补给量为4.54×1015m3，砂岩水容量为1.631×1013m3，渗入水交替强度为278.36。若按5×105a、2.5×105a、1.25×105a计，恢复计算的渗入式水交替强度由139.18降至34.8。由于计算研究时间不同，计算得到的入渗补给量和渗入式水交替强度值存在显著差别，尽管计算值是粗略的，但提供的信息是十分重要的，表明储存于平湖组砂岩水的初始化学经淋滤水入侵的改造遭到了强烈的破坏，演化成为渗入成因的淡水。推测水的盐度由上往下稀释淡化的强度渐趋减弱。
(3)古渗入淡水破坏性变化的后续水文地质期:在龙井组、花港组同生沉积成因水生成后，在地史过程中经历后续的三个水文地质期，视为一个持续发展的沉压埋藏状态的过程。平湖组经历了沉积作用和淋滤作用水文地质期，演化成为渗入成因的淡水。之后从渐新世花港组沉积开始直至第四纪沉积结束，始终埋藏于地下深部，与其后来沉积的花港组、龙井组同生沉积成因水形成后共同经历了三个相同型式的水文地质期;且平湖组沉积层由陆源含煤砂泥岩组成的岩性结构与花港组、龙井组的相同。因此，龙井组、花港组的初始化学在后续水文地质期形成演化的主要作用和方向的论述也适用于平湖组，故不再赘述。但平湖组与花港组、龙井组的相比还存在明显差别，主要表现在:一是平湖组的暗色泥岩厚度大，煤的层数多，单层和总厚度均大，有机质丰度高，是凹陷内的主要烃源岩。二是平湖组的埋藏深度最大，时代最老。三是后续经历的沉压埋藏作用水文地质期的持续时间最长。四是发生的内循环型沉积水交替强度大，发生时间早，但强度衰减也快，趋近终止时间也早。五是平湖组初始化学形成后，经历了淋滤作用水文地质期的改造，演化成为渗入成因淡水，之后又经历了后续三个水文地质期，发生了与前期相悖的浓缩盐化、正向变质作用的地球化学方向演化;而花港组、龙井组的初始化学形成后和经历了后续三个水文地质期，始终朝向浓缩盐化、正向变质作用单一的地球化学方向演化。
平湖组的上述五个特点，决定其在后续的三个水文地质期中发生的溶滤作用、热地球化学作用、铝硅酸盐溶滤时的水解作用、有机物变质作用和脱硫酸盐还原作用的活动性及其改变水化学成分的强度效应方面显然要比花港组、龙井组的强得多。
平湖组非正常海湾相沉积层形成的同生沉积成因水，在地史过程中经历了前后两次相悖的变质演化过程，最终朝向浓缩盐化、正向变质作用的地球化学方向发展，演变成为现代最高浓度为34g/L的Cl-Na、Cl·HCO3-Na型水，富含微量、有机组分和还原性气体等具有大陆水特性的后生沉积水与古渗入水混合成因的盐、咸水。
第三系研究层深层水成因及其演化模式
答：根据上述研究层深层水渗流场、化学场及其形成演化的模拟重溯，较系统地论证和揭示了各研究层深层水的形成演化过程，可将上述研究成果加以汇总和概括为研究层深层水成因及其形成演化模式(表6-12)，主要表现为:表6-12 研究层深层水成因及其演化模式 (1)各研究层深层水在地质历史发展过程中绝非一潭死水。
古潜山深层水形成演化的期序和各期形成的主要特点
答：古潜山含水系统海相同生沉积水在地史过程中经历了六个水文地质期,其期序依次是,Ⅰ期———沉积作用、Ⅱ期———淋滤作用、Ⅲ期———沉压埋藏作用、Ⅳ期———二次淋滤作用、Ⅴ期———埋藏淋滤作用并存和Ⅵ期———二次沉压埋藏作用水文地质期。各期形成的主要特点如下: 1.Ⅰ期———沉积作用水文地质期 ...
水化学特征及其演化
答：因此地下水水化学特征记录着地下水形成和运移的过去,示踪地下水循环途径,反映地下水流系统补给和更新特征。 一、地表水水化学分布特征 在黑河流域山区,蒸发作用相对微弱,地表水矿化度均小于1 g/L,其中冰雪融水矿化度在0.3～0.5 g/L之间,pH介于7.7～8.1之间,主要为HCO3-SO4-Ca-Mg和HCO3-SO4-Mg-Ca型水(表4-2...
东北地区地下水化学场
答：三、东北松嫩平原水化学场的主要特征 水文地球化学作用:潜水从盆地东西两侧向盆地中心，地下水的化学形成作用由溶滤作用为主逐渐变为以蒸发浓缩和离子吸附交换作用为主。承压水主要以吸附和离子交换为主。1)地下水化学场相对简单，水化学类型较单一。在松嫩平原各层地下水中化学成分阴离子均以HCO－3为主...
地壳中水的地球化学循环
答：如图4.3所示,水的地球化学循环开始于表生带的风化作用,一直到深部变质作用带,经变质作用形成再生水(变质成因水)返回地表为止,为一轮地球化学循环的结束。老的循环结束,新的循环又开始,周而复始不断的进行下去。 地壳中水的地球化学循环是相当复杂的问题,下面仅作初步的讨论。 图4.3 水在地壳中的地球化学循环〔1〕...
深层水现代化学的主要特点及其形成的概述
答：(4)究其上列事件发生的原因，主要是深层水现代化学起始于相应沉积层同生沉积水初始化学，在地史进程中持续不断地发生变化，演变的性质、过程和结果取决其经历的水文地质期的型式和持续的时间及其组成的期序，初始化学演化的最终结果形成深层水现代化学。因此，深层水现代化学与其初始化学必然出现不同程度的...
深层水研究的理论意义
答：地质流体成为当代研究的前沿是有科学研究依据的。组成地质流体的水是分布最为广泛、数量最多的成分，是深部隐伏的固态矿床和液（气）态矿床的成矿作用研究的关键内容。黄骅裂谷盆地第三系深层水形成演化的研究是具有地域代表性的研究成果，在理论研究上具有深远的影响和作用，为水文地质学、水文地球化学的...
地下水化学场及其演化
答：疏勒河流域盆地地下水水化学组成主要反映出山河流渗漏补给特征，地下水向下游与地表水经过多次转化，在河流入渗、径流溶滤作用和蒸发浓缩过程中形成。埋藏很浅的地下水呈现不同程度的盐化，埋藏较深的则更多地反映了径流的强弱与路程长短。地下水化学场表现出水平和垂向的分带性演化规律，自上游至下游可...
深层水化学形成演化的基本规律性
答：前者是朝向浓缩盐化、正向变质作用方向演化；后者是朝向稀释淡化、反向变质，后又转变为浓缩盐化、正向变质作用方向演化。2）各沉积体系水与围岩之间的水岩作用已处在化学动态的稳定平衡阶段，这种动态平衡随着地层时代愈老、埋藏深度愈大，则愈加稳固。表4-14 黄骅裂谷盆地第三系深层水化学形成演变 3）各...
下第三系深层水化学形成演化
答：综上所述,可将Es1层同生沉积水初始化学分为湖相孔隙沉积咸、淡水,河流相孔隙淡水,漫滩沼泽相孔隙沉积淡、咸水和三角洲相孔隙沉积咸、淡水4种类型。 (二)早第三纪末各研究层同生沉积水化学的演化方向 各研究层同生沉积水形成后均经历了持续时间不同的相同形式的沉压埋藏-淋滤作用并存的水文地质期。各研究层在该...
