通南巴地区地层水演化特征及其油气意义

东北石油大学学报JOURNAL0FN0RTHEASTPETROLEUMUNIVERSITY第37卷第3期2013年6月VO137NO3JUN2013通南巴地区地层水演化特征及其油气意义肖印锋大庆油田有限责任公司第九采油厂，黑龙江大庆163853摘要考虑川东北地层水的水化学特征包括地层水矿化度、地层水的变质程度、脱硫系数等，根据封盖层的发育分布及其内部结构，分析盖层对地层水的分隔性能；结合区域构造演化史，分析地质历史上地表水对地层水的改造程度，研究地层水演化特征结果表明通南巴地区地层水主要经历早期深埋形成封存变质水期一局部地层水渗滤改造期一深层水封闭，浅层水进入开启期一晚期重建封闭期等变化；中下三叠统存在一套良好的膏岩层且埋藏较深，没有经历地表水改造，使得保存条件明显优于上三叠统须家河组及中下侏罗统地层，具有较好的保存条件；砂泥互层具有较高渗透能力的须家河组受到地表水的淋滤作用，油气保存条件较差，油气勘探潜力有限关键词通南巴构造带；地层水；保存条件；演化特征；封盖层中图分类号TEL2114文献标识码A文章编号209541072013030059060引言地层水不仅是油气运移的驱动力，而且还是油气运移、聚集的载体口地层水的演化是盆地演化过程中水文地质、水岩相互作用、流体流动及其混合作用等的综合反映，与油气的生成、运聚、保存和破坏有密切联系_3在松辽盆地北部地层水研究过程中，夏建慧发现盖层密封条件差是使扶余油层地层水矿化度降低的主要原因L5渠永宏等认为地层水矿化度高、变质程度低有利于油气保存_6在川东北地层水研究过程中，贾霍甫等认为矿化度、变质系数和脱硫系数等有很好的一致性，并且与油气保存条件相关在中扬子地层水与油气保存特征研究过程中，胡晓凤等认为地层水地球化学特征取决于地质体演化过程中的溶解作用、阳离子交替吸附作用、生物化学作用、扩散作用、浓缩作用及混合作用等在东营凹陷新近系地层水特征研究过程中，陈中红等认为地层水化学场的分布影响原油密度和天然气的分布规律。因此，通过地层水矿化度的大小、离子成分的变化差异可以间接记录油气保存条件的演化川东北地区地层水特征明显、分布多样，不同层位、不同位置地层水矿化度与矿物离子成分差异较大川东北地区油气保存条件差异是制约油气勘探成功率的重要因素1“笔者根据川东北地层水的水化学特征，分析地层水分隔性能和地质历史上地表水对地层水的改造程度，进而研究地层水演化特征，探寻油气保存条件的有利区带，优选油气勘探目标1地质概况通南巴构造带位于四川省通江、南江、巴中县境内见图1，勘探面积约为30KM；位于川北大巴山前陆盆地与川中隆起之间的斜坡带上，IIAI米仓山冲断隆起带和旺苍一南江构造带，东接川东高陡构造带，南为仪陇一平昌平缓构造带，其构造特征与演化主要与大巴山前陆褶皱冲断带、川东褶皱冲断带密切相关大巴山前陆褶皱冲断带位于扬子地块北侧，是秦岭造山带与扬子地块之间的前陆地区，为一走向近北西的弧形构造带，其形成演化历经晋宁、加里东、海西、印支、燕山和喜山6次构造运动，形成现今的构造格局LL“通南巴受北东、北西向主要构造变形带影响，油气富集，保存特征复杂多样，尤其是燕山晚期至喜山期以来强烈的构造活动对川东北区块的油气聚集、保存产生极大影响，造成油气在平面及剖面上的分收稿日期20130111；编辑任志平基金项目黑龙江省教育厅科学技术研究项目12521053，12521061作者简介肖印锋1976一，男，工程师，主要从事油藏工程方面的研究东北石油大学学报第37卷2013年布与富集程度存在较大差异图1通南巴构造带位置FIG1LOCATIONMAPOFTONGNANBASTRUCTURALBELT2地层水基本化学特征通南巴构造带是川东北地区地层水资料较为丰富的地区，地层水资料主要集中在构造带的东部，分布于上三叠统须家河组与下侏罗统T。J该区地层水大多属于NASO型水或CLSO一NA型水【1，地层水离子特征为变质系数CNA。CC11，脱硫系数C10SOCC1偏高，表现为明显的地表水渗入改造特征，矿化度为2734GL；东北部的川I涪82井的改造特征不明显，矿化度相对较高，平均为75GL见图2，主要属于过渡带缓慢交替带的弱盐水区矿化度约为30GLE14，与地处四川盆地边3026一日I22要主18L4101ICNACCL一C1SOI一EC1一图2通南巴川I涪82、川I27、川I23井地层水特征FIG2CHUANBEI82，CHUAN27，CHUAN23INTONGNANBATHECHARACTERISTICSOFTHEFORMATIONWATER缘的逆冲推覆构造背景密切相关由于地层受到逆冲推覆的挤压而在盆地边缘抬升出露，地层水遭受地表水改造通南巴地区与川I东现代成因的缓慢交替带地层水化学特征相似，本质差别在于通南巴地区现有水样均产于异常高压带内，川I27井与川I涪82井上三叠统须家河组地层压力分别高达145和142MPA；川东的地层水接近静水压力，具有受现今地表渗入水影响的特征_1这表明通南巴现今正处于相对封闭状态，川I东相似的水化学组分属于半开启环境目前，通南巴地区的川涪82、川I27及川23井须家河组T。Z普遍含H。S及S0的弱盐水，是大量嘉陵江组TJ黑卤渗入到已经淡化的须家河组T。Z及下侏罗统J地层水的重要证据如果将须家河组T。的混合水与嘉五段TJ地层水对比，其矿化度、NA及C1一质量分数下降6O左右分别为59、61及63，SO及CA质量分数分别降低39及37，反映混合前须家河组T。为富含SO及CA抖的淡化水特征，属于矿化度小于10GI的缓慢交替带上带通南巴地区与四川盆地绝大部分地区一样，含油气层中地层水变质系数CNACC1一小于1，地层RN“第3期肖印锋通南巴地区地层水演化特征及其油气意义水主要表现为CAC1Z型，即含油气层一般具有良好的封闭水文地质环境通南巴地区水文垂直分带中的交替停滞的下限已上提到侏罗系中，三叠系及其以下地层一般属于封闭水文地质环境，属于高矿化度的CAC12型水3地层水演化31封盖层对地层水分隔作用通南巴地区的2套主要封盖层分别为上三叠一中下侏罗统陆相泥质岩盖层及中下三叠统海相膏盐岩盖层2套盖层是区域内主要的封盖层，控制通南巴地区乃至整个川东北地区的油气分布盖层在对油气封闭的同时也对地层水起到良好的分隔作用，并且导致不同层位地层水演化特征的差异E”，平面发育程度、垂向结构特征及后期所经历的构造变动使得封盖层的封盖性能发生巨大改变，进而影响地层水发生局部反复的混合或次生变化，形成地层水复杂的演化过程口通南巴地区中下侏罗统主要为河流相一滨浅湖相沉积，泥岩在剖面上显示单层层数多、单层厚度薄及横向连续性较差、厚度变化较大的特点，最大单层厚度为1020M这种特征的封盖层决定纵向上封盖液柱较低，很难形成较高的异常压力；较差平面连续性决定封盖层平面上的封盖面积小，整体上呈现对地层水分隔作用的局限性上三叠统须家河组须一、三、五段沉积时期通南巴地区处于构造活动相对较弱的湖盆区，主要为泛滥平原一沼泽相及湖相沉积，以深灰色、黑色页岩及碳质页岩为主，夹薄煤层及煤线，连续性较中下侏罗统要好，通南巴地区最大单层厚度达数米至十余米，形成较好的分隔层另外，钻井压力剖面的异常也反映相对封闭系统的存在下三叠统嘉二段一中三叠统雷二段膏盐岩十分发育，具有较大的塑性，在构造压力影响下，仍能保持较好的侧向连续性，形成较强的封闭能力嘉二段一雷四段膏盐岩构成通南巴地区涪阳坝背斜嘉二段气层的直接盖层，也是通南巴地区深层地层水的良好分隔层32构造演化对地层水改造作用JTLL90井L川涪82井通南巴地区复杂的地层水化学成分使其具有独特的演化过程，包括须家河T。不同地区地层水浓度的反复变化、高PH值及低HCO含量特征在剖面上地层水表现为中下侏罗J。6一上三叠统T。Z缓慢交替带，向深部中下三叠统地层水演化为交替停滞带见图3根据演化过程，通南巴地区地层水主要经历4次变化L】321早期深埋变质水封存期渐新世时，通南巴地区2套区域性盖层侏罗系泥岩及雷口坡组TZ一嘉四段F26J1B带1、一T1T交替停、带带图3川东北通南巴构造带地层水封闭分析剖面J6一T。FIG3THENORTHEASTSICHUANTONGNANBASTRUCTURALBELTFORMATIONWATERCLOSUREANALYSISPROFILEJ16一T3ZT膏盐层的底界埋深分别超过5500M及7000M地层水主要是与古沉积水海相或陆相有关的封存变质水，其中雷口坡组TZ以下地层水含有大量石油裂解成因的溶解气和“分散相天然气”一“气体乳浊液”322局部地层水渗滤改造期喜山中期23MA，尤其是喜山晚期5MA以来的构造运动是地区内地层水演化的关键阶段其中稍早形成的NE向褶皱对深部封闭环境影响较小稍后随大巴山弧形推覆带的崛起，NE向的通南巴构造带的东北端被首先掀斜，源自露头供水区的穿越流依托优良的区域性输导层准同生白云岩由东北向西南渗流，嘉陵江组TJ东北带地层水首先被渗滤改造相反，限于区域性输导条件，穿越流对须家河组61OOO0OOOOOO如砌鲫踟1L11222223东北石油大学学报第37卷2013年T。及以上的陆相地层影响甚微，须家河组T。Z多层区域性分布的泥岩对地层水的隔离起到一定的控制作用323深层水封闭、浅层水开启期随着大巴山前陆形变向盆地方向的递次推进，一系列新生的NW向断褶构造叠加复合在NE向构造上，此时NW向冲断层对嘉陵江组TJ、须家河组T。及下侏罗统J地层水起相反的作用由于大量断层面对穿越流的阻滞作用，加上膏盐对断面的“涂抹作用”，嘉陵江组TJ水动力环境由半开启开始向封闭转化，因而产生封闭作用；而须家河组T。Z及下侏罗统J刚好相反，由于形成隆升剥蚀及大量通天断层，由封闭转化为开启环境324晚期封闭环境重建期随着喜山晚期以来持续大规模的断褶、抬升剥蚀，深部异常高压系统开始泄压及地层水过饱和脱气，大量深部气水以脉冲式混相涌流形式侵入上部嘉陵江组T、须家河组T。及下侏罗统J同时，也伴随成岩物质的再分配过程，大量富含天然气的深源水对SO还原，不断生成HCOASO；2C2HOHS2HCO，在溶液浓度达到碳酸盐饱和时按现代盐盆约为35GI胡或碱性介质中形成CACO。沉淀，使得封盖层变得更为致密多种后生成岩作用逐渐失去与外界的联系，嘉陵江组TJ、须家河组T。下侏罗统J先后形成异常高压体系，重建晚期封闭环境4水化学封闭保存条件通南巴地区中下三叠统地层水的化学成分自地表露头区沿着含水层的拗陷腹部方向，依次由HCO,型淡水小于1GL，逐步递变为SI、SO一C1和C1一SO；一型的矿化水110GI和盐水1O100GI，最后向CL型卤水100300GL过渡对于上三叠统须家河组T。含水层，由露头区的HC型淡水依次递变为HCO,一C1一、CLHC0、CLNA。型的矿化水和盐水，最后向CL一一NACA型卤水过渡在平面上，整体表现为盆地边缘向腹地方向地层水浓度逐步升高的特征主要原因是盆地边缘地层抬升至地表遭受剥蚀，受地表水渗入改造作用，随着距离地层出露区的距离增大而改造影响能力降低在垂向上，随着地层水对岩石矿物的溶解、地下水的浓缩和一定深度开始出现的还原脱硫作用，以及CNACC1和F10SOCC1的降低，地层水由NAHCO。型依次变成NASO型、MGC1型，最后向CAC1型水过渡CAC1型水的进一步封闭变质作用表现为CNAC21的降低、CCA。CNA的增加，由CLNA型递变为CLNACA型，最后演变成C1一CANA型水，表现为盖层封闭能力增强在不同层位间存在一定变化差异以川27井为例见图4，川27井下侏罗统和中下三叠统表现为相对较高的矿化度与脱硫系数特征，而须家河组T。表现为低矿化度、低脱硫系数特点地层水异常现象的主要原因是喜山晚期5MA以来强烈的造山运动，大巴山前陆形变推进，使得盆地边部的地层遭到剥蚀，大量的地表水渗人到地下，降低地层15001600隧18002100GLGTGL，脱硫系数2O2530354一、一7一【一、矿化度脱硫系数图4川27井地层水矿化度、脱硫系数与井深的关系FIG4CHUAN27WELLWATERSALINITY，DESU1FURIZATIONCOEFFICIENTANDWELLDEPTHRELATION第3期肖印锋通南巴地区地层水演化特征及其油气意义矿化度；下侏罗统地层富含泥质，地表水的渗透与改造能力弱，中下三叠统基本没有抬升至地表，地表水的影响有限，上三叠统须家河组T。的砂泥互层结构具有较强的渗透能力，使得地表水大量渗透进入，与此同时，地下圈闭中的油气也大量耗散，使得勘探潜力有限与周边盆地构造对比，通南巴构造带与江汉盆地当阳向斜、沉湖土地堂向斜形成时期大体相当，江汉地区属静水压力，现今处于穿越流影响范围内，虽然时见油气显示，至今尚无实质性突破1相反，该地区具备晚期重建的封闭系统，在中下侏罗统多形成异常高压带，川涪82井及川岳83井获工业气流，但对于现已勘探地区及层位，以中小型规模为主考虑原先穿越流的方向，通南巴构造带西南部水文保存条件可能变好，勘探局面有望得到改观，川巴88井在上三叠统须家河组T。的油气显示是最好的实证5结论1通南巴地区地层水主要属于过渡带缓慢交替带的弱盐水区约为30GL，大多属于NASO或C1一SO一NA型水，地层水离子特征为CNACC1一1，C10。SOCC1一偏高，表现为明显的地表水渗人改造特征，含油气层地层水CNACC1一1，主要为CAC1型，即含油气层一般具有良好的封闭水文地质环境2通南巴地区2套区域性的盖层对地层水的分隔作用呈现垂向上的分带特征其中，中下三叠统的嘉陵江组TJ在膏岩隔挡分隔作用下，形成高矿化度密闭坏境下的黑卤地层水须家河组地层水经历早期深埋形成封存变质水，开启环境下地层水受到地表水淡化作用，喜山晚期的多种后生成岩作用重建封闭环境中下侏罗统与须家河组地层水相似，经历喜山中期以来的地层水淡化与喜山晚期封闭环境的重建过程对于改造强度，喜山中期以来的地层水淡化作用对须家河组的改造强度超过中下侏罗统的参考文献1卢双舫，张敏油气地球化学M北京石油工业出版社，2008LUSHUANGFANG，ZHANGMINGEOCHEMICALOILANDGASMBEIJINGPETROLEUMINDUSTRYPRESS，20082梁晓伟，牛小兵，李卫成，等鄂尔多斯盆地油田水化学特征及地质意义J成都理工大学学报自然科学版，2O12，395502508LIANGXIAOWEI，NIUXIAOBING，LIWEICHENG，ETA1ERDOSBASINWATERCHEMICALCHARACTERISTICSANDITSGEOLOGICALSIGNIFICANCEEJJOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFTECHNOLOGYNATURALSCIENCEEDITION，2012，3955025083楼章华，金爱民，付孝悦，等海相地层水文地球化学与油气保存条件评价J浙江大学学报工学版，2006，403501505LOUZHANGHUA，JINAIMIN，FUXIAOYUE，ETA1MARINESTRATUMHYDROLOGICALGEOCHEMISTRYANDEVALUATIONOFOILANDGASPRESERVATIONCONDITIONSJJOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYENGINEERINGSCIENCEEDITION，2006，4035015054楼章华，李梅，金爱民，等中国海相地层水文地质地球化学与油气保存条件研究J地质学报，2008，823387396LOUZHANGHUA，LIMEI，JINAIMIN，ETA1CHINESEMARINESTRATAHYDROGEOLOGYANDGEOCHEMISTRYOFOILANDGASPRESERVATIONCONDITIONSONJJOURNALOFGEOLOGY，2008，8233873965夏建慧松辽盆地北部扶余油层地层水变异及其有关问题的探讨J大庆石油地质与开发，1983，23185193XIAJIANHUIFUYUFORMATIONWATERVARIATIONANDRELATEDPROBLEMSINNORTHERNSONGLIAOBASINJDAQINGPETROLEUMGEOLOGYANDDEVELOPMENT，1983，231851936渠永宏，孙镇城，冯晓杰，等冀中坳陷北部潜山地层水水文地质特征及对油气勘探的意义J大庆石油学院学报，1999，233811QUYONGHONG，SUNZHENCHENG，FENGXIAOJIE，ETA1MIDDLEUPPERPROTEROZOICBURIEDHILLGROUNDWATERGEOHYDROLOGICCHARACTERANDSIGNIFICANCEFOREXPLORATIONINNORTHERNJIZHONGDEPRESSIONBASINJJOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTE，1999，2338117贾霍甫，徐思煌川东北地IX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，2005，721215JIAHUOFU，XUSIHUANGTHEHYDROGEOCHEMICALCHARACTERISTICOFPERMIANPERIODTHEJURASSICSYSTEMLAYERANDITSRELATIONSHIPWITHOILGASACCUMULATIONINTHENORTHEASTOFSICHUANPROVINCEJJOURNALOFCHONGQINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYNATURALSCIENCEEDITION，2005，7212158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，2007，292323763东北石油大学学报第37卷2013年HUXIAOFENG，WANGSHAOHUA，SHENGXIANCAI，ETA1INTHEMIDDLEYANGTZEREGIONMARINECHEMICALCHARACTERISTICSOFFORMATIONWATERANDOILANDGASPRESERVATIONEJJOURNALOFNATURALGASCHEMISTRYJ0URNALOFJIANGHANPETROLEUMINSTITUTE，2007，29232379陈中红，王书南，王黎，等山东东营凹陷新近系地层水化学场特征及油气意义EJ古地理学报，2012，145685693CHENZHONGHONG，WANGSHUNAN，WANGLI，ETA1CHARACTERISTICSOFFORMATIONWATERCHEMICALFIELDSANDITSPETROLEUMSIGNIFICANCEOFTHENEOGENEINDONGYINGSAG，SHANDONGPROVINCELJJOURNALOFPALAEOGEOGRAPHY，2012磊，温真桃，宋洋，等川东上三叠统气藏保存条件研究EJ石油地质与工程，2009，2322225YANGIEI，WENZHENTAO，SONGYANG，ETA1THEEASTOFSICHUANTHREEPERMIANGASRESERVOIRPRESERVATIONCONDITIONJPETROLEUMGEOLOGYANDENGINEERING，2009，232222511翟光明中国石油地质志四川石油地质志M北京石油工业出版社，199788111ZHAIGUANGMINGPETROLEUMGEOLOGYOFCHINASICHUANPETROLEUMGEOLOGYM3BEIJINGPETROLEUMINDUSTRYPRESS，1997881L112潘文蕾，梁舒，刘光祥，等地层水中微量有机质分析及应用以川东、川东北区油气保存条件研究为例J石油实验地质2003，25增刊590594PANWENLEI。LIANGSHU，LIUGUANGXIANG，ETA1TRACEORGANICMATTERINFORMATIONWATERANALYSISANDITSAPPLICATIONINEASTSICHUANAREANORTHEASTSICHUANOILANDGASPRESERVATIONCONDITIONSINCASESTUDYEJEXPERIMENTALPETROLEUMGEOLOGY，2003，25SUPP159059413COLLINSAG油田水分类一水文地质EJ汪蕴璞，译工程地质译丛，198552125COLLINSAGGEOCHEMISTRYOFOILFIELDWATERJTRANSLATEDBYWANGYUNPUENGINEERINGGEOLOGYTHEORY，19855212514张仲武四川盆地含油气构造特征及评价C见油气资源评价丛书之一中国含油气区构造特征北京石油工业出版社，19892LL228ZHANGZHONGWUSICHUANBASINOILANDGASSTRUCTURECHARACTERISTICSANDAPPRAISALOFOILANDGASRESOURCESEVALUATIONCINSERIESONECHINAOILANDGASAREASTRUCTURALFEATURESBEIJINGPETROLEUMINDUSTRYPRESS，1989211228AS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，2001，233291296SUNXIANGYANG，XIEXINONGDONGYINGSAGOFCHEMICALCHARACTERISTICSOFFORMATIONWATERANDOILANDGASACCUMULATIONJEXPERIMENTALPETROLEUMGEOLOGY，2001，23329129616卢双舫天然气富集主控因素的定量研究M北京石油工业出版社，2002LUSHUANGFANGTHEMAINCONTROLFACTORSOFGASENRICHMENTQUANTITATIVESTUDIESMBEIJI