潜山深水形成演化阶段及各阶段主要形成特征
1.ⅰ期——沉积的水文地质期
这一时期是指早古生代从中元古代沉积物形成到中奥陶世沉积停止的时期。华北地台吕梁运动后，地壳剧烈沉降，在太古宙和元古代基底变质岩系上发生了一次持续约654.38+0.8亿~ 8亿年前的海侵期。盆地沉积了中上元古界碎屑岩(长城系)、(蓟县系)碳酸盐岩和(青白口系)碎屑岩夹碳酸盐岩。蓟县期，元古代末，蓟县运动再次发生，华北地台再次上升至陆地，形成又一个沉积间断。寒武纪地壳开始再次下沉，沉积了寒武纪至中上奥陶世的海相碳酸盐沉积。根据岩性和岩相特征，同生沉积水的溶解固体含量(TDS)可恢复到35～80g/L，为孔隙储层类型。考虑到沉积过程中的两个沉积间断。因此，这一时期可分为两个水文地质子时期:
I1期-淋滤水文地质亚期:指中元古代蓟县期结束至新元古代青白口期开始的时期。铁岭运动造成的沉积间断持续了数千万年，出露了中元古代蓟县系的灰岩、白云岩和泥质白云岩，经历了铁岭运动的岩溶发育期，形成了岩溶剥蚀面，海相同生沉积水经历了稀释淡化期，发展为岩溶孔隙储淡水(图7-3a)。
图7-3渤海湾裂谷盆地古岩溶地层分布图
新元古代海水再次侵入掩埋陆地，使岩溶中元古代碳酸盐岩由大陆变为盆地基底。海水的渗入和海水的溶解使岩溶水向海水形成的方向演化。
I2-二次淋滤水文地质亚阶段:指新元古代青白口期末期至寒武纪前的早古生代。蓟县运动使海盆上升至陆地，青白口碳酸盐岩出露于地面。沉积间断约为2×108a，经历了蓟县运动的岩溶发育时期(图7-3b)。中元古代碳酸盐岩被页岩、砂岩和泥灰岩沉积所覆盖，其间岩溶作用微弱，大气降水沿淋溶面渗透，使海水向淡化方向发展。
从寒武纪到中奥陶世，又发生了海侵，使经历过两次岩溶作用的岩溶水再次经历海水渗透和海水溶解，向海水方向演化。
2.第二阶段——淋滤的水文地质阶段
此期指中奥陶世末至中石炭世初，持续时间为1.3 ~ 1.8× 108a。中奥陶世沉积末期，发生加里东造山运动，使整个华北地台再次隆升成陆。晚奥陶世至早石炭世，沉积作用普遍缺失，中奥陶世灰岩出露地表，遭受风化、剥蚀和侵蚀。当时气温高，湿度大，迎来了第三次岩溶发育期，形成了又一次岩溶侵蚀面。由于加里东期以升降运动为特征，奥陶纪地层平缓，分布广泛，下伏的中元古代和寒武系地层均被其覆盖。因此，该时期岩溶主要发生在奥陶系地层中，下伏碳酸盐岩岩溶强度减弱(图7-3c)。
由于三次岩溶作用的叠加，潜山含水系统中的海水与渗入水混合交替，发展成为岩溶淡水。
3.第三阶段-沉降和埋藏的水文地质阶段。
此期指中石炭世开始至二叠纪末，持续时间为0.77 ~ 1.07× 108a。自中石炭世以来，整个华北地台下沉，沉积了中上石炭统和二叠系。当时海底起伏，海水进退，形成海陆交替的砂质泥岩煤系地层。除中上石炭统碎屑岩中夹有薄层灰岩外，以后没有碳酸盐岩沉积。二叠纪初，海水完全退出，形成陆相砂岩、泥岩和碎屑岩沉积。研究层的碳酸盐岩被晚古生代沉积岩所覆盖，早期形成的岩溶随着地质历史的进展不断由裸露岩溶向埋藏岩溶转化。在岩溶水上覆压力和地温持续升高的条件下，岩溶水与碳酸盐岩相互作用，不断将可溶性盐类吸收到水中。岩溶水蒸发浓缩叠加导致盐碱化，正变质，转化为盐碱化。
4.第ⅳ阶段——二次淋滤的水文地质阶段
此期指二叠纪末至第三纪始新世沉积，持续时间为1.2×108a。二叠纪末海西运动使华北地台上升，整个中生代进入以地壳隆升为主的构造发展阶段。印支运动导致华北地台的破裂和沉积层的褶皱。燕山运动以断裂和火山活动为主，并伴有强烈张扭性断裂下的岩浆喷发，进入渤海湾裂谷盆地形成发展时期。中生代末冀中裂谷盆地的古地质图、古地理图和古地形图(图7-2、图7-4和图7-5)表明，冀中裂谷盆地水文地质条件的主要特征是:
(1)盆地四面环山，盆地为山谷镶嵌的大陆性景观。
(2)承压盆地由前中生代碳酸盐岩组成，西临太行山，北接燕山，东临沧县隆起，南接星恒龙，成为盆地岩溶水的广阔补给区，而不同地貌、不同地形高度的山地和高地则成为局部补给区，低洼地带和河谷地带泉水密集分布。
(3)构建全流域开放的水文地质结构体系。淋溶，其淋溶面的宽度和地表水、地下水的渗透深度都极其可观。大气降水、地表水和地下径流从盆地外围汇集到盆地，成为汇水区。
(4)由于褶皱、断裂成山的特点，各个时代的碳酸盐岩从地下冒出，成为大气降水渗透的天窗。在正张性断层、破碎带及其侧裂隙中形成输水廊道，加剧了地表水和地下水的循环，导致了规模最大的第四期岩溶发育。
图7-4冀中裂谷盆地中生代末古地理示意图
图7-5冀中裂谷盆地前第三纪地形图
(5)由于构造运动和大落差造成的层间错动，早期岩溶系统相继解体，在中生代岩溶作用叠加重组的基础上，形成了大小不一、形态各异、相互联系、交叉的复杂统一的网络岩溶系统，发展成为以中生代为主体的岩溶水。
5.ⅴ-沉降埋藏和淋滤并存的水文地质时期。
这一时期是指始新统沉积开始至渐新世东营沉积结束的时期，持续约25Ma。新生代始新统沉积开始，冀中断陷盆地进入裂陷扩张沉降期，表现为明显的断裂、地块隆升和沉降的差异活动。边界断裂活动使盆地周围的山脉和隆起上升，盆地下沉，形成独立的沉积裂谷盆地。直到东营裂谷汇聚缝合前的沙河街组，长期被侵蚀溶解的碳酸盐岩迅速下沉，残山逐渐被上覆的古近系沉积物掩埋，最终成为地下潜山。
根据潜山含水系统的埋藏情况，形成一个开放的水文地质结构系统。大气降水和地表径流是由封闭盆地内的山体裸露区和隆起碳酸盐岩下渗形成的地下径流，沿含水系统的倾向向盆地内迁移。在沙河街组一段沉积之前，盆地中碳酸盐岩的出露区自然成为一个排水区。之后盆地及其残丘中的碳酸盐岩不断被埋在地下，变成承压水流。裸露岩溶已变为埋藏岩溶，在静水压力的作用下，通过被断层和溶洞、裂隙、溶洞覆盖的第三系垂直排泄。
潜山含水系统中岩溶裂隙发育，地下径流平缓。中生代形成的岩溶-裂隙淡水在早第三纪交替更新，储层本身的碳酸盐岩淡化淡化，岩溶缝洞系统在原有基础上改造，扩大了储集空间，形成了早第三纪的岩溶网络系统和岩溶-裂隙水。
6.ⅵ ——二次沉降和埋藏的水文地质时期。
这一时期是指从晚第三纪沉积开始到第四纪沉积结束的时期。这一时期与ⅴ时期的主要区别是:
(1)冀中裂谷及其母体渤海湾裂谷盆地在晚第三纪裂谷停止活动，华北进入坳陷发展阶段。
(2)冀中断陷盆地沉积了厚度为2000～3000m的古近系和第四系。
(3)盆地东南部的沧州和兴恒隆被古近系和第四纪覆盖，成为地下隐蔽隆起。
(4)碳酸盐岩及其潜山含水系统明显下沉，深度增加，压力、温度和封闭性均增强。
(5)碳酸盐岩再次发生脱盐作用，储层孔、缝、洞、洞岩溶网络系统发育程度增强。
钻井揭示的中奥陶统、寒武系和中上元古界碳酸盐岩岩溶发育情况如下:钻井过程中放空的长度、冲洗液的漏失量和速度(图7-6)；碳酸盐岩岩心颗粒间、颗粒间、裂缝间的溶腔异常发育(图7-7)；岩石薄片显微照片显示有次生粒内、粒间、溶间孔洞异常发育(图版I-1 ~ 4、II-5 ~ 10、III-11 ~ 16、IV-17)；不同时期碳酸盐岩水抽提物的化学成分表明，碳酸盐岩的可溶性成分完全丧失，进入碳酸盐淋滤阶段(图7-8)。
图7-6冀中断陷盆地下古生界和中新元古代岩溶垂直分布图
图7-7冀中断陷盆地碳酸盐岩粒间裂隙溶孔发育图
图7-8冀中裂谷盆地碳酸盐水抽提物化学成分变化曲线
在早期岩溶形成和解体的基础上，冀中断陷盆地碳酸盐岩埋藏岩溶时代应是由晚中生代至早第三纪岩溶叠加改造而成的节理、洞、穴、洞相连的网络岩溶系统，不仅使不同时期碳酸盐岩组成的潜山深水具有连通统一的深水环流特征， 而且为下第三系生烃层生成的油气的运移和聚集提供了水文地质环境和场所，形成具有新的古储量的潜山油气藏。