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地下水水化学特征的形成受区域的地质、地貌、水文地质条件和地下水运动规律的控制，特别是在含水层的经过溶滤、交替、吸附、蒸发等水文地球化学作用的结果，使水化学组分比较复杂，但地下水水化学特征在空间上具有一定的规律性。
衡水地区地下水的水质基本上分为淡水与咸水二种，就其水平分布和埋藏条件来看，分为全淡区、上咸下淡区、浅淡中咸深淡区。这里所指的咸水是地下水含盐量超过2g/L的水，咸水和淡水不是突变，而是渐变的关系。
研究区浅层淡水的分布及水化学类型，不论在垂直方向或水平方向上的变化都比较大。浅层淡水分布面积占54%，底板埋深一般为20～30m，最浅或最深的地段分别为10m和70m。
西北部安平、饶阳、深县北部一带的全淡区地下水循环交替作用强烈，形成较为单一的低矿化的HCO 3 -Na·Mg水，由西向东沿地下水流动方向逐渐过渡到HCO 3 ·SO 4 -Na·Mg·Ca水，矿化度均小于1g/L（一般为0.2～0.6g/L），具有较明显的水平分带特征。
中部地区零星分布的浅层淡水，水循环交替作用较全淡区相对减弱，水的矿化度相对增高，一般为1.0～2.0g/L。水化学类型主要是HCO 3 ·SO 4 -Na·Mg型或HCO 3 ·Cl-Na·Mg水，有少数地段出现有Cl·HCO 3 -Na·Mg水或Cl·SO 4 -Na·Mg水。
东部、东南部，沿河道呈条带状大片分布的浅层淡水，是本区水质好，水量大的良好水源，水循环交替作用强烈。矿化度一般为0.6～2.0g/L，水化学类型主要是HCO 3 -Na·Mg水或HCO 3 ·SO 4 -Na·Mg水、HCO 3 ·Cl-Na·Mg·Ca水。
总的看来，浅层淡水比较发育，它的分布范围、形态和河道的走向具有明显的一致性。除衡水中部零星分布的浅层淡水的水化学类型具有二元结构外，其他地区水化学类型均较单一，多呈HCO 3 水（重碳酸水）出现。说明浅层淡水均受大气降水直接补给、水环循交替作用强烈。
在靠近河道带地段或处于大量开采的地段浅层淡水在周期性的采、补作用下，加快了地下水的循环更迭，有可能使浅层淡水进一步向更淡的趋势发展。远离河道零星分布或未经大量开采的浅层淡水地毁，水的矿化度略高，除以HCO为主外，尚增加了Cl － 或SO。
衡水地区深层淡水广泛分布，是本区重要的供水水源。据含水层组划分，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水组为深层淡水，各含水组水化学分布规律受沉积物质来源的影响和控制。按沉积物质来源可将本区第Ⅱ、Ⅲ含水组大致划分为西北部、东—东南部和中部三个地区（图3-12）。
图3-12深层地下水水化学图
西北部地区，因受滹沱河水系近山河流的影响，沉积物为一套近山河流的冲洪积堆积物，地下水由西向东流，水循环交替作用强烈，矿化度低，一般小于1g/L。水化学类型从西北向东南依次是HCO 3 -Na·Ca·Mg水；SO 4 -Na·Mg（·Ca）水；Cl·SO 4 -Na（·Mg·Ca）水。水的矿化度也随地下水的流向依次略有增高、形成了非常明显的水平分带规律。
东-东南部地区，主要受黄河、漳卫河系远山河流的影响，沉积物为一套冲积湖积沉积物，地下水由西南流向北东、水循环交替作用也较强烈，水化学类型主要是以HCO 3 -Na水或HCO 3 ·SO 4 （Cl）-Na水为主。水的矿化度一般不大于1g/L。
中部地区，处于两大区域的过渡地带，各种成因类型犬牙交错在一起，渗透性相对较低。水的循环交替条件相对较弱，出现了较为复杂的SO 4 ·Cl·HCO 3 -Na水，Cl·SO 4 -Na（·Mg·Ca）水及Cl-Na水。矿化度相对增高，一般均小于2g/L。
第Ⅳ含水组的水化学特点，基本上从属于第Ⅱ、Ⅲ含水组的特点，在水平方向上的分带具有同一性。就整个深层淡水看来，在垂向上无论是矿化度或者是水化学类型均未发现明显的分带特征。这与各含水层组之间具有一定的水力联系有关。虽然各含水组的水头值有较显著的差别，这和含水层组局部有隔水层的存在有关。但从各含水层之间的水力联系，咸淡水之间的渐变关系上看，地下水在垂向上具有一定的交替作用。如饶阳一带，从井深几十米至300余米所取得的水质资料来看，均为HCO 3 ·SO 4 -Na（·Ca·Mg）水。衡水城关一带，从上至下300余米水化学类型基本上是Cl·SO 4 （·HCO 3 ）-Na（·Mg·Ca）型水。从上述二处的水质成果可以看出，地下水在垂向上虽然有些阴阳离子的增减，但是基本水型变化不大。
衡水地区除西北部为全淡区外，其他地区均有咸水分布。咸水顶界埋深一般为20～70m（上部为浅层淡水），有的地段咸水直接出露地表，占全区面积的46%。咸水层的底界是由西北向东南倾斜的一个波状起伏面，咸水层厚度是西部薄、东部厚，东部底界埋深达220m，厚度相差悬殊，一般为20～150m不等。与浅层淡水和深层淡水是渐变关系，按水的矿化度大于2g/L作为咸水层来看，咸水层本身的矿化度亦是很不均一的。咸水层本身上、中、下三部的矿化度有很大的差别，中部矿化度偏高，上、下部的矿化度逐渐降低到矿化度小于2g/L的淡水。
咸水层的分布及其形态变化与地下水在沉积物中的活动、咸水层岩性本身的盐分含量等有直接的关系。滏阳河西北部咸水层埋深浅，厚度薄，一般在20～40m，水的矿化度一般不大于10g/L。中部和滏阳河东南部咸水层埋深逐渐加深，厚度增大，一般为40～100m，东南部加深到100m以上至220m，水的矿化度较西北部显著增高，达10～20g/L。衡水中部一带发现咸水矿化度已超过海水含盐量达到30g/L左右。
咸水水化学类型主要是Cl·SO 4 -Na·Mg水、SO 4 ·Cl-Na·Mg水或SO 4 ·Cl·HCO 3 -Na·Mg水。阳离子基本稳定，阴离子组合虽在含量上有些变化，但咸水的基本水型仍以Cl·SO 4 或SO 4 ·Cl为主。
咸水层除矿化度在垂向上有明显的由低到高，再由高到低的渐变关系外，在水化学成分上以Cl·SO 4 -Na水居多。另外研究区出露的SO 4 ·Cl-Na水，可能与大陆盐化石膏沉淀有关。分布广泛的Cl·SO 4 -Na水，Na ＋ 相对增加，有的咸水中还具有一定含量的HCO。有可能是咸水发生水平径流交替离子吸附作用，或者是咸水与淡水发生混合作用的结果。
关于咸水的成因问题，根据地层和含水层组资料分析，在目前的勘探深度内未发现有足够证据的海相层以及有关的海浸痕迹。初步认为咸水的形成可能是在第四纪沉积物堆积过程中，在气候的影响下，水的浓缩盐分累积，含水层岩性本身含盐量的偏高，以及地下水的循环交替迟缓等因素有关。