地下水运动的基本特点
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发布时间：2022-05-15 17:15
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时间：2024-02-25 14:33
含油气盆地内地下水的水平运动包含着垂向运动的性质，所以，涉及地下很大的深度，它的水流系统及其集水范围都表现为空间上的立体形态。最简单的地下水流是地下水在均质各向同性含水介质(岩系)中的运动。地下水在渗流运动中，它的水流系统是由众多的流线组成的，而不是像地表水系那样由干流和支流组成的。流线的方向在不同水文地质区带内是不同的，在地下水补给区是下降的；在排泄区是上升的；在径流区总体是水平的，但随地质构造条件等而变化。图5-1说明，所有流线都从补给区起，经过地下不同深度，最后指向排泄区。地下任一标高处的测压水面比自由水面高，二者在中线区相交，因此，在补给区增加井深时，井水位下降；在排泄区增加井深时，井水位上升。在这种情况下，只要排泄区地下某一标高处的测压水面高于地面，即使没有隔水层存在，在井深加大到一定深度时，也能打出自流水来。亦就是说，在均质含水岩系内，深循环的地下水流系统的排泄区，均可存在自流水。这是有的学者主张在地下水排泄区寻找油气藏及在该区带内广泛存在与油气有关的水化学异常的理论依据。
图5-1 印度维利褐煤田的水利剖面图
(据Jones，1961)
Toth在1963～1980年之间，对区域地下水流动的理论进行了深入的研究，提出了具有复合地形及均质各向同性介质的理论水流型式(图5-2)他认为地下水流系统分为*：
图5-2 具有复合地形的均质各向同性介质中的地下水流型式
(据Toth，1963)
1—局部流动系统；2—中间流动系统；3—区域流动系统；4—不同流动系统之间的边界；5—相同流动系统之间的边界；6—流线方向
区域流动系统：由区域大地形决定的，受区域最低排泄基准面控制的地下水流系统，地下水由区域大地形的最高部位(分水岭)补给，经过深循环，向区域最低部位排泄；
中间流动系统：由比区域大地形稍低的地形高差(其供水区和泄水区均不是盆地地形的最高处和最低处)决定的中等规模的地下水流系统；
局部流动系统：由局部地形高差引起的小范围地下水流系统，供水区和泄水区相距不远，供水区地形只是相对比泄水区高一些。
从图5-2看出，受复合地形控制的多级水流系统，不同等级水流系统的补给区和泄水区在地面上交替分布。在区域水流系统的补给区中，由于局部水流上升而出现孤立的排泄区；在区域系统的排泄中，局部水流下降的地方，则出现相对干旱的岛状补给区。
地下水流动引起地球化学、生物化学、物理化学及水文等一系列的特殊变化(图5-3)，主要表现在以下几个方面：由于水溶解矿物质的能力及其含量，随着水与岩石接触的时间而增加，所以在积极交替的局部水流动系统内的补给区，水中的矿物质含量比较低，而在排泄区及深循环的区域缓慢流动系统中其含量较高。
在两个或三个水流系统相会合的部分，流网变得稀疏，水的流动缓慢，搬运物质的能力下降，因而容易产生溶解物、悬浮物，乳化物或胶状物质的堆积形成水文地质工作者俗称的水动力圈闭带。
图5-3 泄水盆地中区域性非封隔地水流动的性质和它伴生的各种标志
(据Toth，1980)
1—井中水面(测试面)海拔；2—准停滞面(矿化度高)；3—水动力圈闭带(被携带物质聚集的地区)；4—等水头线；5—流线；6—化学相界线；7—水面；8—泉；9—旱地植物；10—与地下水活动有关的植物；11—渗透率相对较高的透镜体。ΔP—负动压力增量；Δ dtdh正地热梯度异常；R—供水区；M—中线区；D—泄水区；L—局部流动系统；i—中间流动系统；r—区域流动系统
由于不同系统的水流分别来自不同的补给区，而且流经不同的距离和时间，因而在水流系统之间(尤其是横向上)产生水质分异，使水型和离子组合发生变化。穿越不同水流系统的交界面(分水界面)，在垂向上往往可以追溯到矿化度及水质类型的内在联系，但又有一定的差异，尤其是局部水流系统和区域水流系统之间，这种差异尤为明显，这与来自不同供水区的水源或者是通过不同流道长度的水交叉、重叠等作用有关。
沉积盆地内地下水不同流动系统及运动方向的叠加，使地表温度等参数发生变化，从而引起植被、土壤类型，微地貌特征及盐类聚集等自然现象的改变，在带来深部油气地球化学形迹的同时，也为水化学找油指标与异常形成带来一定干扰，加强水文地质条件，尤其是区域流动系统的研究，是鉴别油气信息、剔除局部流动系统假异常的有效途径；
在地下水的供水区，向下流动的低温水将降低地温梯度，而在流动系统的向上运动的一侧(泄水区)则可能出现正的地温异常(+
)。
被低渗透岩层包围的高渗透的透镜体中常见到异常压力(低或高于正常压力)，是由于穿过透镜体的高强度流动造成的。因此，处在透镜体下游的那一半的任何位置都有自流的能力，出现高和异常高压力；透镜体的中部或靠近中部的地方，没有压力异常存在；透镜体上游的那一半则出现异常低压力，如图5-3左侧穿过渗透率较高的透镜体的流线所示。
在非均质含水介质中，地下水流系统的形态较为复杂，图5-4的实例，一方面说明流线的多变性；另一方面说明地质条件控制着地下水渗透流网的分布。
图5-4 非均质各向同性介质中的水流系统
(据Kiraly，1970)
1—流线方向；2—等势线；3—不同水流系统间分界线；4—地层界线
从上述可知，沉积盆地内地下水的运动，沿着阻力最小的通道在横向上具有连续渗流、流线多变，而在纵向上具有混源穿层流动及分带性的特点，将对石油的运移及聚集成藏产生深远的影响。
