地下水的形成与起源既是理论问题，也是一个重要的实际问题，长期以来世界上诸多不同学科(包括哲学家、建筑学家、物理学家、水文学家、地质学家、气象学家、农学家等)的学者做了卓有成效的专门性试验研究，提出诸多的地下水起源学说，主要有：
海水脱盐学说：地下水来源于海水，海水渗入到地壳内后，在地球化学作用下脱去盐分而形成的。
凝结学说：以德国水文学家福利盖尔为代表，他认为水汽经空气的流动进入地下后，与较冷的岩石颗粒接触，即凝结于其表面，凝结水聚集后即形成地下水。
渗入学说：罗马的建筑学家鲍利提出降雨和融雪渗入地下后形成地下水。这是以后进一步发展为渗透成因水的开始。
初生水学说：20世纪初，奥地利地质学家鸠斯认为岩浆中的氢和氧化合成为水蒸气，水蒸气在岩浆冷却时即凝结为深成地下水。
同生水学说：1908年俄国的安德鲁索夫提出该学说(也称埋藏水、封存水、残余水、化石水等)，他认为有些地下水是以前地质时代沉积过程中残留于岩层中的，这种水常和石油密切相关。这是沉积成因水的萌芽。
脱出水学说：很多水化矿物和含有结晶水的矿物，如芒硝(NaSO4·10H2O)、石膏(CaSO4·2H2O)和蛋白石(SiO2·nH2O)、褐铁矿(Fe2O3·3H2O)等，当其存在的环境条件发生变化时，例如构造活动形成的沉降带、深埋地下或物理化学的平衡条件被破坏时，就会放出或排出水分，参入地下水的组成。
此外，还有一些地下水起源的假说(包括：再生说、深成说、薄膜说等)就不再一一介绍了。
在上述地下水起源学说中，凝结学说与渗入学说针锋相对地争论了几个世纪，相互促进了这两个学说的发展。支持凝结学说的俄国农学家列别捷夫通过许多观测和实验，提出了水汽运动的压力观点，进一步发展了该学说。支持渗入学说的有17世纪法国物理学家马列奥特、气象学家加恩及俄国学者罗蒙诺索夫等。
随着科学实验资料的不断积累和生产实践的持续发展，地下水起源的学说由众说纷纭的初始创建阶段，逐步走向科学证据与认识相对统一的阶段。有些学说日趋成熟，尤其是近代石油、天然气勘探事业飞跃发展，对含油气盆地内地下水的形成与起源，水文地质工作者的认识基本趋向一致，形成共识，主要集中在以下几个学说上。
1.沉积成因水
含油气盆地内不论海相沉积还是陆相沉积都是在有水的环境下发生的，沉积物与水伴生，组成沉积作用水(软泥水)和沉积成因水，统称为沉积水。沉积作用水是在海底或湖底沉积物堆积时同软泥一起沉积下来的水，而沉积成因水的主要来源是湖底软泥水演化。我们都知道，沉积物从松散的软泥到成为岩石，一般都经历了压实、脱水和固结三个阶段。在地质历史发展过程中，随着时间的推移，沉积物逐渐加厚，上覆地层负荷的增加，在岩体重力作用下，使颗粒间体积减小，同时沉积物中一部分水被挤压排出进入孔隙相对较大的岩石中(如砂岩)，经历了深埋、变质等作用，形成了埋藏的层状水；还有一部分没排除的水仍保留在沉积物中一起被埋藏起来，通常称为古沉积水或封存水，它与前述压实脱出的水，共同组成了沉积成因水。海相沉积物中形成的水称海相沉积成因水，而陆相沉积物中形成的水为陆相沉积成因水，它们常埋藏在较深的封闭较好的含油气盆地中。
沉积成因水的存在，被实验及实际资料所证实。根据J.F.Burst等研究表明：压实的第一阶段(早成岩和中成岩早期)相当于最初孔隙水和过量层间水失去(沉积物含水量由70%～90%减至约30%)；随着压实作用的继续进行在相当于蒙脱石向混合层矿物转化并脱出结晶水的阶段(中成岩晚期)时，沉积物的含水量由30%减至5%。这部分水对油气的形成和运移具有重要的水文地球化学意义。在紧密压实的晚成岩作用阶段，最后脱出所剩余的结合水。根据压实作用下，孔隙度减小的体积，可换算出沉积成因水的水量，如冀中坳陷沙四段泥岩在古近纪末挤出水的总量为1799.04km3。沙一段泥岩挤出的流体量达60m3/m以上。在现代海边淤泥中，按体积比水的含量为40%～50%，有时达90%，而沉积的砂层中，水的含量约为15%～30%。我国青海湖，现代湖相沉积经早期成岩作用后，仍保留有10%～15%的孔隙水，沉积物岩土压实与孔隙度、容重及湿度的关系如图1-2，图1-3所示。
图1-2 第四纪沉积物湿度与孔隙度关系曲线
(据中科院兰州地质研究所，1979)
图1-3 青海湖第四纪沉积物压实阶段划分综合图
(据中科院兰州地质研究所，1979)
2.渗入成因水
在自然界中广泛存在着大气降水和地表水的渗入作用(包括大气中水汽的凝结渗入)。一般认为大气降水的渗入首先形成薄膜水(薄膜下渗)，达到最大薄膜水量之后，继续下渗的水则充填颗粒之间的毛细水(毛细下渗)，只有当包气带的毛细空隙完全被水充满时，则形成重力水的连续下渗(重力水渗入时的重力势是一个常量，方向始终向下)，而不断地补给地下水。由于油田水埋藏较深，渗入的过程需要很长的时间才能完成。
由此可知，下渗水分子的运动是在分子力、毛细力和重力的综合作用下进行的，水分子进入重力作用下运动时，大气降水的下渗强度，逐渐趋于稳定，图1-4的实际资料说明，渗入水的下渗率(单位时间内下渗的水量以水柱高度表示)，在 A 点以后，趋近于一个稳定值(fe)，反映了重力水的下渗运动值。
安德曼(1957，1960)在实验的基础上，用数学公式表达降水强度同渗入速度、孔隙空间未饱和程度和岩石渗透系数之间的关系，从理论上证明地下水的补给来源主要是大气降水的渗入。在地质历史的长河中，渗入水是深层地下水获得补给的重要水源之一。
图1-4 地表水下渗曲线
(据瓦房径流站资料)
渗入成因水的形成，受气候，水文等补给条件及地形地貌、地层构造等接受条件诸多因素的控制。汇水面积(或补给面积)的大小也影响着地下水的补给量，沉积盆地内承压水的补给面积，主要决定于含水层直接出露的面积，其次决定于盆地内地史上形成的剥蚀面、残丘及古隆起(包括后期被沉积覆盖的)中断裂—裂隙系统的发育程度。地下水埋藏深度，决定了渗水路径的长短，一般来说，降水渗入对地下水的补给量，将随着地下水埋深的增加而减少。
3.凝结成因水
作者根据前人研究的“初生水”、“再生水”、“内生水”及“岩浆水”等理论，总结为凝结成因水的概念，并将它作为油田水的一个组成部分。
1902年鸩斯在捷克斯洛伐克著名的碳酸水温泉区卡尔路维伐里提出“初生水”的理论。他认为“初生水”是直接由岩浆冷凝时分逸出来的水，并进入自然界水圈总循环。A.M.弗琴尼柯夫1940年指出，初生水在现代热水中未被发现。近期火山作用地区，无疑是有一部分水在高温条件下自矿物与岩石中脱出，由结合状态(结构水、结晶水、沸石水等)转变为游离状态而进入现代地下水圈，但这种水不应称为“初生水”，而称为“再生水”更为合适。另外，他也指出，岩浆活动使得水在岩石中的迁移(包括水中元素)作用更为积极，并具有某些特殊的化学成分。也认为岩浆中确实有水存在并参与地下水圈的组成。1975年E.C.加弗里连科在承认初生水的基础上提出了“深成水”的概念，他认为深成水包括自地幔向地壳层和地表运移的初生水，从岩浆源离析出来的水和在变质作用过程中产生的变质水(有人也称为“内生水”)。
众所周知，含有大量气态物质的原生岩浆在冷却过程中将气态物质分离出来，在温度、压力较低的环境里，其中的水蒸气凝结而成为地下水。也就是说，凝结水是气态水因地热环境的变化转变为液态水。
实际资料证明，岩浆中含有大量的水分，并且其含水量随埋深有所增加，如酸性岩浆在900℃时，于2km深处，含水量3.75%，当进入15km时，为9.4%，说明饱含水的岩浆在冷凝过程中，可以释放出大量的水。作者认为这种水包括气态物质变换的水统称为凝结成因水更为确切。
尽管凝结成因水在油田水储量的组成中所占比例较小，但在一些断裂和火山活动比较发育的盆地(尤其是拉张型盆地)中，凝结成因水与油气有着密切的关系。
4.深成水
深成地下水具有多源性，上地幔软流圈是深成地下水的原生水源域，岩浆壳的花岗质层为其次生水源域。从成因上分析，在原生源域形成地幔水，包括初生的高热离解水汽及高热饱气初生水。在次生水源域形成岩浆水，包括岩浆分异水汽，底部岩浆分异水及重熔再生水。软流圈是地球水圈底部活动性最强的层圈，其活动性具有重要的水文地质意义。
天然水的起源与地球本身的起源有关，地球形成时，在其深部层圈中聚集着大量的易挥发组分，其中包括H2O。来自上地幔带软流圈中的水溶液，深成含矿热液沿深大断裂运动，地幔水进入地壳的花岗质岩层中，会产生一系列复杂的作用过程——区域变质作用、交代作用和花岗岩化作用。这些作用的总趋势是离不开水，水是最活跃的参与者。当作用终止后，水则脱出，形成变质成因的和岩浆期后的“再造”溶液，不断向上运移到地壳沉积圈。
深成水是天然活性热水溶液系统，水的正常四方体结构及分子间氢键受到破坏，热水溶液发生活化，具有化学势增高、pH值降低，以及对无机化合物、矿物的溶解能力增强等异常的物理化学性质。
石油水文地质工作者，根据地下水在自然界的分布与赋存的空间部位，提出了深成水参与石油、天然气矿床的形成，具有重要的理论价值与实际意义。
综上所述，油田水的起源与成因比较复杂。我国众多含油气盆地油田水的组成也不尽相同，就对油气藏形成所起作用大小而言，沉积成因水和渗入成因起了主导作用，而凝结成因水和深成水在局部地区或特定地质条件下有一定的意义。这些不同成因的水，参与了地壳中水的地质-水文循环全过程(图1-5)。
图1-5 地壳中水的水文(Ⅰ)及地质(Ⅱ)循环的关系