東營凹陷油田水化學(xué)特征及成因類型研究

郭士明 （中石化勝利油田分公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營257064）

含油氣盆地的流體主要由油田水、石油和天然氣組成，其中95%以上為油田水，油氣是在飽含油田水的環(huán)境中生成、運(yùn)移和聚集的，因此油田水對油氣的生成、運(yùn)移和聚集及其賦存條件具有重要影響。研究油田水化學(xué)場和動(dòng)力場是認(rèn)識(shí)油氣藏、預(yù)測油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探方向的重要途徑之一[1，2]。

利用東營凹陷大量的實(shí)測油田水化學(xué)成分資料，筆者統(tǒng)計(jì)分析了油田水的化學(xué)組成及其分布特征，結(jié)合沉積和構(gòu)造演化特征，探討油田水的成因，對于認(rèn)識(shí)東營凹陷油氣形成與分布具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

東營凹陷屬于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷的次級構(gòu)造單元，為中新生代斷陷盆地，東接青坨子凸起，南至魯西隆起，西鄰惠民凹陷，北以陳家莊－濱縣凸起為界，東西長90km，南北寬65km，總面積5850km2。東營凹陷總體呈 “北斷南超”的箕狀斷陷盆地形態(tài)。北部邊界斷裂活動(dòng)強(qiáng)，控制了整個(gè)凹陷的演化，南部以地層逐級上超為特征，與隆起區(qū)不整合面相接。新近紀(jì)后屬華北近海坳陷盆地的一部分，不再構(gòu)成獨(dú)立盆地。平面上可劃分為北部陡坡帶、中央洼陷帶、南部緩坡帶[3]。

研究區(qū)經(jīng)歷了40余年的勘探開發(fā)，已上報(bào)探明儲(chǔ)量的有1400多個(gè)區(qū)塊，累計(jì)探明儲(chǔ)量超過20×108t，共發(fā)現(xiàn)油田34個(gè)。探明層系包括：前震旦系 （Pr）、古生界 （Pz）、中生界 （Mz），古近系孔店組 （Ek），沙河街組四段 （Es4）、沙河街組三段 （Es3）、沙河街組二段 （Es2）、沙河街組一段 （Es1），東營組 （Ed）和新近系館陶組 （Ng）等，其中Es4、Es3為主要含油氣層系。在長期勘探過程中積累了1000余口井的油田水化學(xué)測試資料，為研究工作提供了基礎(chǔ)。

2 油田水化學(xué)組成特征

2.1 礦化度和水型特征

油田水的礦化度特征是地理地質(zhì)環(huán)境變遷所導(dǎo)致的地下水動(dòng)力場和水化學(xué)場經(jīng)歷漫長而復(fù)雜演化的反映，礦化度對地層水的化學(xué)性質(zhì)起著主導(dǎo)作用，縱橫向的礦化度變化對地質(zhì)家解決地質(zhì)問題有重要意義[4～6]。通過對各層系礦化度資料的統(tǒng)計(jì)分析表明（圖1），礦化度總體隨地層的變老礦化度逐漸變大，沙河街組 （Es）地層水總礦化度值總體較高，其中Es4最高，平均65.7g/L，Es3均值54.6g/L，Es2均值34.9g/L，Es1均值19g/L；Ed和Ng均值分別是14.5g/L和10.5g/L，低于Es；明化鎮(zhèn)組 （Nm）礦化度最低，均值為3g/L。在總礦化度－深度關(guān)系圖上 （圖1），礦化度隨深度增加表現(xiàn)為階梯式增加的特點(diǎn)，存在著3個(gè)臺(tái)階，第1個(gè)臺(tái)階1500m左右，地層水礦化度由50g/L迅速增加到100g/L；第2個(gè)臺(tái)階在2200m左右，礦化度由100g/L迅速增加到200g/L；第3個(gè)臺(tái)階在2800m左右，礦化度由200g/L增加到250～300g/L。

地層水類型為CaCl2型、NaHCO3型、MgCl2型及Na2SO4型。從各層位水型資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，Ek、Es、Ed和Ng均以CaCl2型為主，NaHCO3型次之，MgCl2型和Na2SO4型水含量很少；Nm則表現(xiàn)出明顯差異，以NaHCO3型為主，CaCl2型、MgCl2型和Na2SO4型含量均較少 （圖2）。

圖1 東營凹陷地層水礦化度-深度關(guān)系圖

圖2 東營凹陷不同層位地層水類型頻率分布直方圖

2.2 常量化學(xué)組分特征

表1 東營凹陷各地層油田水常量組分統(tǒng)計(jì)表

2.3 離子比值

油田水化學(xué)及其特征系數(shù)指標(biāo)項(xiàng)目很多，根據(jù)油田水文地質(zhì)預(yù)測與判斷油氣的需要，選擇了4種主要的離子比值作為特征指標(biāo)：鈉氯系數(shù) （ρ（Na＋）/ρ（Cl－））、變質(zhì)系數(shù) （ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋））、脫硫酸系數(shù) （ρ（S×100）/ρ（Cl－））和碳酸鹽平衡系數(shù) （ρ（HCO＋CO）/ρ（Ca2＋））。

油田水離子比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示 （表2）：ρ（Na＋）/ρ（Cl－）以Ek最低，僅為0.87；Es和Ed相近，均在1.0左右；Nm最大，為2.95。ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）只有Ek、Ed和Es2地層水平均值大于0，大約占總地層水的70%；其中Ek平均值最大，為5.04；Ed和Es2分別為2.69和2.25。ρ（S×100）/ρ（Cl－）平均值變化不大，大約45%分布在1～10之間；Ek和Es平均值相近，為3.68～5.73；Ed和Ng平均值在26～28之間；Nm最大為122.97。ρ（HCO＋CO）/ρ（Ca2＋）總體小于1，占70%以上；各層系中以Nm和Es3地層水最大，為6.80；Es2～Ng分布在1.42～3.97之間；Ek最小為0.08。

表2 東營凹陷各地層油田水離子比值統(tǒng)計(jì)表

3 油田水化學(xué)成因類型分析

根據(jù)東營凹陷沉積和構(gòu)造演化及地層水的ρ（Na＋）/ρ（Cl－）、ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）、ρ（SO×100）/ρ（Cl－）、水化學(xué)成分特征和礦化度資料，東營凹陷油田水的化學(xué)成因類型可分為：沉積－埋藏水 （Ⅰ）、溶濾－滲入水 （Ⅱ）、溶濾－滲入水與沉積－埋藏水的混合水 （Ⅲ）3種類型 （圖3，表3）。

圖3 東營凹陷油田水化學(xué)成分Piper圖

3.1 沉積-埋藏水型 （Ⅰ型）

該類水受大氣降水的影響比較小，其化學(xué)成分體現(xiàn)了原始沉積環(huán)境和沉積埋藏時(shí)期水－巖相互作用的特點(diǎn)。礦化度很高，一般大于同生沉積水的礦化度；Cl－的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般大于90%，Na＋＋K＋的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般大于80%；ρ（Na＋）/ρ（Cl－）一般小于0.90，ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）一般大于10，主要分布在洼陷區(qū)。

3.2 溶濾-滲入水型 （Ⅱ型）

該類水主要為大氣入滲水，其化學(xué)成分為大氣入滲水與Es4巖石相互作用的產(chǎn)物。礦化度較低，一般遠(yuǎn)小于同生沉積水的礦化度；Cl－的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般為30%～60%，HCO的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般為30%～60%，Na＋＋K＋的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般大于90%；ρ（Na＋）/ρ（Cl－）一般大于1.0，ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）一般小于0，主要分布在凹陷邊緣，特別是東營凹陷南部緩坡帶。

3.3 溶濾-滲入水與沉積 埋藏水的混合水型 （Ⅲ型）

該類水為溶濾－滲入水與沉積－埋藏水的混合水，因此其化學(xué)成分介于溶濾－滲入水與沉積－埋藏水之間。礦化度中等，一般介于同生沉積水和滲入水的礦化度之間；Cl－的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般為60%～80%，HCO－3的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般為20%～40%，Na＋＋K＋的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)一般大于90%；ρ（Na＋）/ρ（Cl－）一般在0.90～1.0，ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）一般在0～10，主要分布凹陷邊緣與洼陷之間。

表3 東營凹陷的油田水水化學(xué)成因類型劃分指標(biāo)

4 結(jié) 論

1）東營凹陷油田水礦化度隨地層的變老逐漸變大，隨深度表現(xiàn)為階梯式增加的特點(diǎn)，在1500、2200和2800m存在3個(gè)臺(tái)階，地層水型主要為CaCl2型為主，僅淺部的Nm水型為NaHCO3型。

2）油田水的常量化學(xué)組分中，陰離子以Cl－含量最高，含量較低，不同層系的陰離子含量差異較大；陽離子以Na＋＋K＋含量最高，Ca2＋和Mg2＋含量較低，陽離子含量的縱向分布總體一致，以Es4最大，次為Ek和Es3。

3）研究區(qū)大多數(shù)油田水的ρ（Na＋）/ρ（Cl－）小于1，ρ（Cl－－Na＋）/ρ（Mg2＋）隨深度增加而緩慢增加，ρ（SO×100）/ρ（Cl－）變化比較復(fù)雜，但一般均小于50，碳酸鹽平衡系數(shù)整體上隨深度增加緩慢減小，但各類離子值同一深度的分布范圍較寬，反映出相同深度上地層水的物理化學(xué)作用存在一定差異。

4）根據(jù)東營凹陷沉積和構(gòu)造演化以及水化學(xué)成分特征，可將油田水劃分為沉積－埋藏水 （Ⅰ）、溶濾－滲入水 （Ⅱ）、溶濾－滲入水與沉積－埋藏水的混合水 （Ⅲ）3種類型。

[1]劉方槐，顏婉蓀 .油氣田水文地質(zhì)學(xué)原理 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1991.

[2]李明誠 .油氣運(yùn)移研究的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].石油勘探與開發(fā)，1994，21（2）：1～6.

[3]王秉海，錢凱 .勝利油區(qū)地質(zhì)研究與勘探實(shí)踐 [M].東營：石油大學(xué)出版社，1992.

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[5]曾濺輝 .東營凹陷第三系流體物理化學(xué)場及其演化特征 [J].地質(zhì)評論，2000，46（2）：212～230.

[6]曾濺輝 .沉積盆地中地質(zhì)流體運(yùn)動(dòng)與油氣成藏 [J].海相油氣地質(zhì)，2005，10（1）：37～42.