深层水化学形成演化的地球化学作用
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发布时间：2022-05-02 21:36
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时间：2022-06-27 11:36
根据上述各研究层水化学形成演化的两种水文地质构造类型，分别展开其形成演化的各种地球化学作用的分析和论述。
一、闭型水文地质构造的地球化学作用
隶属于闭型水文地质构造类型的有Ek2+3、Es3、Es1+2、Nm+Ng四个含水系统，其发生的地球化学作用综述如下：
1.溶滤作用
在第三系深层水与其储层构成的系统内发生水岩之间的相互作用是一种规律性表现，其中溶滤作用是一种普遍发生的现象。为评估各研究层固相转入水中的盐分种类和溶出量，开展了水岩相互作用系列实验。根据试验水化学成分测试资料（表4-3）分析表明：
1）宏量金属组分以Na+浓度为最高，其次是Ca2+，Mg2+浓度最低，浓度依次各差1个数量级。
2）微量碱金属组分中以K+浓度为最高，其次是Li+，Li+比K+浓度低1～2个数量级，Rb+、Cs+浓度最低，几乎保持在同值水平上，比K+浓度低2～3个数量级；微量碱土金属以Sr2+浓度为最高，Ba2+比Sr2+浓度低1～2个数量级。
3）痕量金属组分中Fe浓度最高，Mn、Cu、Co、Pb均比Fe浓度低1个数量级，且浓度基本恒定。Zn浓度异常增高是个例外，推测是水样贮存和运输过程中污染造成的。
4）生物成因组分以Br-浓度为最高，I-浓度甚低，比Br-浓度低1～2个数量级，而P浓度保持恒定（Ed除外）。
5）造岩元素中Si4+浓度为最高，Al3+比Si4+浓度低1个数量级，且浓度保持恒定。
上述试验水化学测试资料表明：
1）水与其围岩相互作用，总是力图使固相中的化学成分转入液相，提高了水的溶解固体量。
2）从各层溶出的化学组分看，可溶性大的钠盐是其主要溶出量，其次是钙和镁，钾、生物成因组分溶出量较低，其他组分亦不同程度地向水中转移。这些溶出组分的特点反映了冲湖积淡水环境沉积的铝硅酸岩矿物不全等溶解的结果。硅酸盐在地壳中分布极广，约占矿物总数的1/3，占地壳质量的4/5。研究区砂泥岩中通常存在层状硅酸盐类的高岭石、绿泥石、蒙脱石、伊利石等，以及架状硅酸盐类的钠长石、钾长石、钙长石等。溶于水中的化合物可发生化学作用，或与水、碳酸的离解产物相互作用形成新的固体物质。铝硅酸盐与水相互作用形成新的次生矿物，其溶解度低于原始矿物。因此，水对原始矿物的溶解是不饱和的，水与原始矿物相处的地质时期内发生溶滤作用。例如：钠-蒙脱石、钠长石、钙-蒙脱石、钙长石、黑云母不全等溶解的反应式依次是：
表4-3 水岩作用试验水中化学组分含量（mg/L）数据表
渤海湾黄骅裂谷盆地深层水形成演化
铝硅酸盐矿物的溶解是水中宏量组分增高的原因。
3）钠盐溶出量提供的信息，可推断各沉积层处在钠的氯化物溶滤阶段，因为它们沉积后就相继被上覆沉积层掩埋，抑或裸露地表被水冲刷和溶解带走了盐分，但仍处在氯化物溶滤阶段。
4）易溶性盐分Na+、Cl-是水中的稳定性组分，而较难溶和难溶性盐分Ca2+、Mg2+、、在水中是非稳定性组分，当其浓度达到溶度积时则发生沉析进入固相。因此，水化学类型总是由HCO3-Ca型朝向Cl-Na、Cl·HCO3-Na型方向转变。
5）第三系沉积体系中除盆地南部北段的Ek1为膏盐外，均是淡水相的冲洪积、冲湖积砂岩、泥岩互层的沉积层，决定了固相转入液相的盐量是有限的。第三系各研究层深层水现代浓度最高值为30g/L左右，联系到我国其他盆地赋存于冲洪积、冲湖积沉积体系的深层水浓度大体也在这个范围上摆动。因此，深层水盐化的极限值可视为一种普遍存在的规律性。
2.有机物的变质作用
黄骅裂谷盆地第三系沉积层富含有机物的暗色泥岩及其生成的油气，它们在水化学成分改造中起着重要的作用。沉积体系内现存的有机物是生物残骸通过不同分解阶段和途径形成的，有机物质经改造后分解为简单的化合物，诸如CO2、H2、烃类、硫化物，盐类和水。有机物氧化分为化学氧化和生物氧化。在闭型水文地质构造系统内，有机物主要是无氧的生物氧化。有机物质的变质作用对深层水化学改造的主要过程是：
1）有机物变质作用产生的CO2，可加剧和促使水对铝硅酸盐类矿物的不全等溶解作用和碳酸盐的沉析作用，导致水中易溶组分的增多和非稳定组分的贫化，水成分发生分异纯化。
2）脱硫酸盐生物化学作用。第三系沉积体系深层水的脱硫酸盐生物化学还原作用是普遍存在的，水中的硫主要来自于硫化矿物和有机物质分解的产物，水中主要以、H2S形式存在，水中中的硫和氧的结合能量很大，在低温（＜100℃）低压条件下，硫酸根离子的化学还原是不可能进行的，但当气态氢和有机物抢夺中的氧，并把它作为养料的脱硫细菌存在时的还原作用才能发生，在贮存石油和碳氢化合物的沉积体系内，该作用进行得十分活跃，其作用反应式是：
渤海湾黄骅裂谷盆地深层水形成演化
当温度在100～150℃、压力100atm时，甲烷与硫酸盐相互作用生成反应产物硫化氢，黄骅裂谷盆地第三系沉积体系具备该作用进行的充分条件。脱硫酸盐生物化学作用的产物在水中聚集，CO2使碳酸盐平衡体系移动，使生成与碱土金属Ca2+、Mg2+结合生成碳酸盐沉析于固相。因此，水中宏量组分中除稳定性组分Na+、Cl-外，其他组分均处于不稳定态，均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，其结果导致水中主要盐分分异纯化，稳定性组分Na+、Cl-聚集，而非稳定性组分Ca2+、Mg2+贫化总是小于浓度，在硫酸盐无供源的情况下可完全消失；但在膏岩、硫酸盐存在的地区，则浓度仍可存在或保持较高的浓度水平。
从第三系深层水现代化学测试资料中可清晰地看到其在层位上的两个显著特点：
其一，深层水中、Ca2+浓度以Ek1层的为最高，按其浓度值由大到小排列顺序依次是：Ek1＞Ek2＞Es3＞Es1+Es2＞Ed＞Nm+Ng；
其二，深层水中脱硫酸盐系数值以Es3层的为最高，按其比值由大到小排列顺序依次是：Es3>Ek2>Ek1>Nm+Ng>Ed>Es1+Es2。
这两个特点所提供的信息，并不表明不存在脱硫酸盐生物化学还原作用，而是表明水中的供源充分，脱硫酸盐生物化学还原作用导致水中的贫化，但沉积体系中的硫化矿物和有机物质分解又可使水中获得的补偿，上述特性正是两者在贫化和补偿的数量上构成硫化学动态平衡体系的表现。研究区北段Ek1层赋存400m的膏岩层导致水中和Ca2+浓度为各层之最；在垂向上，距离Ek1层愈远，这两个组分的浓度则愈来愈小，Ek1层的和Ca2+成为第三系沉积体系深层水的浓度垒。Ek1层水中比其上覆Es3层的高出约2.3倍，比其下伏Ek2层的高出1.3倍，但SO4·102/Cl值却均比上述两层的小，这表明Ek1层水中浓度很高，脱硫酸盐作用强度也大。
3.热地球化学作用
黄骅裂谷盆地各研究层随着上覆沉积层的持续增厚，埋藏深度渐趋加大，水的温度持续增高，热地球化学作用强度相应增强。研究层的现代温度值域范围为70～120℃。因此，热地球化学作用十分活跃。这种作用在水化学形成上存在的主要效应：
一是由于地温增高，加快了水岩之间发生的溶滤作用，加快了沉积层中盐分向水中转移的速率；
二是地下蒸发作用是普遍存在的规律性。地温增高导致水浓缩盐化和化学成分的改变。
因此，热地球化学作用是改变水化学成分的一种普遍存在的重要作用。但水中溶解固体量多寡主要受控于沉积体系的含盐度，或谓之盐化度。在含盐度相同的沉积层，地温增高，则转入水中的盐分增多；含盐度高的沉积体系即使地温不高，但水中溶解固体量可以很高，温度增高，则又加强了水的盐化；含盐度低的沉积体系，即使地温很高，水中溶解固体量不一定很高，因为沉积体系无足够的盐分供给和转入水中。
4.化学组分的共生聚集作用
在深层水溶液系统中溶解固体量（TDS）的增高过程，伴生的分量组分含量的富集或贫化的分异作用是深层水化学成分改变的又一重要作用。为研究分量组分含量与TDS的相关性以及分量组分含量分异作用的成因联系，可采用两种统计方法研究。一是采用单变量或双变量的统计分析，这种方法不仅提取的信息量有限，而且从物质系统中提取个别组分之间的相关性，势必受溶液中群体组分的制约，影响两种研究组分之间的相关程度；二是采用多元统计方法研究多变量之间的关系，它不仅可避免上述缺陷，而且扩大了信息容量，更接近于组分之间相关性的客观实际情况。
（1）两两相关（二元）统计分析
根据第三系深层水化学测试资料，编制了17个组分浓度各自与TDS的相关图，按其相关性、点子的离散程度可分为4种类型：
第一类 两者呈直线型，属于该类的是Na+（含K+）、Cl-和Ba2+（图4-65、图4-66、图4-67）。
Na+与TDS的相关系数r=0.958，拟合方程是：yNa+K=0.253688+0.322674X；
图4-65 第三系深层水TDS-Na++K+相关图
图4-66 第三系深层水TDS-Cl-相关图
图4-67 第三系深层水TDS-Ba2+相关图
Cl-与TDS的相关系数r=0.988，拟合方程是：yCl=-1.4997+0.599856X；
Ba2+与TDS的相关系数r=0.537，拟合方程是：yBa=1.42438+0.449554X。
式中自变量X为溶解固体量，以下同。
不言而喻，Cl-与TDS相关性最好，次为Na+，而Ba2+与TDS的相关性则较差。
第二类 两者呈抛物线型，属于该类的有碱金属Li+、Rb+，碱土金属Ca2+、Sr2+和痕量金属Mn（图4-68，图4-69，图4-70，图4-71，图4-72）。
图4-68 第三系深层水TDS-Li+相关图
图4-69 第三系深层水TDS-Rb+相关图
图4-70 第三系深层水TDS-Ca2+相关图
图4-71 第三系深层水TDS-Sr2+相关图
图4-72 第三系深层水TDS-Mn相关图
Li+与TDS的相关系数r=0.686，拟合方程是：yLi=0.296317e0.1309055X；
Rb+与TDS的相关系数r=0.59，拟合方程是：yRb=0.037408e0.0881225X；
Ca2+与TDS的相关系数r=0.816，拟合方程是：yCa=0.017594e0.0936811X；
Sr2+与TDS的相关系数r=0.736，拟合方程是：ySr=0.848802e0.189514X；
Mn与TDS的相关系数r=0.533，拟合方程是：yMn=0.032686e0.0977807X。
上述组分与TDS的相关度依次是：Ca2+>Sr2+>Li+>Rb+>Mn。
第三类 两者构成的散点图呈似扇型或扩张型，属于该类的有、Mg2+、、Cu。这类组分与TDS的相关程度较低，点子离散度大，在同一TDS值时含量变幅甚大，表征这类组分随着TDS的增高具有增降变化的趋势。、Mg2+、含量大约以TDS30～40g/L为界；TDS＜30～40g/L时其含量为增值变化，TDS＞30～34g/L时其含量为降值变化；Cu含量以TDS16g/L为增值和降值的分界线（图4-73、图4-74、图4-75、图4-76）。
第四类 两者构成的散点图，离散度很大，点子分布很不规律，表征这些组分浓度与TDS的相关程度更低，在同一TDS值时组分含量变幅甚大，属于这类组分的有I-、Br-、B3+和Zn（图4-77、图4-78、图4-79、图4-80）。
图4-73 第三系深层水相关图
图4-74 第三系深层水TDS-Mg2+相关图
图4-75 第三系深层水相关图
按照上述相似方法还可作出组分浓度之间的两两相关关系图，鉴于形成的图件过多，显得臃肿，以及两两相关统计中存在的缺陷，故从略。
（2）多变量（多元）统计分析
图4-76 第三系深层水TDS-Cu相关图
图4-77 第三系深层水TDS-I-相关图
图4-78 第三系深层水TDS-Br-相关图
为探索和揭示第三系深层水化学组分之间的聚集和贫化关系，择定了深层水化学91个样品、22个化学组分（含TDS）进行R-型聚类分析，由计算形成的谱系图（图4-81）表明：
图4-79 第三系深层水TDS-B3+相关图
图4-80 第三系深层水TDS-Zn相关图
当相关系数为0.5770时，22个组分变量中的TDS、Na+、Cl-等15个组分变量构成第一大类；Cu和Br-两个组分变量构成第二类；Si、Al、Zn、Pb、5个组分变量各自构成独立的一类。
当相关系数为0.6980时，分为TDS、Na+、Cl-、Ca2+5个组分变量构成一类，Sr、Ba2+、Li+、K+、I-、Mn、Fe7个组分变量构成二类，其他10个组分变量各自构成独立的一类。
当相关系数为0.7839时，TDS与Na+、Cl-，Sr2+与Ba2+，Li+与K+各自构成一类，其他15个组分变量各自构成独立的一类。
当相关系数为0.9881时，TDS与Na+、Cl-3个组分变量构成一类，其他19个组分变量各自构成独立的一类。
聚类分析揭示的化学组分共生聚集的规律性是：
1）深层水质量浓度的增高，主要取决于宏量组分中的Na+、Cl-，其次是Ca2+，然后依次是微量碱土金属 Li+、K+，碱土金属Sr2+、Ba2+、Mg2+，痕量重金属 Mn、Fe，以及B3+。上述各类组分对水的浓缩盐化均起作用，但对水的盐化程度贡献存在显著的差别。
图4-81 第三系深层水化学R-型聚类分析谱系图
2）深层水化学组分以宏量组分Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+，微量组分Li+、K+、I-，Sr2+与Ba2+，痕量重金属组分Fe与Mn等聚集共生，其中以Na+与Cl-、Li+与K+、Sr2+与Ba2+、Mn和Fe共生聚集尤为显著。
3）深层水质量浓度的增高与Rb+、Br-、Si、Al、Cu、Zn、Pb相关性很差，各组分之间亦无明显的共生聚集关系。
鉴于始新统孔店组和渐新统沙河街组深层水化学的形成环境和物质不同，因此将两者分开各自进行R-型聚类分析。计算结果表明：沙河街组深层水化学的R-型聚类分析谱系图（图4-82）与图4-81谱系图的分类相似程度很高，但孔店组的（图4-83）与图4-81谱系图相似程度稍差，个别组分在统计分类上明显有所变异。据此，聚类分析谱系图提供的组分共生聚集的信息基本上是一致的，是可信的。
5.水解作用
表生作用带的铝硅酸盐的改造或破坏均需要一定数量的水参与化学反应，该反应对水而言，即发生了水的分解作用，水分子离解为H+和OH-。离解生成的OH-一部分被固定在铝硅酸盐在水解反应中生成的粘土矿物里，另一部分OH-与CO2作用形成；H+进入反应生成物的H4SiO4类和之中。当水中碳酸盐达到饱和时，上述反应形成的离解为H+和，使原来与CO2结合的OH-中的氢与氧分离，氧被碳酸盐结合而固定。因此，水离解成H+和OH-均转化进入反应过程形成的新物质之中。铝硅酸盐被水改造的一般形式可概括为：
图4-82 沙河街组深层水化学R-型聚类分析谱系图
渤海湾黄骅裂谷盆地深层水形成演化
在表生作用带的上部，通常见到铝硅酸盐改造后形成的粘土矿物高岭石、蒙脱石和碳酸盐（Ca、Mg）结核。反应结果破坏了水的离解平衡，又促进水分子的再离解。由于离解平衡的不断破坏，水分子离解可持续地进行。水分子的离解作用是巨大的，其规模取决于水解作用。
在表生作用带的下部，高岭石、蒙脱石明显减少，直至消失，转变为伊利石和绿泥石。例如，东海陆架盆地西湖凹陷第三系砂泥岩层，埋藏深度在2100m以下，蒙脱石减少，出现伊利石，组成了蒙-伊混层的粘土矿物，在3100m以下存在单一的伊利石（汪蕴璞等，1994）。我国渤海湾裂谷盆地蒙脱石转变为伊利石的埋藏深度大体亦是如此。喀麦隆杜阿拉盆地的上白垩统埋藏深度超过3658m时，蒙脱石和蒙脱石伊利石的混层粘土均逐渐减少。经计算，蒙脱石转变为伊利石，相当于蒙脱石质量的1.6%（有的计算为5%）的水分解为离子，被结合固定在伊利石里；而蒙脱石转变为绿泥石，相当于蒙脱石质量的40.3%的水被结合固定在绿泥石里（沈照理等，1986，1993）。
由此可见，铝硅酸盐在表生作用带经历的改造和破坏、粘土矿物的转变等可促进大量的水不断地离解为H+和OH-，并结合固定在次生粘土矿物和碳酸盐矿物里，这是一种广泛分布的地质现象。大量的水的离解，其结果是导致深层水盐化的原因之一，但不是水盐化的主要原因。
图4-83 孔店组深层水化学R-型聚类分析谱系图
6.吸附交替作用
阳离子吸附交替作用主要发生在水与粘土（岩）或富含有机质的泥质沉积物之间，其作用结果可改变深层水的化学成分。黄骅裂谷盆地第三系沉积体系除Ek1为盐湖相膏岩沉积层外，均为冲湖积的淡咸水相沉积层，主要是Ca2+的吸附综合体，由于第三系泥质岩中富含有机质，吸附容量很大。当水中低价的Na+离子达到一定浓度时可与固相中的吸附Ca2+发生交替作用，即使这种作用发生抑或作用增强，其作用结果均使水中的Na+因进入固相而减少，固相中的Ca2+因转入水中而增高。不言而喻，第三系深层水不可能通过吸附交替作用提高水的盐化度；事实上，第三系深层水中Na+的含量远远大于Ca2+。因此，不可能通过该作用的途径提高和形成第三系深层水盐化度和现代化学组成的特点。
7.泥岩压固和释水导致深层水的淡化
在沉压盆地中，泥质岩在地静压力作用下发生压实固结作用，同时伴随着发生释水效应，并向其上覆和下伏的透水性大的砂质岩层中迁移，这种同层系内发生的内循环压挤式沉积水交替形成的压出水，可导致砂质岩层的水发生显著的淡化作用。
根据我国新生代沉积盆地压实作用资料研究表明：沉积体系在深度3500～4000m以下，泥质岩孔隙度稳定在5%左右，可将该深度视为临界释水深度。在临界深度以下，压实终止，不再释放压出水。根据冀中裂谷盆地、东海西湖凹陷研究表明：由泥质岩释放的压出水量，以及沉积水交替强度均是随着上覆地层增厚和埋深加大而减小，即随着地质历史的进程均呈降值变化，水交替强度由大于1降至0.1以下。
根据黄骅裂谷盆地下第三系Es2、Es1、Ed在地质历史的整个进程中累计的水交替强度均>1，依次为1.636、1.186、1.112，而上第三系的Ng、Nm的均<1，依次为0.425、0.164。这列数据表明：研究层时代老的水交替强度大，时代新的水交替强度小，意味着淡化作用强度相应地愈来愈小。
第三系沉积体系中富含石膏的Ek1深层水是个淡化的典型，引起其淡化的有4个途径：
1）Ek1沉积后，在Es3沉积前存在沉积间断，形成残留盆地，Ek1裸露地表遭受大气降水和地表水的冲刷和淋滤作用，使同生沉积成因卤水遭受强烈破坏，向淡化方向演化。
2）Ek1自被其上覆层Es3覆盖时起至第四纪沉积末，均处在沉压埋藏阶段，内循环压挤式水交替导致泥质岩层中的水持续地释放，使深层水发生淡化作用。
3）在上覆地层厚度加大的情况下，石膏（CaSO4·2H2O，分子量为172，密度为2.3）在转化为硬石膏（CaSO4，分子量为136，密度为3）的过程中发生释水作用。其释水量计算如下：
渤海湾黄骅裂谷盆地深层水形成演化
计算结果表明：石膏转化为硬石膏时释放的水量（结晶水）占石膏质量的39%，即相当于石膏质量的39%的水参与了深层水的循环。这个简略的计算，足以表明深层水的淡化作用的强度。
4）Ek1的同生沉积水（卤水）与其现代溶解固体量（或主体浓度）均是第三系各层之最。Ek1水在第三系垂向剖面上构成浓度垒。在地质历史进程中，Ek1水的盐分向其下伏的Ek2层扩散迁移，导致冲湖积淡水相沉积的Ek2层水浓度显著增高，这是引起其淡化的又一途径。
二、开型水文地质构造的地球化学作用
黄骅裂谷盆地研究目的层中Ek1、Ed与其他层段不同，在各自沉积结束后发生了地壳上升运动，盆地上升形成了残留盆地和沉积间断，水域干涸，原被水覆盖的Ek1、Ed沉积层各自裸露地表，形成开型水文地质构造系统，经历了地史过程中时间相对较短的淋滤作用水文地质期。
1.开型系统淋滤作用主控因子的异同性
Ek1、Ed经历了不同地质时期的淋滤作用水文地质期，两者残留盆地的分布范围、沉积层骨架的岩性岩相、同生沉积水浓度、所处的自然地理和周边的地质环境及淋滤作用持续的时间等均存在差异（表4-4），但两者存在的共性也是显而易见的，主要表现在：
表4-4 开型水文地质构造系统淋滤作用主控因子的差异性
1）Ek1、Ed沉积层均裸露地表，遭受风化剥蚀作用和冲刷侵蚀作用。
2）大气降水直接降入残留盆地，围限残留盆地的山地为供水区，形成的地表和地下径流向盆地内部运移，残留盆地成为区域的汇水区。
3）Ek1、Ed沉积结束后均处在早期成岩作用阶段，由沉积层自身重量产生的地静压力引起了沉积层的压实作用，在由上往下的垂向上压实作用强度持续地增大，而组成骨架的沉积层颗粒间排列渐趋紧密，孔隙度、含水量相应地渐趋减少；在侧向上，由残留盆地的边部至中部、沉积层的厚度增厚和埋深增大的方向上沉积层颗粒排列、孔隙度、含水量等的变化趋势与垂向上的相同。
4）根据Ed层在早第三纪末恢复计算的厚度在300～3000m之间。残留盆地周边和中部上段的沉积物仍处在疏松状态，并未固结成岩；中部下段的沉积物则处在早期弱固结成岩作用阶段，底部的成岩作用渐趋加强。由此认为沉积层由上往下垂向上依次分布的是上层滞水、潜水和承压水。由于掌握的钻穿Ek1层及其上覆的Es3层的钻井资料很少，难以恢复计算其在各地质阶段的厚度和勾画渗流场图，但与Ed层的成岩作用和不同类型地下水的分布状况可视为是类似的。
2.Ek1、Ed层水淡化作用的结果
上述实质上分析了Ek1、Ed含水系统内水的形成和淋滤作用时期残留盆地研究层的补给（供水）条件和地质环境背景，为讨论Ek1、Ed两个研究层水化学在淋滤作用水文地质期间究竟发生了哪些变化、演化方向和结果构筑了*条件的框架。
两个研究层经受了淋滤作用的改造，这种改造主要取决于大气降水及其形成的地表和地下径流注入残留盆地，对沉积层发生淋滤、冲刷作用，以及入渗侵入和侧向补给地下水等综合作用实现的。根据现代大气降水化学研究表明，在内陆地区的降水混有大气中的尘埃、细菌，其化学成分以Ca2+为主，TDS约为0.02～0.05g/L。当今对构成大气降水的化学成分持有不同的认识，但对其TDS的看法是相近的。这就决定了注入残留盆地的大气降水是极淡的水。当今河水除流经盐矿或盐渍土地区排盐入河的外，河水的TDS<1g/L，通常在0.4～0.6g/L之间，比大气降水浓度高出1个数量级，最小要高出10倍，最大要高出29倍。据此，大气降水进入残留盆地主要存在两个方面作用：
一是对裸露沉积层发生冲刷溶滤作用。在地表水流流经的沉积层，特别是表层沉积层失去可溶性盐类成分为最多；按盐类溶解度大小排列，盐类析出的顺序为：氯化物、硫酸盐、碳酸盐、*盐和硅酸盐。其结果导致沉积层及其赋存的水均发生稀释淡化。
二是大气降水、地表水的入渗侵入和围限残留盆地周边山地的碳酸盐岩形成的地下淡水径流侵入残留盆地，与研究层地下水发生混合作用，它是最迅速改变水化学成分的作用，导致沉积层中地下水浓度发生稀释淡化。
在淋滤作用地质时期，沉积层骨架及其赋存的水均经受了淡化的过程，乃是一种规律性的表现，但淡化作用强度取决于沉积层的含盐性及其赋存的同生沉积水的浓度。鉴于Ek1与Ed沉积层的含盐度，而且同生沉积水的浓度差异甚大，淡化作用的结果也会不同，故以下分别展开论述。
（1）Ek1层水的淡化过程和结果
由概括的表4-4可知：
1）Ek1层分布于盆地的南部，其北段岩性是厚层石膏夹多层薄层泥岩的盐湖相沉积，标志着膏岩沉积过程中湖水出现多次间断的淡化，究其产生的原因，是气候干湿相间变化，间或南区冲洪积沉积物堆积过程中水流充沛，大水淹没了盐湖，从而导致盐湖水浓度遭受淡化。根据膏岩沉积时湖水浓度TDS应在150g/L左右，未见氯化物沉积层，意味着湖水盐化的极限浓度为150g/L左右，亦即是其赋存的同生沉积成因水的浓度。
2）盆地南部的南段沉积的Ek1层岩性是冲洪积相的砂、泥岩互层，其间赋存的同生沉积成因水的浓度<1g/L。
上述盆地内南北两地存在的显著差别，决定了Ek1层由沉积结束抬升为陆至沙河街组三段（Es3）沉积开始的这段地质时期，遭受的淋滤作用的过程和结果也存在本质的差别。
北段厚层的石膏层在大气降水、地表和地下径流的共同作用下发生的变化主要是：
1）石膏矿床因遭受日晒雨淋、风化剥蚀、侵蚀作用，遭受破碎和搬运的物理作用的破坏，这种破坏程度随着埋深加大而减弱。
2）膏岩的水溶性盐按其溶解度的大小顺序转入水中，并随水一起迁移。
3）高浓度的同生沉积成因水经受渗入淡水的侵入，发生的混合作用最能迅速地改变水的浓度，导致其向显著的稀释淡化、反向变质的地球化学方向演化。假定不考虑Ek1在淋滤作用水文地质期后经历的地质时间较长（Es3沉积开始至第四纪沉积末）的沉压埋藏作用水文地质期，在闭型水文地质构造系统中水浓度朝向浓缩盐化、正向变质的地球化学作用方向发展的话，将同生沉积水的浓度与其水的现代均值浓度27g/L相比，水的浓度降低了约123g/L，与最高浓度40g/L相比，水浓度降低了110g/L。不言而喻，Ek1石膏分布区的水经历了剧烈的稀释淡化作用。
4）由淡水与高浓度水的不同水量比的混合试验（汪蕴璞等，1982）表明，随着淡水与高浓度水的水量比呈有序次的增大，则混合水的TDS与高浓度水的相比，呈有序次的成倍的降值变化（表4-5）。例如，当两者的水量比为1∶1时，混合水的TDS为高浓度水的1/2（即88.97g/L）；当两者的水量比增高至3∶1时，混合水的TDS为高浓度水的1/4（即44.65g/L）；当两者的水量比为7∶1时，混合水的TDS为高浓度水的1/8（即22.44g/L）；当两者的水量比增高至15∶1和31∶1时，混合水的TDS为高浓度水的1/16（即11.38g/L）和1/32（即5.81g/L）。两种不同浓度水的不同水量比的混合作用试验提供了很有价值的信息，可用以计算出石膏分布区在淋滤作用期间渗入水的入渗补给量。
表4-5 两种不同浓度水混合作用后TDS的变化
根据同生沉积水TDS为150g/L，由于渗入水的侵入发生混合作用，使水的浓度降至27g/L（均值），该值约为同生沉积水TDS的1/5。该值与混合作用水量比为3∶1时混合水TDS降至高浓度水TDS的1/4比较接近。据此认为渗入水的入渗补给量高出同生沉积水水量的2倍。换言之，渗入水的水交替强度为3，同生沉积水已被渗入水交替更新。
南段冲洪积相沉积层在大气降水、地表和地下径流的共同作用下发生的变化主要是：
1）南段沉积层含盐度、水的起始浓度（<1g/L）均很低，在淋滤作用水文地质期虽同样经历了朝向稀释淡化、反向变质的地球化学方向演化，但远低于膏岩分布区的淡化作用强度。
2）在闭型的山间裂谷残留盆地内，发生了与北段膏岩沉积层经历的强烈稀释淡化作用相悖的地球化学作用。一是北段形成的地表径流和地下径流携带着高浓度盐类成分朝南段方向运移；二是南、北两段地下水存在显著的浓度差引发的溶质扩散迁移，导致南、北两地水浓度发生夷平作用。这两种复合作用的叠加，不仅掩盖了淋滤作用水文地质期间淡化作用的行迹，而且极大地增高了水的浓度。
3）南段冲洪积相沉积层的水实质上是朝向浓缩盐化、正向变质的地球化学方向演化。根据南段冲洪积相沉积层水的现代浓度（TDS）变动在16～40g/L之间，主体浓度值为22～28g/L。与其同生沉积水浓度相比，如此之大的增高浓度是经过两个阶段完成的。其一，在淋滤作用水文地质期间，淋滤、淡化作用不是主控因素，而是因其北段高浓度水的运移至南段发生混合作用，以及浓度差引起的溶质扩散运移产生的浓度夷平作用造成的；其二，淋滤作用水文地质期后，由于Ek1层水经历了较长地质时期的沉压埋藏作用水文地质期，朝向浓缩盐化、正向变质的地球化学方向演化，最终形成了Ek1层水的现代浓度的景观。
（2）Ed层水的淡化过程和结果
由概括的表4-5可知：
1）Ed层分布于整个残留盆地，在地质时间上比Ek1层分布的残留盆地晚了渐新世沉积的整个地质时间。按国际地层表渐新世的时间间隔是1300万年，而黄骅裂谷盆地计算的为1400万年，也即是Ed层分布的残留盆地比Ek1层分布的残留盆地晚了1300～1400万年。此时，Ek1层分布的残留盆地已被渐新统数千米厚的沉积层覆盖，已转化为闭型水文地质构造系统，经历着沉压埋藏作用水文地质期，其持续的地质时间从渐新世沉积开始至第四纪沉积结束。
2）Ed层分布的残留盆地比Ek1层的显著增大，其周边围限的古陆，北为现今的燕山褶皱带，西为沧县隆起（现为潜伏隆起），南东为埕宁隆起（现为潜伏隆起），构成独立的一个水文地质单元。残留盆地周边围限的山地隆起为供水区，由大气降水形成的地表、地下径流朝向残留盆地内运移汇集。
3）根据Ed层在渗入式水交替一节中计算的水交替强度为2.5，标志着Ed层同生沉积水已被渗入水交替更新，随着Ed层埋藏深度的增大，水交替强度渐趋减小。
4）鉴于Ed层是冲积淡水湖相砂泥岩沉积层，其同生沉积水的TDS<1g/L。因此，渗入水入渗侵入与同生沉积水发生的混合作用，对改变同生沉积水的浓度影响不会很大，仍保持在TDS<1g/L淡水的范围内。但从水的成因而言，已由同生沉积成因水转化为渗入成因水，由沉积水压系统转化为渗入（或淋滤）水压系统。
