渤海灣盆地南堡凹陷東營組地層水化學特征的成藏指示意義

徐德英，周江羽，王 華，莊新國

(1.中國地質(zhì)大學 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，武漢 430074；2.中國石油天然氣股份有限公司 冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

油田地層水是油氣運聚的載體，其元素地球化學和同位素特征反映了油氣生成、運移和聚集過程的地球化學場和動力場的某些信息[1-3]。油田地層水研究是石油地質(zhì)學領域的熱點和難點問題。國內(nèi)外許多研究者對油田地層水的成因、控制機理、元素地球化學和同位素地球化學、含油氣盆地地下水動力場和水化學場開展了研究，并試圖尋找其與油氣運聚和保存條件間的聯(lián)系，取得了許多重要研究成果[4-10]。筆者根據(jù)渤海灣盆地南堡凹陷陸地地區(qū)各油氣田大量地層水分析測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，結(jié)合近年來油氣勘探成果，探討油田地層水化學特征與油氣保存條件的關系，結(jié)合斷裂活動性和油氣成藏條件分析，利用油田水化學剖面分析斷層封堵性，對研究區(qū)油氣勘探具有現(xiàn)實意義。

圖1 渤海灣盆地南堡凹陷位置及主要斷裂分布

1 地質(zhì)背景

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部，是在中新生代疊合盆地基礎上，經(jīng)多幕裂陷作用演化而形成的新生代富油氣凹陷。凹陷西北部與燕山臺褶帶相連，受西南莊邊界斷層控制，東北部受柏各莊邊界斷層和高柳斷層雙重控制，南部與沙壘田凸起相連，盆內(nèi)主要發(fā)育走向北東的正斷層和大量淺層小型斷層(圖1)。目前凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要位于古近系東營組和沙河街組，新近紀油藏的形成多與晚期斷裂活動有關。多幕式構(gòu)造活動、多期次生排烴過程形成了豐富的構(gòu)造—巖性油氣藏[11]。油氣勘探成果證實，凹陷內(nèi)部斷層活動性、區(qū)域蓋層分布與油氣成藏關系密切。

地層水的化學特征參數(shù)包含著油氣藏成藏背景的重要信息。一般保存條件較好的油氣藏，其地層水礦化度較高、變質(zhì)系數(shù)[r(Na)/r(Cl)]和脫硫系數(shù)[r(SO4)×100/r(Cl)]較低、氯鎂系數(shù)[r(Cl)/r(Mg)]較高。但同時地層水化學參數(shù)受到構(gòu)造運動、大氣降水、蓋層特征和沉積環(huán)境等多種因素影響[4-6]。對凹陷北部北堡、老爺廟、高尚堡等3個油田45口鉆井近372個古近系東營組地層水樣品的分析結(jié)果表明，凹陷地層水化學特征與油氣保存關系密切，對斷裂活動、蓋層和淺層油氣成藏具有示蹤意義。

2 地層水化學特征與油氣保存條件

研究中篩選和統(tǒng)計的地層水化學特征參數(shù)包括;總礦化度(DTS)、水型、主導陰陽離子及各種特征組合參數(shù)，如變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)。

2.1 礦化度與水型

圖2 渤海灣盆地南堡凹陷3個油田東營組和新近系地層水礦化度—深度關系

油田名稱層位變質(zhì)系數(shù)脫硫系數(shù)氯鎂系數(shù)總礦化度/(mg·L-1)區(qū)域蓋層北堡(68)老爺廟(124)高尚堡(180)明化鎮(zhèn)組0.223.469.61 948是館陶組0.327.1116.43 206是東一段1.28.996.723 739東二段0.612.094.917 059是東三段0.520.3106.016 148平均值0.5618.3496.7212 420明化鎮(zhèn)組0.624.095.82 140是館陶組0.316.3117.32 670是東一段0.818.8113.16 943是東二段0.718.9152.87 938東三段0.726.0263.78 989平均值0.6219.0148.545 758明化鎮(zhèn)組0.4725.068.41 852是館陶組0.4330.455.32 528是東一段1.0213.847.94 087東二段1.0512.756.67 475東三段0.7420.067.911 281平均值0.7420.3859.225 445

注;括號內(nèi)為樣品數(shù)。

2.2 地層水化學特征參數(shù)

變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)能夠提供油氣保存條件的相關信息。地層水越濃縮，脫硫系數(shù)和變質(zhì)系數(shù)越小，氯鎂系數(shù)越大，表明還原環(huán)境越強，地層水封閉性越好，對油氣保存越有利[4-8]。3個油田的地層水化學特征參數(shù)顯示，北堡地區(qū)的古近系東營組和新近系館陶、明化鎮(zhèn)組的平均變質(zhì)系數(shù)為0.56，均小于老爺廟的0.62和高尚堡的0.74；脫硫系數(shù)基本相近，在18.34～20.38之間；氯鎂系數(shù)老爺廟地區(qū)最高，平均為148.54，其次為北堡和高尚堡(表1)。總體特征仍然反映北堡地區(qū)油氣保存條件最好，其次為老爺廟和高尚堡地區(qū)。

3 斷層封堵性示蹤

利用地層水化學參數(shù)剖面，結(jié)合斷層活動性和油氣生排烴史分析來判別斷層封堵性是一種新的嘗試。南堡凹陷主要發(fā)育近北東向的主干斷層和次級分支斷層。大部分分支斷層發(fā)育于東營組三段沉積以后，對中淺層油氣輸導和成藏具有明顯控制作用；斷層活動性受主干斷層控制，主要活動期在館陶組和東營一段、二段沉積期，同一分支斷層的活動性呈西強東弱的特點。沙河街組烴源巖在東營組沉積期大部進入生烴高峰，東營組的油氣主要在館陶組末期充注成藏，新近系油氣主要在明化鎮(zhèn)組沉積期以來充注成藏[11-13]。礦化度垂向剖面揭示，在北堡和老爺廟地區(qū)，由于斷層不發(fā)育，加上館陶組和東二段巨厚泥巖的覆蓋，礦化度和地化特征參數(shù)均顯示了較好的油氣保存條件，含油層段礦化度普遍較高，變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)較低。而在高尚堡地區(qū)，由于斷裂發(fā)育，加上蓋層條件差，深部顯示礦化度低，變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)較高，氯鎂系數(shù)較低。但在東營組三段的礦化度明顯偏高，與高柳斷層在東營組活動，導致深部高礦化度流體向上流動有關(圖3,表1)。

以高柳和高北斷層為例，利用生長指數(shù)法和斷層落差法計算活動速率表明，高柳斷層在東三段和東一段活動較為強烈，高北斷層在沙一段和東三段活動強烈。斷層兩側(cè)鉆井地層水地化特征參數(shù)剖面資料顯示(圖4)，高柳斷層在東一段、東三段變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值，而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征，表明斷層在東一段和東三段沉積期活動強烈，兩側(cè)地層水可以穿過斷層實現(xiàn)離子交換，達到相對平衡的地層水礦化度和離子質(zhì)量濃度。東二段沉積時期斷層處于封閉狀態(tài)，呈現(xiàn)礦化度高、變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)低、氯鎂系數(shù)高的特點。高北地區(qū)由于受到后期抬升剝蝕以及大氣淡水影響，淺層館陶組、東三段和沙一下亞段地層水的變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值，而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征，與高北斷層在東三段和沙一下亞段強烈活動有關。沙二段以下區(qū)域蓋層發(fā)育，斷層封閉性增強，地層水礦化度逐漸增高，變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)逐漸減小，而氯鎂系數(shù)逐漸增高，顯示地層封閉能力增強、油氣保存條件變好。

上述結(jié)論對確定南堡凹陷油氣勘探方向具有指導意義。在新近系區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū)，配合主干斷裂和淺層分支斷裂發(fā)育帶，是淺層油氣勘探的重要領域；而在東二段和沙三段區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū)，主干油源斷裂帶附近應是中深層油氣勘探的主要戰(zhàn)場。

5 結(jié)論

圖3 渤海灣盆地南堡凹陷北部油藏和礦化度剖面剖面位置見圖1，沒有測試數(shù)據(jù)的鉆井參考相鄰鉆井資料。

圖4 渤海灣盆地南堡凹陷高尚堡油藏與地層水化學參數(shù)剖面剖面位置見圖1。

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