该阶段的水文地质工作主要集中在水-岩-油相互作用的平衡研究，任务比较繁重，主要有以下几个方面。
1.注水水源与水化学成分特征的研究
油田开发过程中，为了保持地层压力，常采用早期注水的方法，以提高油气采收率，达到长期稳产、高产的开发效果。因此，注水前必须要查清区域水文地质条件，准备好足够的水源或水源基地。注水前，首先要研究油层的水文地质特点，包括水的流动(或驱动)类型和水化学成分，为选择适与注水的优良水质或同油田水化学成分相匹配的水源提供依据，以防止注入水与之混合后发生化学沉淀，堵塞油层。例如：我国较多油田水为CaCl2型水，虽然离子组合是Cl--Na+，但随矿化度增高，钙离子的浓度相对增大，此时，不能采用含有大量碳酸盐的水进行注水，否则就会形成碳酸钙沉淀，降低注水效果，影响采油率；再如NaHCO3型水，在矿化度增高时，就具备了结垢物形成的离子条件，导致结垢趋势及其分布的不均一性。在地下由于温度升高，使得碳酸钙等化合物的溶解度下降，进一步促进结垢的形成。生成碳酸钙和硫酸钙是吸热沉淀反应，温度升高，促使平衡向生成沉淀的方向移动，在温度达到86℃时，恰好是碳酸钙的结垢点。因此，这类沉淀的生成是地温越高，沉淀反应越易发生。
除CaCO3和CaSO4外，还要注意Fe2+，Sr2+，Ba2+等离子同
目前，我国许多油田进入含水的中后期，同原油一起采出大量的油田水(亦称油田污水)，有的油田综合含水率达90%以上，因此，大量采用油田污水进行回注，不仅提供了注水的新水源，提高了驱油效率，而且有利于改善和保护环境，防止因长期大量采用地下水而形成下降漏斗，导致地面沉陷。不管采用何种水进行注水，都要按不同油气藏或不同类型地层等研究注入水的水质(包括机械、杂质含量、腐蚀性、溶解氧的含量及含油量等)，以确保油田的正常开发，从而提高油气的最终采收率。
此外，在油气藏开发过程中，监测和辨别侵入水的来源、水淹及防止腐蚀等，也是水文地质工作者必须研究的课题。
2.水-岩相互作用的研究
该作用发生在水介质中，因而可以从地下水化学特征重塑矿物的溶解-沉淀和离子交换、吸附过程。
地下水循环和储存于岩石空隙中，在地质历史发展过程中，二者之间发生一系列的化学、物理化学等作用。地下水不仅从岩石中获得了丰富的物质组成，而且也改变着岩石结构和成分，溶滤与溶解，沉淀与胶结等地球化学作用是同步进行的。地下水与岩石之间进行着极其活跃的物质交替。“水流经的岩石怎样，水也就是怎样”这句古老的希腊名言，虽然形象而真实的说明水化学成分依赖于周围岩石，但应该看到地下水也在不断地改变着岩石的性质。水-岩相互作用的结果，使二者成分趋向动平衡，呈现相互依存的关系。从这个角度讲，地下水化学成分反映了地区的地质发展历史。
地下水在溶解和溶滤岩石，使化学成分不断地向水中转移的同时，也破坏着岩石的矿物晶格，如水对粘土矿物(高岭石、绿泥石、伊利石及其混合层矿物等)的作用，导致岩石的孔隙度和渗透率下降，同时也使水中钠离子含量增高，出现了
油田水矿化度一般都比较高，流速极缓，水岩相互作用的时间长，尤其在封闭的还原环境下，水中某些离子含量增加很快，当超过本身的浓度积时，就会发生沉淀和结晶，如自生高岭石和石英的再沉淀等。油田水中含有较高的有机组分，对围岩结构和成分产生颇大影响，如有机酸的存在，可加速储层中长石和岩屑颗粒的溶解，形成和发育大量的次生孔隙。如塔里木盆地东部石炭系油田水中有机酸含量高达(361～926)×10-6，侏罗系油田水中有机酸含量最高达1914.35×10-6。导致碳酸盐溶解度升高，碳酸盐岩、硅铝酸盐岩及长石等矿物发生化学溶解，是本区次生孔隙成因的主要机理。
鄂尔多斯盆地中生界上三叠统和中下侏罗统储层据显微薄片鉴定具有较多的碳酸盐化的胶结物，使孔隙度和渗透率降低，岩性致密性程度高，显然与地下水的溶解、沉淀活动有关，同油田水矿化度高(20～89g/L)，Na+含量占离子总和的40%～49%；Cl-含量占离子总和的41%～48%，以Cl--Na+型离子组合为主，油田水运动处于停滞状态，化学成分具有分块分片分布的特征是一致的。值得提及的是，本区地下水中
冀中坳陷古潜山地下水与岩石相互作用的过程，溯源至从蓟县纪铁岭期沉积后开始的，由于铁岭运动造成的沉积间断，使中元古界长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组和铁岭组遭受大气降水的冲刷和淋滤作用，岩溶化的结果，导致储集层由孔隙型转变为扩大了的孔洞、缝联通的岩溶系统。地下水化学成分也相应的发生了变化。以后在漫长地质历史发展过程中，又经历埋藏封闭，再次淋滤等多期水文地质作用，在水-岩反复作用下，发展为近代岩溶-裂隙型溶滤水，其发展过程如表1-9所示。
表1-9 古潜山地下水形成及其与岩石关系
水岩成分转换的地球化学形迹与证据，不仅在岩心中异常清楚，即碳酸盐岩中可见溶蚀型孔洞(包括粒间、晶间及缝间的等)(图1-23)。而且岩石薄片鉴定是也证明次生粒内、粒间溶孔很发育，溶孔和微构造缝相通，缝中多充填了黄铁矿。
图1-23 冀中坳陷碳酸盐岩粒间晶间缝间溶蚀孔洞发育图
A—雾迷山组白云岩岩心中沿缝呈串珠状溶蚀孔洞含油(黑色)；B—雾迷山组角砾状和藻(团)白云岩岩心中呈串珠状孔洞
总之，本区岩溶水在其形成发展的运动过程中，不断地改造着所赋存的介质环境，不仅扩大了储集空间，而且碳酸盐岩不断地经历了淡化作用，直至进入碳酸盐晚期溶滤阶段。表现在早期形成的岩石，其水的提取液化学成分由重碳酸钙盐占绝对优势的地位，被后期的硫酸钠盐所取代。
在后述的水化学成分形成作用中，还将涉及水-岩相互作用的问题，在此不再赘述。
3.油气水相互作用的研究
油气水是地质流体的重要组成部分，是当今地质领域中综合性很强的热门课题。该项研究的重点主要集中在以下几个方面：一是石油、天然气、地下水混融过程中化学成分的变化规律；二是油水界面，特别是渗入成因水与油气的接触带——油气性质变化的重要界面；另一个研究内容是油气藏形成的驱动类型。
水是一种良好的溶剂，具有溶解许多物质(包括固体的有机物和无机物、液体和气体等)的性能。在沉积盆地内，地下水参与了烃类的形成及其所经历的物理、化学反应之全过程。可以这样说，水是与油气接触最为密切的流体，在漫长的地质历史中，二者必然会产生元素的迁移与交换作用，使地下水与油气之间在化学组成等方面具有亲缘关系。研究沉积盆地的地下水与油气之间发生的相互作用，具有重要的理论意义和实际应用价值。
石油与水相互作用的结果，使地下水从油气中获得某些标型组分——以烷烃和芳烃为主的有机物质，演变成具有迥然不同性质的油田水，并且随着油气运移方向，同原油性质产生同步或相应的变化。如冀中坳陷廊固凹陷沙三段和沙四段的油气在水动力等作用下，自凹陷中心向牛北斜坡运移，沿此方向，原油性质、天然气组成同水化学成分的变化趋势是一致的(表1-10)。
表1-10 廊固凹陷油气性质与水化学成分变化表
石油与水相互作用的另一结果是石油遭受氧化，形成重质油〔系指密度大于0.934、黏度为(100～1000)×10-3Pa·s的原油〕。前已述及，含油气盆地是自流水盆地的一部分，石油与水长期接触，某些组分，尤其是轻组分转入水中或被水解氧化，形成高分子烃和杂原子化合物含量较多，并具有胶质高、蜡质低及凝固点低的原油。从水文地质观点出发认为，任何含油气盆地都赋存有重质油，而且空间分布很有规律。尽管重质油的形成因素多种多样(原始有机质类型、热成熟度、构造运动使挥发组分散失、水洗、氧化及生物降解等)，但它们都是在水的参与下进行的，由于地下水的蚀变作用使原油密度增大、黏度稠、胶质和沥青质含量增高，甚至可形成沥青和难易开采的焦油。重质油主要集中分布在古水文地质和现代水文地质作用比较活跃的凹陷边缘斜坡、凸起和断阶带附近(图1-24)。
油水动态与界面变化是油气合理科学地开发和稳产的重要参数。同时油水过渡带的高低，直接控制圈闭的含油气程度，如松辽盆地葡萄花油层的油水过渡带的高度在3.6～62.5m之间，而油田范围内均小于20m，亦就是说，在油水过渡带较低的地区，扩大油气产量的几率是很高的。这是根据沉积成因水与油气的关系做出的判断。从水文地质角度出发，还应当在自流水盆地或次一级的自流水盆地内确定油水分界面(带)，它是渗入成因水与油气的接触面、氧化环境与还原环境的分界带、承压水与非承压水的分界点，这也是确定含油气盆地边界的主要依据。确定油水分界面的依据是：古代和现代渗入水的水动力转折带、水化学成分变质的起始点、原油氧化的地球化学迹象及储集层砂岩的孔隙结构特征等。在一般情况下，油水分界面可以视为油气富集程度的分界线，从界面向盆地内部是发现大油气田，进行油气开发的重点靶区，而界面以外，基本上是无油气远景的地区。
图1-24 东营凹陷重质油藏分布图
油水界面研究的另一个重要意义是发现水动力圈闭。当油水界面的倾斜度加大时，不具备圈闭条件的砂岩，有可能使油气被圈闭。水动力圈闭的位置和形态，取决于地层倾斜度(倾角)、流体密度、水流速度和方向。当地层下倾方向的倾角大于油水界面的倾角，或地层上倾方向的倾角小于油水界面的倾角时，是地下水流动方向上形成水动力圈闭油气藏的必要条件。
油气藏形成的水动力条件与驱动类型，石油地质学者已做了大量的研究，取得丰富的成果。作为水文地质工作者在研究上述问题时，还要考虑以下几点：
自流水盆地内，地下水有着统一的补给、径流、排泄的运动规律，亦就是说存在着区域性水动力联系，就是在孔隙度和渗透率较差的地层中也同样如此。当然区域性水动力联系与油气区域运移不能混为一谈。具有区域性水动力联系，并不意味着油气也必定作区域性运移，要对具体地质条件作具体分析。但有一点是肯定的，即含油气盆地的在区域上保持着连续的、统一的水头压力。查清地下水的流动方向与强度，对分析研究盆地内油气运移的总趋势、判断油气聚集的有利地区具有一定指导意义。
油气一般在地下水流动速度变慢或流速较缓，即水动力条件较弱的地区聚集成藏。此时的水化学成分也发生变质作用，在水动力资料不多的情况下，利用水化学成分可以推断水动力特征。水具有较小的黏滞性和较大的流动性，使水能在多孔介质中“畅通无阻”地运动。地下水的浮力和渗流为油气运移提供了必要的动力。
前述三个阶段，概述了油气水文地质研究的主要内容与领域，还有像水资源及其环境保护，油田水的开发与综合利用等，不一一叙述了。随着油气勘探开发的不断发展、新能源的开拓等，水文地质研究必然会向更高、更新的水平发展。