大港油田埕北断阶区地层水化学特征与油气成藏.pdf

第30卷第3期 名沾专天然气地力 0IL&GASGEO L OGY 2009年6月 文章编号：0253 9985(2009)03 0268 07 大港油田埕北断 阶区地层水 化学特征与油气成藏 张宗峰，查明，高长海 (中国石油大学地球资源与信息学院，山东 东营257061) 摘要：大港油田埕北断 阶区古近 一 新近系地层水具 有微成水 的特征，阳离子含量Na +K Ca “ M g “ ，阴离子含量 C1 一 H C 03 - SO： 一 C O； 一 ，cI 一 在 一 定程度上控制着总离子量。地层水矿化度具有 明显的垂向分带性，水 型以高矿化度 的NaH C O，型为主，在研究区广泛分布。根据地层水矿化度与化学成分的纵 向变化，可 以划分为正向型、反向型及多向型水 化学剖面；反向型和多向型剖面反映地层纵向连通性好，利于 油气运移。根据矿化度、离子含量、钠氯系数、脱硫系数等参数 的纵 向分布，将水化学动力带分为地层水交替流畅带、交替阻滞带和交替迟缓带3类。交替迟缓带 一 般位于流体 封存箱之 下，地层水矿化度相对较高，是油气富集 的区域。据此，预测张东、张东东地区的古近系沙河街组是油气勘探的有利目标区。 关键词：油气运移；油气聚集；油气分布；地层水化学；大港油田 中图分类号：T E l 22 3 文献标识码：A H ydrochem icalcharacteristicsand hydrocarbonaccum ulation intheChengbeifaultterracezone ofDagangoilfield ZhangZongfeng，ZhaMing，GaoC hanghai (Col l egeofG eo r esour ces andInfor m ation，Chi naUniversityofPetr oleum ，D ong ying，S hatMong257061，China) A bstract：The g r oundwaterintheTertiaryChengbeifaultter racezoneintheDagangoil fieldisconsideredtobe mil d l y salinewaterThecontents ofpositiveionsarecharacterized byNa +K Ca 。 M g n andthecon tents ofn egativeionsfeatureinC1 一 HC03 - S Oi 一 C O； 一 TheC 1 一 contr olsthetotalioncontentThesalinity ofgroundwater show sobviou s verticalzonation sThehi ghsal init yNaH C03 w ateristhe m aint ype anddi stributes widel yi nthe studyar eaAccordingtotheverticalchangeofsalinityandchemicalcom p osition s ofthe g r oundw a ter，thr eet y pes ofhyd rochemicalpr ofilescouldberecognized，including positivetype ，rever sedty pe andm ulti directionalt ype Thereversedandm ulti di r ectionalt y pepr of i les r eflectthattheverticalconn ectivit yi sfine ，m a kingitgoodforhydr ocarbonmi g rationBasedonthe verticaldistributionofparam eters suchas salinit y，i oncon tent，Na 一C1 一 r atioandcoefficientofdesul furization ，w e havedividedthehydr ochemiealdynamicalzonesinto threet y pes：th eformationw ater exchangesm oothzone ，the exchangeretardationzoneandtheexchangedilatori - ness zoneUsual l yund erthefluidcom part m entandwithr elativel yhighsal init y，th eexchangedilatoriness zoneis consideredrichinoilandgasT her efor e ，w e have predi ctedthattheShahejieFormationsintheZhangdongand easternZhangdongareasarefavor ableexplor ationtargets K e y words：hydr ocarbonmi g ration；hyd rocarbonaccumulation ；hyd r ocarbondistribution；hydroehemistry；Da g angoilfiel d 地层水存在于任何 一 个 油气藏的流体系统 中，它是油气运移、聚集的载体，和油气之间存在 着经常性 的物质成分交换，其特征及运动规律与 油气的生成、运聚及油气藏的形成、保存和破坏有 着十分密切 的联 系 。地层水化学成分反映了沉 积、成岩或成藏过程中流体与围岩相互作用的结 果，研究地层水的性质、化学特征和分布规律对揭 示沉积成岩作用、油气运移、聚集成藏规律等具有 收稿日期：2008 11 26。 第 一 作者简介：张宗峰(198 2 一 )，男，硕士研究生，油气藏形成与分布。 基金项目：中国石油大港油田分公司科技项目(D G YT 一 2006 一 JS 一 4 681)。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期张宗峰，等 大港油田埕北断阶区地层水化学特征与油气成藏269 重要的意义 。一 引 。本文在对大港油田埕北断阶区 20余口井水化学成分测试数据分析 的基 础上 ，对 古近系沙河街组、东营组 和新近系馆陶组、明化镇 组的水化学和水动 力场进行了分 析，目的是探讨 地下水与油气运移、聚集和保存的关系。 1 区域地质背景 大港油田埕北断阶区处于渤海湾盆地黄骅坳 陷中区东侧，北起歧 东 构造带，南至埕宁隆起北 缘，西达羊二庄 一 友谊地区，东至大港矿区边 界 (图 1)。 埕北断阶区发育在歧口凹陷南斜坡，受 盆地 基底背景及新生代地层 主断裂分 布的控制，呈 现 出南、北分带的构造特征。区内断裂发育，各断块 表现为逐级抬 升的台阶状，形成断阶结 构。埕北 断阶区自下 而上发育了中 一 下三叠统、中 一 下侏罗 统、古近系沙河街组 和东 营组、新近系馆 陶组和明 化镇组 及第四系平原组 地层。该区紧邻歧口凹 陷，发育沙(河街组)三段、沙二段、沙 一 段 及东 营 组4套生油层系，自下 而上发育前古近系、古近系 沙河街组和东营组、新近系馆陶组 和明化镇组等 储集层 引 。区内构造类型多样，储集条件好，油源 充沛，油气资源 量大，目前已发现中生界、沙河街 组、东营组、馆陶组 和 明化镇组等多套含 油层 系。 受构造背景影响，且处于渤海湾盆地滩海地区，导 致研究区地层水化学特征变化较为复杂。 图1埕北断阶区构造位置 Fi g 1Thestr ucturallocationoftheChengbeifault terrace zone ? 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 270石油 与天然 气地质第30卷 2 地层水地球化学特征 21 地层水成分 该区地层水在化 学组成上以 cl 一 ，H CO；， Na ，K 等离子为主，其次为 ca n ，Mg ，CO； 一 ， SOj 一 。对地层水的统计 分析发现，cl 一 含 量为 390 12638m gL ，占阴离子总 量的 1376 8813；HC O；含量为259 535 8m gL ，占阴 离子总量的 556 8 981 ；Na (包括 K ) 含 量为 638 824 9m gL ，占阳离子总 量 的 6862 9949 ；Ca “ 含 量为5 767m gL， 占阳离子总量 的0 31 2227 。阳离子含量 Na +K Ca “ M g h ，Na +K 含量平均为 3 64 0m gL；阴离子含量 C 1 一 HC 03SO： 一 C O； 一 ，cl 一 含量平均为4 530m gL 。 研究区地层水中各盐类离子含量高低相差悬 殊。阳离子中以碱金属离子 Na 占绝对优势，占 阳离子 总量 的95以上，具有明显的向某 一 元素 端元集中的特点。其成因除与元素的地球化学性 质有关外，可能与研究区地层富集油，改变了地层 的水文地球化 学环境，从而有利于 Na 离子或钠 盐富集有关。阴离子以cl 一 和H C 03 - 为主，且 C l 一 含量又相对高于 HC O；的含量 ，这与研 究区处于 渤海湾盆地滩海地区的环境有关。不同层位的地 层水在化学组成上也存在差异。在沙二段和东营 组上段多数地层水阴离子以 H CO；为主 ，Cl 一 次之。 22地层水矿化度 本区地层水的总矿化度偏低，具有微咸水的特 点。矿化度与盐类离子之间有着 一 定 的相关关系。 研究区地层水矿化度与 c】 一 和Na 之间的线性关系 最明显(图2)，s 0： 一 离子次之，ca 和M g n 最小， 表明地层水中的C l 一 在 一 定程度上控制着总离子量。 根据地层水矿化度与化学成分的纵向变化，可 以划分为正向型、反 向型及多向型水化学剖面 _】 引 。 正向型剖面以地层水矿化度、氯离子含量等由浅至 深逐渐增大及钠离子含量 、硫酸根离子含量、钠氯 比值及脱硫系数 由浅至深逐渐减小为特征，反 向型 剖面则正好与之相反，而多向型剖面则表现为地层 水环境指标随深度可增可减。其中，正向型反映了 地层正常的埋藏变质史及地层纵 向上的连通性较 差；反向型 和多向型则说明了由于断裂 的连通作 用，使深、浅层水得以多层位沟通。研究区地层水 化学剖面变化复杂(图3)，在1500 4000n1范围 内地层水矿化度 呈现增大 一 减小 一 增大 一 减小 的 总体趋势，部分井表现为正向型、多向型的水化学剖 面。据研究区20余口井的地层水资料统计，多向型 水化学剖面占90，而同 一 层位内多为正向型剖面。 23 地层水水型 苏林(1946)将地 层水水型划 分 为 CaCl ：， NaHC O 。，MgC l：及 Na：S0。型 ，认 为地表水或浅层 地下水主要是Na2S O。型、矿化度比较 低，深层主 要是 CaC l ，型水、矿化度 最高，两者之 间 一 般是 M gCl，型水；而在浅层和深层均可存在 NaHCO ，型 水， 一 般浅层 矿化度低，深层 则较高。按其分类， 研究区存在4种水型(图4)。其 中，NaH C O ，型是 本区最主要的水型，在研究区广泛分布；仅在局部 地区存在CaCl，型水，如张东地区张海 2 1 、张海 2 2井 ，它们位于断裂带附近，显示可能与深部地 下水热流体沿断裂活动有关；以及QK l 7 9 2井 区的侏罗系和沙 河街组的 M gC l，型水和张 14 1 图2埕北断阶区地层水矿化度与离子含量关系 Fi g 2The r e lationshi pb etw eensalinityandioncontents ofthegroundwaterintheC hengbeifault ter racezone 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期张宗峰，等 大港油田埕北断 阶区地层水化学特征与油气成藏271 【 Ca2 (mgL “) 02004 00600800 图3埕 北断阶区地层水化学剖面 F i g 3ThehydrochemistryprofileoftheChengbeifaultter racezon e 井沙二中亚段的Na：S 0。型水，说 明当时处于开放 氧化性 的环境 中，不利于油气的保存。 3 地层水化学与油气成藏 地层水化学特征 反 映了 一 种构造背景下成藏 环境的优劣，其变 化反映了油气成藏环境的 变 化 ” 叫 (表 1)。 31 矿化度、水型与油气成藏 总矿化度对地层水的化 学 性质起着主导作 用，而不同的水化学性 质 反 映不同的地质环境和 油气保存条件 。高矿化度本 身与油气 藏的形 成、分布有着密 切关系，矿 化 度 升高的方向 一 般 是油气的聚集方 向 引 ，C aCl ，型和高矿 化度的 NaHC O ，型地层水有利于油气的聚集。 研究区平面地层水矿化度分布存在差异，张东 水 化 学 分 带 地区地层水总矿化度平均为8 931 m#L ，关家堡地 区地层水总矿化度平均为10 781 m gL，地层水总矿 化度分布具有 自北向南、自西向东增高的趋势(图 4)，反映该地区原油来自歧口 、歧南两个生油凹陷。 歧南凹陷和歧口凹陷向张东构造区矿化度陡然升 高，由于流体在这些部位流动不畅，油气保存条件 相对较好，张东地区沙二段已发现的油气藏正好处 在这些部位上。关家堡地区沙 一 段为地层水矿化 度高值区，庄海5、庄海 8井地层水总矿化 度高达 10 000m gL，反映该区为还原环境，油气保存好，该 部位也是油藏发育的有利部位。研究区水型基本 上为高矿化度的NaHCO，型，尤其是广泛分布在各 构造带的断裂附近，该水型更多反映的是水交替强 烈的动荡环境。仅在局部地区出现较高矿化度的 CaC l ，型水。这 一 方面与地层中的 长石矿 物 有 关 引 ，另 一 方面可能是由于凹陷区烃源岩进入成 熟 一 过成熟阶段，生成 的轻质油气沿不整合面或断 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 272石油与天然气地质第30卷 图4埕北断阶区沙河街组 地层水水型及矿化度分布 Fi g4 T hew aterty pes anddistributionofgr ou ndwater salinityoftheShahejieFormationintheChengbeifault ter r aceZOY l e 表1埕北 断阶区水化学特征与油气运聚关系 Table1The relationshi pofhydrochemi c aicharacteristicsand hydr oc a rbonmi grati onintheChengbeifaultterracezone 层运移并在有利区带聚集成藏，其中伴生的CO，气 体进入地层水中形成高矿化度的NaHC O，型水 。 纵向上地层水水型在不同地区的不同层位也 存在 一 定的差异。比如歧东地区QK l 7 9 2井 区中生界、沙河街组 地层水水型为M gC l，型；张东 地区张海2 1井沙二下亚段为NaH C O ，型水，向 上变为CaCl，型水，至沙二中亚段又变为NaH C O， 型水。这说明纵 向上流体流通不畅，地 下水处于 还原环境，这对油气藏保存是 一 种有利条件。 32 钠氯系数(r r旷 ) 与 油气成藏 钠氯系数(r r。 一 )(亦称变质系数)是表征 地下水变质程度的参数。其值越大，表明地下水 变质强度大，受渗入水影响越 明显，对烃类的保存 越不利；相反其值越小，则反映地层水受渗入水影 响越弱，对烃类的保存越有利 。标准海洋水 r” r f卜值为 08 5 ，经强烈蒸发浓缩的残余海 相(或陆 相 )沉积水 rr旷 值小于0 8 5 ，岩盐 层溶滤水 rr旷 值 一 般近于 1或大于1 ，与大气降水淋滤 作用有关的地下水的 rr旷 值 一 般大于 1 20J 。 埕北断阶区地层水钠氯系数变化介于053 4】 9之间。 张14 1井沙河街组 地层水rr c I 一 值为0 81 094 ，反映该水体受地表水渗入的影 响较大；而QK l 7 9 2井沙河街组 地层水r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期张宗峰，等 大港 油田埕 北断阶区地层水化学特征与油气成藏273 r。卜值仅053 ，其变质程度较小，利于油气的保存。 研究区钠氯系数的平面变化规律不明显，这在 一 定程度上反映了水动力较强到过 渡 的特点。根据 研究区油气勘 探结果统计，油气藏 一 般都分布在 变质 系数 小于 15 的地区，因此将变 质系数 15 作 为本区有无油气的临界指标 。 33 脱硫系数 (100r 。 。 ； 一r旷 ) 与 油气成藏 脱硫系数(100r。； 一r。 ： 卜)是反映地下水氧化 还原环境 的重要指 标。脱硫 系数越小，地层 越 封 闭，还原环境越强，对油气的保存越有 利。 一 般情 况下，在封闭的油气藏 中，脱硫系数 一 般都很低。 埕北断阶区脱硫系数变 化 范围 较大，介于 025 2667之间 ， 一 般都大于 1 。如张14 1井 沙河街组地层水脱硫 系数为9 23 244 4 ，反映水 体活动 能 力较强，受地表水影响较大；张 10井 沙 三段地层水脱硫 系数较小 ，仅为0 25 。据统计，该 区含油地层水的脱硫 系数 一 般 均小于 20 ，因此将 20作为本区有无油气的临界指标 。 34 地层水化学环境与油气成藏 地层水的成因大致可分为溶滤 一 渗入水、混合 水和沉积 一 埋藏水3种类型，其对应的水文地质垂 直分带为 自由交替带、交替阻滞带和交替停止带。 2000 E 2 500 魁 嫩 相应地，水文地质环境由开启转为封闭，油气的保 存条件由差变好 0Mj 。 研究区地层水 化学垂向分 带性 特征明显，并 且与油气分布有密切关 系。深部高矿化度地 层水 可以沿断裂向上部运移，同时受浅层地 层水以及 大气淡水影响矿化度会降低，形 成正向型水 化学 剖面。部分井沙二中至沙二上亚段地 层水矿化度 陡然升高，向上又降低，形 成下部反 向、上部正向 的水化学剖面。因此，在封 闭较 好 的沙二中亚段 局部地段 出现较 高矿 化度NaHC O，型水区，是原 生油气藏有利发育区。 根据矿化度、离子含量、钠 氯 系数、脱 硫 系数 等参数的纵向分布，将水化学 动 力 带 分 为地层水 交替流畅带、交替阻滞带和交替迟缓带3类(图3， 图5)。地层水交替流畅带，各离子含量低，矿化度 低，钠氯系数、脱硫系数较大，反映较强水文交替 条件，封闭条件相对较弱， 一 般油气分布较少；地 层水交替阻滞带是离子含量逐渐增加 的地段，矿 化度基本不变，地层水交替程度较弱，可以有油气 分布；地层水交替迟缓带各离子含量高，矿化度高 值， 一 般对应钠氯系数、脱 硫系数低值，反映地层 封闭性增强，油气保存条件好，利于油气富集。从 图3中可以看出，该区存在两个 交替迟缓带，分别 对应2 000 m和3300m 深度范围。但从与油气 地层水矿化度( mgL “ ) 张东 一 张东东地区油、气、水层分布 水化学分带 )10 00020 000 油水层油层油气层 。 魄xx 、 + x x 。 + ，； 迟 缓 +，。 带 ，X 、， 阻 。 、 ) 0 滞 -： 带 迟 缓 带 _ 。 。 l ； - 乏 ，曩 ，。 、 、 、 l j ， ，i 。 一 。， ， ， 。 I 。 - ， n K 图5埕北断阶区地层水矿化度与油气分布关 系 Fi g 5Ther elationshi pb etw een g r oundwater salinit y andhydr ocarbondistributionintheC hengbeifaultter r acezone 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 274石油与天然气地质第30卷 分布关系 (图5)看，上部迟缓带几乎没有油气分 布，分析认为是与其与地表连通、地表水渗入影响 了它的保存有关。研究区在2000 m深度上 、下的 原油物性、PrPh值和(Pr +Ph)(nC l 7 +nC 。8)值 存在明显的差异。 2 000m以上的原油密度 、粘度 以及胶质 + 沥青质含量较之2000 m以下明显增 大，含蜡量，特别是凝 固点则显著降低；P rP h值和 (P r+ Ph)(nc，+nC 。 。)值由上部的稳定分 布变 为杂乱无章。这些特征也反映了2 000 11 1 上、下地 层的油气保存条件具有差异。 2 000m以上原油 物性的突变，特别是凝固点的大 幅度降低，在本区 主要是由于生物降解作用造成 的。这也解释了上 部交替迟缓带油气分布较少的原 因，即与油气保 存条件差有关。研究区在2 200 m以下 地层中开 始发育超压 ，下部交替迟缓 带处于超压封存箱 内，有利于油气成藏。 4 结论 1)根据地层水矿化度 与化学成分的纵 向变 化，可以划分为正向型、反 向型及多 向型水化学剖 面。反向型 和多 向型剖面反映地层 纵 向连通性 好，利于油气运移。研究区地层水化学剖面变化 复杂，多向性音0面占90以上。 2)地层水 总矿化度的分布具有垂向和侧向 不均 一 的特征。水型以 NaH C O ，型为主，C aCl ：型 和高矿化度的NaHCO，型地层水有利于油气的聚 集。变质系数(r r旷 )为0 53 419 ，脱 硫 系 数(100r洲 一r川 )为 025 2667 ，有利于油气保 存的下限值分别为 15和20。 3) 平面上油气主要分 布在高矿化 度的 NaHCO ，型水区。纵 向上将水化学动力带分为地 层水交替流畅带、交替阻滞带和交替迟缓带3类。 其中，交替迟缓带各离子含量高，矿化度高值， 一 般对应钠氯系数、脱硫 系数低值，反映地层封 闭性 增强，油气保存条件好，利于油气富集。 参考文献 1 贾霍甫，徐思煌 JI 东北地区二叠 一 侏罗系地层水化学特征及 其与油气聚集的关系J 重庆科技学院学报(自然科学版)， 2005 ，7(2)：12 15 2 吴世祥，汪泽成，张林，等 JII西 地区上三叠统水化学场、水动 力场与油气富集关系研究 J 石油实验地质 ，2002，24(1)： 61 68 3Col linsAG ，油田水地球化学M 林文庄 ，王秉忱，译 北京： 石油工业 出版社，1984 177 178 4 孙 向阳，解习农 东营凹陷地层水化学特征 与油气聚集关系 J 石油实验地质 ，2001，23(3)：291 296 5 张小莉，查明，赫拴柱，等 渤海湾盆地廊固凹陷地层水化学纵 向分带性与油气富集J 石油实验地质 ，2006，28(2)：187 190 6JessopAM Major owiczJA Fluidfl ow andheattransferinsedi m ent ar ybasi nsA In：Parnel lJ ，ed G eo fluids： or i gi n ，mig ration andevolutionoffluidsins edim entarybasinsCG eo logicalSo cietySpecialPublication，1994 ，78：4 3 54 7 雷利安，谢利华，王金志，等 黄河南地区地层水矿化度变化规 律与油气成藏J 新疆石 油地质 ，2005，26(2)：152 154 8 曾溅辉，吴琼，杨海军，等 塔里木盆地塔中地区地层水 化学特 征及其石油地质意义J 石油与天然气地质 ，2008，29(2)： 223 229 9 曹海 防，夏斌，张娣，等 松辽盆地地 层水化学特征及其流体 一 岩石相互作用探讨J 天然气地球科学 ，2006，17(4)：566 572 10 胡晓凤，王韶华，盛贤才，等 中扬子区海相地层水化学特征与 油气保存J 石油天然气学报(江 汉石油学院学报)，2007， 29(2)：32 37 1 1 徐国盛，刘树根，张英俊，等 川东石炭系天然气富集的水化学 条件J 石油与天然气地质 ，1999，20(1)：15 19 12 冯乔 吐 一 哈盆地 温吉桑现代水文地质条件与油气聚集J 石油与天然气地质，1997，18(3)：224 227 13 姜林，宋岩，查明，等 准噶尔盆地莫索湾地区地层水研究J 石油与天然气地质，2008， 29 (1)：72 77 14 袁淑琴，丁新林，苏俊青，等 大港油田滩海区埕北断阶带油气 成藏条件研究J 江汉石 油学院学报 ，2004，26(增刊 )：8 9 15 董万百，林艳萍，高红 准噶尔盆地腹部及南缘水化学纵向变 化规律J 石油实验地质 ，2001，23(2)：195 199 16 查明，陈中红，张年富，等 ，准噶尔盆地陆梁地区水化学特征与 油气运聚J 地质科学 ，20 03 ，38(3)：315 322 17 严金泉，胡晓凤 江汉盆地 下三叠统 石炭系水文地质条件及 对油气保存条件的影响J 石 油天然气学报(江汉石油学 院 学报 )，2006，28(2)：4 2 4 4 18 史建南，姜建群，张福功，等 大民屯凹陷地层水水文地质特征 与油气聚集关系J 海洋地质动态 ，2003，19(11)： 24 30 19A l labyA ，M labyMT he conciseOxforddictionaryofearths ciences M O xford，U K ：0 x f o r dU nier sityPress，19904 10 4 12 20 蔡立国，钱 一 雄，刘光祥，等 塔河油田及邻区地层水成因探讨 J 石油实验地质 ，2002，24(1)：57 60 21 陈建平，查明，周瑶琪准噶尔盆地 西 北缘地层水化学特征 与 油气关系研究J 地质地球化学 ，2000，28(3)：54 58 (编辑李军) 罗晓容 埕北断阶带油气运聚规律与勘探方向中科院地质与地球物理研究所 ，2005 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m