准噶尔盆地乌夏地区地层水与油气保存条件.pdf

第 1期 谭开俊 ， 等．准噶尔盆地乌夏地区地层水与油气保存条件 3 7 水 文 地 质 旋 回 界 系 组 构 造运动 垂 直分 带 二叠 纪 三 叠纪 侏 罗纪 、 自垩 纪 新生代 第四系 喜山运动 _ 新生界 第 三系 _ _ 白垩系 土 谷鲁 群 燕 山Ⅲ幕 齐古 组 _ 自 由 头 屯河 组 交替带 侏罗 系 西 山 窑组 燕山I I 幕 ■■ 出 三 工河 组 界 八道湾 组 燕 山 I 幕 自 碱 滩组 啊 三叠系 克拉玛依组 印支运动 圈圈 百 口 泉 组 i 交 替 阻 滞 带 乌 尔禾 组 二 叠系 夏子街 组 海 西运动 界 风 城组 交替 佳木河 组 停止带 图 1 准噶尔盆地乌夏地区水文地质旋回和垂直分带特征 红色为压榨水水文地质阶段 ； 蓝色为大气水下渗水文地质阶段 F i g ． 1 C y c l e s a n d v e r t i c a l z o n a t i o n o f h y d r o g e o l o g y i n Wu x i a a r e a ，J u n g g a r B a s i n 期 ， 该区遭受短暂 的抬升剥蚀 ， 再次进人压榨水一 离心流水文地质阶段。该旋 回阶段的中、 下侏罗统 地层延续时间系数为 0 ． 7 3 7 4 ， 保存条件差。在这 些地层中， 很少有油气发现。在燕 山 Ⅱ幕晚期到燕 山Ⅲ幕早期 ， 该区经历 了短暂的沉积和抬升剥蚀 ． 进入了一个短暂的水文地质旋 回。该旋 回阶段的 上侏罗统地层延续时问系数约等于 1 ， 具有一定的 保存条件 ， 原先成藏的一些油气藏会遭受破坏。该 区大量稠油油藏 的分布充分说 明了这一点 。燕 山 Ⅲ幕晚期到喜山运动早期 ， 该 区再次大幅度沉降 。 接受了大量沉积 ， 进入压榨水～离心流水文地质阶 段。喜山运动晚期至今 ， 该区主要处于抬升剥蚀状 态 ， 进人大气水下渗一 向心流水文地质阶段 1 ． 2 地层水垂直分带特征 地层水与地表水存在着或多或少的联系， 通常 越靠近地表， 受地表水影响越大 ， 埋藏越深 。 联系越 差 。乌夏地 区构造活动期 次多 ， 难 以形成 长期 的离心流 ， 主要为向心流水动力环境 ， 地表水对地 下水影响较大。根据水型 、 矿化度 和水动力条件 。 按照刘方槐等 的分类标 准 ] ， 将乌夏地区地 层水 的垂直分带划分为 自由交替带 、 交替阻滞带和交替 停止带 3个带 图 1 。 自由交替带主要分布在第 四系、 第三系 、 白垩 系和侏罗系。受大量正断层和不整合 的影响 ． 第四 系 、 第三系、 白垩系和侏罗 系有 良好 的渗透 性． 且 供 、 泄水区距离较近， 使得地表水和地层水基本 自 由沟通 ， 地层水化学性质和地表水基本一致或差别 较小 ， 矿化度较低 ， 属于活跃开启 的氧化环境 ， 油气 藏往往 由于缺乏保存条件而遭受破坏。从 目前侏 罗系分布的大量稠油油藏就很好地证 明了这一点 交替阻滞带主要分布在 三叠系和上二叠 统 随着地层埋藏深度的增加 ， 又加上白碱滩组 区域盖 层的封隔， 水交替受 到抑制 ， 三叠系和上二叠统地 层透水性差 ， 且与地表水隔离。含水层没有直接的 泄水区 ， 地层水泄水方式主要是依靠缓慢的地层压 实离心流。地层水矿化度较高 ， 属于封 闭的还原环 境 ， 但在还原环境下 ， 由于生物化学作用 ， 硫酸盐可 以被还原而生成 N a H C O 型水 ， 具有较好的油气保 存条件 。 交替停止带主要分布在下二叠统的佳木河组 和风城组。下二叠统埋藏较深 ， 与地表水无法 沟 通 ， 主要为同沉积水 ， 受深部热液影响大， 地层水矿 化度高 ， 保存条件优越 ， 有利于油气大量成藏。 2 地层水化学特征与油气保存条件 2 ． 1 水型及矿化度 地层水作为油气运移 、 聚集的重要载体 ， 其水 型和矿化度与油气藏的形成、 分布有着密切的关 系。不同的水型和矿化度能反映不同的地质环境。 目前 ， 我国普遍采用前苏联地球化学家苏林 的分类 标准 ， 即将地层水分成 4类 C a C 1 ， ， N a H C O ． Mg C 1 ， 和 N a S 0 型。裸露和严重破坏 的地质构造 中 ． 多 属 N a S 0 型； 与地表隔绝 良好的封闭构造中， 多属 C a C 1 型 ； 而过渡性的构造条件 ， 常有硫酸盐还原 菌存在 ， 硫 酸 盐 与 石 油 烃 类 作 用 而脱 硫 。 形 成 N a H C O ， 型水 ； 此外 ， M g C 1 ， 型水也出现在过渡性的 构造中， 在通常条件下不是含油标志。一般来说 ． 与油气有关的地层水普遍具有较高的矿化度 3 8 石 油 察 绣沾届 第 3 4卷 该 区二叠系地层水以 C a C 1 ， 水型为主 ， 其次为 N a H C O 型， 个 别井 区为 N S O 型 和 Mg C 1 ，型。 C a C 1 ， 型地层水主要分布在乌尔禾鼻隆和风 5 0 1 一 风 7井 区， 与 断裂活 动的深部热 源水作 用有关 N a HC O 型地层水主要分布在风古 7 一夏 1 0 1井区 和夏 7 2井 区， 为同沉积水 ， 沉积环境相对稳定 ， 保 存条件中等。N a ， s 0 型地层水主要分布在乌尔禾 向斜区， 说明当时处 于开放的氧化环境 ， 不利于油 气保存 。Mg C 1 ，型地层水分 布在乌 3井 区。二叠 系地层水矿化度变化范围较大 ， 为 5 0 0～1 3 0 0 0 0 m g ／ L左右。高矿化度地层水主要分布在乌尔禾鼻 隆和风 5 0 l ～ 风 7井区， 低矿化度地层水 主要分布 在斜坡 区。从风城组到乌尔禾组， C a C 1 ， 型地层水 分布区和高矿化度地层水分布区基本一致 ， 但范围 有所缩小 。 揭示了地层水活动的相似性和地质环境 的相似性 ， 同时也反 映了地质环境 的封闭性 。 有利 于油气成藏。 该 区三叠系地层水以 N a HC O 型为主， 其次为 C a C 1 ， 型 ， 个 别井 区为 Mg C 1 ，型。N a H C O 型地层 水主要分布在乌尔禾鼻隆、 夏子街鼻隆和夏子街断 褶带 ， 沉积环境相 对稳定 。 保 存条件 中等。C a C 1 ， 型地层水主要分布在玛湖凹陷， 与其上部断裂较不 发育有关 ， 有较好 的保存环境。Mg C 1 ，型地层水主 要分布在夏 6 7井 区。三叠系地层水矿化度变化范 围较大 ， 为 2 7 5 5～ 3 0 0 0 0 m g ／ L左右。高矿化度地 层水主要分布在乌尔禾鼻隆、 夏子街鼻隆、 夏红北 断裂和玛湖凹陷 ， 低矿化度地层水主要分布在斜坡 区| 1 。 。 。高矿化度地层水分布区与现今三叠系油气 藏位置基本吻合， 反映了地质环境的封闭性， 有利 于油气藏的形成和保存 。 该区侏罗系地层水以 N a H C O 型为主 ， 个别井 区为 C a C 1 ， 型。N a H C O 型地层水主要分布在乌尔 禾鼻隆。C a C 1 ， 型地层水主要分布在夏 5 9井 断裂 附近 ， 其是由与断裂活动引起地下水热流体上涌所 致 。附近的夏 2 6和夏 3 5井发现了天然气 ， 说明其 保存条件较好。侏 罗系地层水矿化度变化范围较 大。 为 3 1 7 0 1 6 4 2 0 m g ／ L左右， 整体较二叠系和 侏罗系的矿化度低。高矿化度地层水主要分布在 夏红北断裂和夏 5 9井断裂附近 ， 低矿化度地层水 主要分布在乌南断裂附近 ， 可能与乌南断裂此时活 动减弱 ， 受深部热液影响减小、 浅层水渗入有关。 2 ． 2 变质系数 2 ． 2 ． 1 钙镁 系数 钙镁系数 r C a ／ r Mg 是表征浓缩变质作用 和 阳离子吸附交换作用强 弱的水文地球化学重要 参数之一。白云岩化作用越强， 作用时间越长． 地 层水中 M g 离子含量就越小 ， 浓缩变质 程度就越 大， 钙镁系数就越大 ， 地层水封闭就越好 ， 有利于油 气聚集与保存 。一般来说， 地层水 的钙镁系数大于 3 ， 封闭条件良好 ， 有利于油气成藏 。从地层水测 试结果来看 表 1 ， 乌夏地区钙镁系数在 0 ． 0 8 4 8～ 2 1 ． 4 2 8 8 之间， 平均值为 6 ． 5 6 9 1 ， 绝大多数大于 3 ， 反映了乌夏地区良好的保存条件 2 ． 2 ． 2钠 氯 系数 钠氯系数 r N a ／ r C 1 一 是表征地下水变质程度 的水文地球化学重要参数之一。c l 一 离子化学性质 稳定 ， 很少产生吸附、 沉淀和交换反应 ， 而 N a 离子 则可能 由于吸附 、 沉淀等化学反应而减少 。在地下 水埋藏沉积后 ， 钠氯系数一般都趋于降低。因此 ． 利用钠氯系数的大小可判定地下水 的变质程度 ， 推 测地下水 的成因或起源。一般认 为， 钠氯 系数越 小 ， 地下水越浓缩 ， 变质越深 ， 水体环境趋于还原 ， 越有利于油气保存 。地层水的钠氯系数小于0 ． 8 7 ， 则油气保存条件好 ； 若大于 0 ． 8 7 。 则表明有地下水 渗入 ， 油气保存条件差[ 1 。乌夏地区氯钠 系数 为 0 ． 5 4 7 6～1 ． 3 3 1 表 1 ， 平均值 为 0 ． 7 9 8 8 ， 小 于 0 ． 8 7 ， 基本上为封存水 ， 表 明发生了浓缩变质作用 ， 地层有较好的封闭性。 表 1 准噶尔盆地乌夏地区地层水化学特征 Ta b l e 1 Ch e mi c a l c h a r a c t e r i s ti e s o f f o r ma ti o n wa t e r i n Wu x i a a r e a，J u n g g a r B a s i n 第 1 期 谭开俊 ， 等 ．准噶尔盆地乌夏地 区地层水与油气保存条件 3 9 2 ． 2 ． 3脱 硫 酸 系数 脱硫酸系数 1 0 0 r S O ] 一 ／ r C 1 一 是表征地下水 氧化还原环境的水文地球化学重要参数之一。在 还原 环境 中， 当存 在有机 质时 ， 脱硫酸 细菌能使 s o 2 一 还原成 H ， S ， 使地下水 中 s o 2, 一 减少以致消失 ， H C O 增加 ， p H值增 大。一般认为在封 闭的储 油 构造中 。 脱硫酸系数一般都很低。地层水的脱硫系 数小于 3 ， 则保存条件 良好 ； 若大于 3 ， 则认 为还原 作用不彻底 ， 可能受到表层 氧化作用 的影 响_ 1 。 乌夏地区脱硫系数为 0 ． 0 4～3 3 ． 4 6 表 1 ， 平均值 为 6 ． 2 2 8 9， 变化范围相对较大 。 体现乌夏地区水动 力条件 比较复杂。 通过上述地层水 的水型 、 矿化度 、 钠氯 系数和 脱硫酸系数分析可以看出， 这些参数在纵向上存在 着较好的一致性或匹配性 ， 各矿化度高值区往往对 应于钠氯系数和脱硫酸系数的低值区， 表明地下水 动力场主要受垂 向流动的控制。矿化度的整体分 布受深度 的影 响， 但 分布并不均衡。在断裂带附 近 ， 地层水矿化度整体相对较高 在斜坡区． 地层水 矿化度整体较低 ， 都说 明地层水从下部沿输导层 向 上运移 ， 以凹陷中心向斜坡 区到断裂带运移为主。 3 结论 1 乌夏地区经历了4个水文地质旋回、 8个阶 段 ， 具有 3个垂直分带 自由交替带 、 交替阻滞带 和交替停止带 特征。处 于交替 阻滞带 和交替停 止带的二叠系、 三叠系的大气水下渗阶段相对较短 暂 ， 而压榨水阶段较长 ， 且受深部热液影响大。 地层 水矿化度高， 保存条件优越 ， 有利于油气聚集成藏。 2 乌夏地区地层水以 C a C 1 ， 和 N a H C O 水型为 主， 矿化度高 ， 且矿化度钠氯系数和脱硫酸系数在纵 向上存在着较好的一致性 ， 属于未破坏或微破坏型． 具有 良好的封闭性 ， 有利于油气藏的形成和保存。 参考文献 [ 1 ] 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， 2 0 0 3 ， 1 9 1 1 2 4 3 0 『 2 ] 李继宏 ， 李荣西， 韩天佑 ， 等． 鄂尔多斯 盆地西缘马家滩地区地 层水与油气成藏关系研究 [ J ] ． 石 油实验 地质 ， 2 0 0 9 ， 3 1 3 2 5 3-2 5 7． 31 李鹏春 ， 刘春 晓， 张渊 ， 等． 塔 中奥 陶系地层水化学特征及 其 成 因与演化 [ J ] ． 石 油与天然气地质 ， 2 0 0 7 ， 2 8 6 8 0 2 8 0 8 ． [ 4 ] 张琴 ， 唐颖 ， 张建丽 ， 等． 永安地 区断层封堵性研 究 [ J ] ．断块 油气 田， 2 0 1 0， 1 7 4 4 0 2 4 0 4 ． [ 5] 刘光祥 ， 沃玉进 ， 潘 文蕾 ， 等． 中上扬子 区海相层系流体特 征 与油气保存条件 [ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 1 1 ， 3 3 1 1 7 2 1 ． 『 6 ] 张宗峰 ， 查明 ， 高长海． 大港油 田埕北断阶区地层水化学特 征 与油气成藏 [ J ]石油与天然气地质 ， 2 0 0 9 ， 2 8 3 2 6 8 2 7 4 ． [ 7 ] 袁政文 ， 全书进 ， 乔桂林 ． 焉耆盆地油田水与油气藏的关 系[ J ] ． 石油与天然气地质 ， 2 0 0 2， 2 3 4 4 0 6 4 0 9 ． 『 8 ] 孙向阳， 解 习农． 东 营凹陷地层水 化学特征及 其与油气 聚集 关系[ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 0 1 ， 2 3 3 2 9 1 2 9 6 ． [ 9] 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 ， 2 0 0 0， 2 8 3 5 4 5 7 ． [ 1 O ] 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 ， 2 0 0 8 ， 2 9 1 7 2 7 7 ． [ 1 1 ] 张秋 ， 聂志 阳， 谭志伟 ， 等． 海拉 尔盆地乌尔逊 凹陷水 文地 质 特征与 油气 运 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