上揚(yáng)子地塊黔北坳陷及周緣水文地質(zhì)-地球化學(xué)特征與油氣保存

朱振宏，樓章華，金愛民，張潤(rùn)合，斯春松，姚根順

(1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院， 浙江 舟山 316021； 2中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院， 浙江 杭州 310023)

上揚(yáng)子地塊黔北坳陷及周緣水文地質(zhì)-地球化學(xué)特征與油氣保存

朱振宏1，樓章華1，金愛民1，張潤(rùn)合2，斯春松2，姚根順2

(1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院， 浙江 舟山 316021； 2中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院， 浙江 杭州 310023)

從地下水化學(xué)-動(dòng)力學(xué)角度對(duì)上揚(yáng)子地塊黔北坳陷及周緣油氣保存條件進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：黔北坳陷及周緣自震旦紀(jì)以來共經(jīng)歷了3次重要的水文地質(zhì)旋回,即加里東期、海西期—印支期和燕山期—喜馬拉雅期。黔北坳陷及周緣在加里東期和海西期—印支期是兩次主要的油氣成藏期,但加里東末期和燕山期—喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)使得區(qū)內(nèi)原已形成的油氣藏幾乎被破壞殆盡。多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和多期大氣水下滲作用使得現(xiàn)今黔中隆起埋深小于2 500 m、黔北坳陷埋深小于3 000 m的地層水礦化度低，處于自由交替帶且底界尚不清楚，油氣保存條件較差；川南坳陷在埋深800 m的淺部地層已進(jìn)入交替阻滯帶，油氣保存條件相對(duì)較好。

水化學(xué)；水動(dòng)力；油氣保存；黔北坳陷及周緣；上揚(yáng)子地塊

地下水是油氣運(yùn)移、聚集的動(dòng)力和載體，與油氣成藏、保存密切相關(guān)。前人對(duì)此做了大量的研究工作[1-20]。楊緒充[4]總結(jié)了沉積盆地地下水動(dòng)力場(chǎng)的基本特征，研究論證了沉積盆地地下水動(dòng)力與油氣運(yùn)移和聚集的關(guān)系。劉方槐等[5]研究了含油氣盆地的油田水文地質(zhì)學(xué)和水文地球化學(xué)，并根據(jù)地下水與地表水的相互聯(lián)系，在縱向上將水文地質(zhì)條件劃分為3個(gè)不同的區(qū)帶，即自由交替帶、交替阻滯帶和交替停止帶。程如楠[6]認(rèn)為沉積盆地水文地質(zhì)特征具有旋回性，其抬升剝蝕階段的大氣水下滲作用是油氣藏后期調(diào)整或破壞的主要因素。樓章華等[9-14,21-24]從盆地流體歷史分析的角度對(duì)沉積盆地流體動(dòng)力和流體化學(xué)特征開展了新的探究,在總結(jié)中國(guó)南方海相地層地下水化學(xué)特征與油氣保存條件關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了比較系統(tǒng)的評(píng)價(jià)油氣保存條件的水文地質(zhì)地球化學(xué)綜合判別指標(biāo)體系。地下水水文地質(zhì)-地球化學(xué)是研究復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)油氣保存條件的行之有效的方法和手段。李梅等[16-18]研究了高郵凹陷地下水化學(xué)-動(dòng)力學(xué)與油氣運(yùn)聚的關(guān)系。王君等[20]研究了東濮凹陷文留地區(qū)地層水化學(xué)與油氣運(yùn)聚的關(guān)系。

黔北坳陷及周緣地表出露的油氣苗、瀝青和古油藏表明研究區(qū)具備良好的生油基礎(chǔ)，但后期經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，油氣保存條件遭到破壞。目前,關(guān)于黔北坳陷及周緣油氣保存條件的研究主要限于蓋層的影響。本文嘗試從流體作用角度，通過分析研究區(qū)地下水化學(xué)-動(dòng)力學(xué)特征來分析評(píng)價(jià)黔北坳陷及周緣的油氣保存條件。該方法對(duì)復(fù)雜地區(qū)油氣保存條件的研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

黔北坳陷及周緣地區(qū)位于四川、云南和貴州三省交匯區(qū)，大地構(gòu)造上屬于上揚(yáng)子地塊的西南邊緣。主要構(gòu)造單元包括川南坳陷、黔北坳陷、滇東北坳陷東部和黔中隆起(圖1)。研究區(qū)地處隔槽式變形帶向隔擋式變形帶漸變的過渡性地帶。其中，背斜構(gòu)造帶核部出露寒武系—下奧陶統(tǒng)，翼部由中-上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、二疊系和三疊系等組成；向斜核部廣泛出露上三疊統(tǒng)—下白堊統(tǒng)。

黔北坳陷及周緣地區(qū)作為上揚(yáng)子地塊的一部分，其構(gòu)造演化與上揚(yáng)子地塊區(qū)域性構(gòu)造演化具有一致性。晉寧運(yùn)動(dòng)以后，揚(yáng)子地臺(tái)基底基本固結(jié)，并開始接受蓋層沉積[25-27]。加里東早期，研究區(qū)是穩(wěn)定的大陸邊緣，形成滇黔北坳陷、川南坳陷和滇東黔中隆起等大型坳陷、隆起構(gòu)造的雛形；加里東晚期，上揚(yáng)子地區(qū)整體隆升，斷裂發(fā)育，形成了大范圍北東向的構(gòu)造變形[28-29]，樂山-龍女寺隆起和黔中滇東隆起的形成，使研究區(qū)呈現(xiàn)“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局[30]。海西期，持續(xù)隆升，發(fā)生了大規(guī)模的拉張運(yùn)動(dòng)，康滇地區(qū)及研究區(qū)西部陸內(nèi)裂谷作用顯著，大規(guī)模的玄武巖噴發(fā)，坳陷內(nèi)主要表現(xiàn)為玄武巖噴溢覆蓋，形成著名的峨嵋山玄武巖。印支期，受古特提斯洋關(guān)閉的影響，造山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，揚(yáng)子地臺(tái)整體隆升為陸，中國(guó)南方由海相地臺(tái)發(fā)展階段轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e發(fā)育階段，構(gòu)造-沉積面貌發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變[28]。燕山早期，滇黔北及周緣以湖相沉積為主；燕山晚期，上白堊統(tǒng)以前的地層普遍發(fā)生褶皺斷裂，同時(shí)早期形成的斷裂再次復(fù)活，這也基本形成了本區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造特征[30-31]。喜馬拉雅期，研究區(qū)以強(qiáng)烈隆升為主；繼承和加強(qiáng)了燕山運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造格局，研究區(qū)上白堊統(tǒng)至古近系發(fā)生不同程度的逆沖斷裂、褶皺變形、擠壓隆升及褶皺疊加，早期的構(gòu)造進(jìn)一步被改造，使之復(fù)雜化而成為現(xiàn)今的構(gòu)造格局[30,32]。

2 地下水化學(xué)特征與油氣保存

2.1 地層水礦化度、變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)與油氣保存

本次研究收集了研究區(qū)下組合(Z—S，震旦系—志留系)的13口井、24個(gè)井段的地層水化學(xué)資料(表2)。通過對(duì)比分析認(rèn)為，研究區(qū)地層水化學(xué)具有明顯的平面分區(qū)性，主要表現(xiàn)為從黔中隆起—黔北坳陷—川南坳陷，同一地層的水文地質(zhì)開啟程度逐漸減小，地層水礦化度逐漸增大，地層水變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)逐漸減小。黔中隆起西北緣的方深1井和底1井下組合(Z—S)地層水礦化度均小于10 g/L，水型為Na2SO4/NaHCO3型，變質(zhì)系數(shù)大于6，脫硫系數(shù)大于7，表明黔中隆起整體處于開放的水文地質(zhì)環(huán)境，整體不利于油氣保存。黔北坳陷下組合(Z—S)地層水特征差異性明顯。坳陷東南部的芒1井、中2井和3415廠井地層水礦化度在1.32～2.79 g/L，水型為Na2SO4/NaHCO3型，變質(zhì)系數(shù)為1.17～43.39，脫硫系數(shù)為70.94～100，表明該地層水文地質(zhì)開啟程度強(qiáng)烈，不利于油氣保存。而黔北坳陷東北部丁山構(gòu)造的丁山1井雖然在2 431～2 437 m井段寒武系婁山關(guān)群和3 509～3 532 m井段震旦系燈影組地層水礦化度分別為9.18 g/L 和20.82 g/L，水型為Na2SO4/NaHCO3型，地層水變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)分別為43.39和70.94；但在4 578～4 603 m井段震旦系燈影組地層水礦化度為294.42～367.00 g/L，且地層水變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)分別為0.96～0.97和0.12～0.77，水型也變?yōu)镃aCl2型，表明黔北坳陷東北部下組合(Z—S)水文地質(zhì)環(huán)境隨埋深增加逐漸封閉，油氣保存條件變好。另外，川東南頁(yè)巖氣勘探也證實(shí)在埋深4 000 m左右有良好的區(qū)域性蓋層[33]。川南坳陷下組合(Z—S)呈現(xiàn)隨地層的埋深地層水礦化度逐漸增大，地層水變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)逐漸減小的趨勢(shì)。天宮堂構(gòu)造的宮深1井由寒武系婁山關(guān)群至震旦系燈影組，地層水礦化度由35.14 g/L上升至74.12 g/L，水型也由MgCl2型轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCl2型，且震旦系燈影組變質(zhì)系數(shù)也小于0.70。資陽(yáng)構(gòu)造的多口鉆井在埋深3 374～4 452 m的震旦系燈影組地層水礦化度為63.35～78.91 g/L，水型為CaCl2型，變質(zhì)系數(shù)為0.55～0.61，表明整體處于較為封閉的水文地質(zhì)環(huán)境，有利于油氣保存。

垂直分帶性特征在川南坳陷和黔北坳陷東北部表現(xiàn)明顯。黔北坳陷丁山構(gòu)造的丁山1井由寒武系婁山關(guān)群到震旦系燈影組上部(埋深3 509～3 532 m)再到震旦系燈影組下部(埋深4 578～4 603 m)地層水礦化度由9.18 g/L 上升至20.82 g/L最終至294.42～367.00 g/L，水型也由Na2SO4/NaHCO3型轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCl2型。而在川南坳陷，埋深較淺的三疊系嘉陵江組的地層水礦化度為31～49 g/L，變質(zhì)系數(shù)為0.86～1.00，脫硫系數(shù)為0.02～14.40；震旦系燈影組地層水礦化度相對(duì)較高，水型主要為CaCl2型，變質(zhì)系數(shù)整體小于0.61，脫硫系數(shù)小于2.75。這表明隨埋深增加，黔北坳陷東北部和川南坳陷地層的水文地質(zhì)環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]環(huán)境。據(jù)推測(cè)黔北坳?yáng)|北部丁山構(gòu)造陷埋深大于4 500 m和川南坳陷埋深大于800 m地層整體封閉性較好，有利于油氣保存。

2.2 地層水氫、氧同位素特征與油氣保存

地下水按其成因和生成環(huán)境可區(qū)分為大氣成因溶濾水、原海相或陸相成因沉積水、變質(zhì)成因再生水和巖漿成因初生水4種類型[4,34-35]。這4種成因類型地下水由于其來源和生成環(huán)境不同，氫、氧同位素組成存在較大差異。因此，可根據(jù)不同成因類型地下水氫同位素值(δD)和氧同位素值(δ18O)的變化范圍大致判定地下水起源和成因。

表1 海相油氣保存條件的水文地質(zhì)-地球化學(xué)綜合判別指標(biāo)體系[12]

表2 黔北坳陷與周緣鉆井水化學(xué)簡(jiǎn)表

根據(jù)氫、氧同位素測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)與大氣降水曲線的分布關(guān)系(圖2)，黔北坳陷及周緣地區(qū)地層水δD和δ18O呈現(xiàn)明顯的平面分區(qū)性。川南坳陷下組合(Z—S)和上組合(D—T2，泥盆系—中三疊統(tǒng))地層水氫、氧同位素以遠(yuǎn)遠(yuǎn)地右偏于大氣水降水線為特征：下組合(Z—S)地層水氫、氧同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)靠近巖漿水和變質(zhì)水的范圍，表明川南坳陷下組合(Z—S)地層水為變質(zhì)成因再生水或巖漿成因初生水[34]，整體上未受大氣水作用影響，地層封閉條件好，有利于油氣成藏保存；上組合(D—T2)地層水氫、氧同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)右偏于全球大氣降水線，位于全球大氣降水線和變質(zhì)水之間，部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)靠近變質(zhì)水范圍邊緣，表明川南坳陷上組合(D—T2)地層水為原海相成因沉積水，并受到局部輕微變質(zhì)作用的影響，整體上受大氣水作用影響相對(duì)較弱，地層封閉條件相對(duì)較好，有利于油氣保存。黔北坳陷下組合(Z—S)地層水氫、氧同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)位于全球大氣降水線左上方并靠近全球大氣降水線，表明下組合(Z—S)地層水為大氣成因溶濾水，受大氣水作用影響明顯，地層封閉性差，不利于油氣保存。黔中隆起下組合(Z—S)和上組合(D—T2)地層水氫、氧同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)均左偏于并靠近全球大氣降水線，表明黔中隆起下組合(Z—S)和上組合(D—T2)地層水為大氣成因溶濾水，整體上受大氣水作用影響，地層封閉條件差，不利于油氣成藏保存。

圖2 黔北坳陷及周緣地層水氫(δD)、氧(δ18O)同位素關(guān)系Fig.2 Hydrogen and oxygen isotope compositions of formation water in the Qianbei Depression and its periphery(川南坳陷數(shù)據(jù)引自林耀庭，1996[34]。)

3 富氮天然氣特征與油氣保存

黔北坳陷地處黔中隆起向四川盆地的過渡帶，構(gòu)造改造強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，水動(dòng)力特征對(duì)油氣保存條件的破壞不容忽視。沿?cái)嗔汛瓜驖B入和構(gòu)造高部位順著地層側(cè)向滲入是大氣淡水下滲作用的兩種主要方式[21]。

富氮天然氣在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的沉積盆地邊緣和沉積盆地內(nèi)部的斷裂發(fā)育帶常見，往往與淡化的地層水相伴,表明曾經(jīng)或現(xiàn)今與地表水發(fā)生過緩慢交替,因此是大氣水下滲強(qiáng)烈的直接證據(jù)[14,36-37]。

根據(jù)黔北坳陷及周緣已有鉆井氣體組分的氮?dú)?N2)體積分?jǐn)?shù)可以看出(表3)，黔北坳陷下寒武統(tǒng)氣體組成的N2含量高，超過85%，最大已經(jīng)達(dá)到95%以上。如昭通構(gòu)造的昭101井在984.90～1 713.30 m井段(1n)處氣樣的N2體積分?jǐn)?shù)大于95%，甲烷(CH4)的體積分?jǐn)?shù)小于5%；太陽(yáng)構(gòu)造的陽(yáng)1井在2 903.69～2 903.90 m井段(1q，寒武系清虛洞組)處氣樣的N2體積分?jǐn)?shù)高達(dá)91.37%，CH4體積分?jǐn)?shù)僅為0.53%。這表明滇黔北坳陷埋深2 900 m以上的地層受到大氣水下滲作用影響強(qiáng)烈。黔中隆起大方構(gòu)造方深1井2 364 m井段(Z2dy，震旦系燈影組)以上地層中N2體積分?jǐn)?shù)均相對(duì)較高，而在2 398～2 445 m井段(Z2dy)處N2體積分?jǐn)?shù)減小為53.65%～53.78%，CH4體積分?jǐn)?shù)為1.70%～1.72%(表3)，表明黔中隆起埋深2 400 m以上的地層同樣受到大氣水下滲作用的影響。

4 溫泉特征與油氣保存

溫泉是由地表水滲入地下，經(jīng)地?zé)嵩鰷睾罅鞒龅乇硇纬?，其分布及水溫特征在一定程度上反映了大氣水下滲循環(huán)深度和水文地質(zhì)開啟程度。一般而言，中溫(40～60 ℃)和高溫溫泉(60～90 ℃)是斷裂活動(dòng)、大氣水下滲強(qiáng)烈、地層封閉性差、地下深部流體熱能在地表出露的標(biāo)志[14,24]。因此，中溫和高溫溫泉出露的地區(qū)不利于油氣保存[21]。

表3 黔北坳陷及周緣鉆井甲烷(CH4)與氮?dú)?N2)含量

4.1 溫泉與斷裂分布特征

研究區(qū)溫泉多為中溫和低溫溫泉(圖3)，且多數(shù)沿構(gòu)造單元邊界主控?cái)嗔褞С示€狀分布，少數(shù)分布在構(gòu)造單元內(nèi)部斷裂發(fā)育處。中溫溫泉主要分布在齊岳山-習(xí)水?dāng)嗔褞Ш妥窳x-貴陽(yáng)斷裂帶附近，如息烽縣溫泉鄉(xiāng)溫泉溫度為48 ℃、仁懷縣鹽津橋溫泉溫度為54 ℃。低溫溫泉除了分布在上述的邊界深大斷裂帶，還分布在赫章-遵義斷裂帶和黔北坳陷、黔中隆起內(nèi)次級(jí)斷裂發(fā)育處。

4.2 溫泉溫度與循環(huán)深度

黔北坳陷及周緣地區(qū)溫泉溫度分布范圍在21～54 ℃(圖4)，屬中-低溫溫泉，且隨著溫泉出露地層時(shí)代變老，溫泉溫度有緩慢上升的趨勢(shì)(圖5)。

溫泉循環(huán)深度可以反映大氣水下滲的深度或所能到達(dá)的層位，這一指標(biāo)可通過溫泉出露地表溫度進(jìn)行估算，此循環(huán)深度即現(xiàn)今大氣水下滲深度[12,38]。雖然通過溫泉溫度可以估算溫泉循環(huán)深度，但溫泉循環(huán)深度還受區(qū)域熱源條件和地質(zhì)條件，如斷裂活動(dòng)時(shí)間、切割深度、地溫場(chǎng)等因素影響。從黔北坳陷及周緣部分溫泉的地質(zhì)條件分析(表4)，溫泉多發(fā)于構(gòu)造單元邊界深大斷裂帶，且斷裂大都屬于基底斷裂，不同程度地切割了震旦系、下古生界和上古生界，并具有多期活動(dòng)。溫泉的儲(chǔ)層多為震旦系和下古生界。值得一提的是，地溫梯度、溫泉溫度與溫泉循環(huán)深度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地溫梯度高且溫泉溫度高的溫泉，循環(huán)深度大。黔北坳陷習(xí)水和仁懷地區(qū)地溫梯度大于25 ℃/km，溫泉溫度在38～40 ℃，循環(huán)深度普遍大于960 m；桐梓和畢節(jié)地區(qū)地溫梯度在20～25 ℃/km，溫泉溫度為23～30 ℃，其溫泉的循環(huán)深度為500～600 m。黔中隆起遵義、息烽和織金地溫梯度為25～30 ℃/km，溫泉溫度在30～54 ℃，溫泉的循環(huán)深度為780～1 880 m；而在金沙、黔西、清鎮(zhèn)和開陽(yáng)等地雖地溫梯度大于25 ℃/km，但溫泉溫度小于28 ℃，其循環(huán)深度小。

綜上所述認(rèn)為，黔中隆起區(qū)東部、南部和東南部深大斷裂發(fā)育處大氣水下滲強(qiáng)烈，大氣水深度介于800～1 800 m，最大下滲深度為息烽地區(qū)的1 880 m，表明水文地質(zhì)開啟程度高，地層封閉性差，不利于油氣保存；黔中隆起西北部的金沙、大方地區(qū)及西南部的水城地區(qū)大氣水下滲深度為300～500 m，表明水文地質(zhì)開啟程度低，地層封閉性相對(duì)較好，有利于油氣保存，如大方構(gòu)造方深1井下寒武統(tǒng)牛蹄塘組氣測(cè)異常表明存在局部的良好保存條件。黔北坳陷東北部靠近齊岳山-習(xí)水?dāng)嗔褞?、遵義斷裂帶處，大氣水下滲強(qiáng)烈，下滲深度為960～1 470 m，表明水文地質(zhì)開啟程度高，地層封閉性差，不利于油氣保存；東南部畢節(jié)地區(qū)大氣水下滲深度為500～600 m，表明水文地質(zhì)開啟程度低，地層封閉性較好，有利于油氣保存；而在坳陷內(nèi)向斜低緩區(qū)斷裂發(fā)育少，無溫泉出露區(qū)，表明水文地質(zhì)封閉環(huán)境較好，有利于油氣保存。川南坳陷無深大斷裂發(fā)育，地表溫泉出露較少，水文地質(zhì)封閉性較好，有利于油氣保存。

圖3 黔北坳陷及周緣溫泉與不同期次斷裂分布Fig.3 Distribution of hot spring and multi-period faults in the Qianbei Depression and its periphery

圖4 黔北坳陷及周緣溫泉溫度統(tǒng)計(jì)Fig.4 Histogram of hot spring temperature in the Qianbei Depression and its periphery

圖5 黔北坳陷及周緣溫泉溫度與地層分布關(guān)系Fig.5 Relationship between hot spring temperature and host strata in the Qianbei Depression and its peripheryZ.震旦系；.寒武系；O.奧陶系；P.二疊系；T.三疊系

構(gòu)造單元溫泉位置主控?cái)嗔阎骺財(cái)嗔亚懈顚游恢骺財(cái)嗔鸦顒?dòng)時(shí)間儲(chǔ)層層位地溫梯度/(℃·km-1)溫泉溫度/℃循環(huán)深度/m黔北坳陷習(xí)水兩岔口齊岳山-習(xí)水?dāng)嗔裐—S，D—T，J加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今2+3ls30401473仁懷鹽津橋赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy298481414仁懷團(tuán)結(jié)赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今O1t—O1h298389675桐梓楠木園遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy20～2528521畢節(jié)星秀田赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今P1q—P1m20～2530655畢節(jié)草堤赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今T20～2523530黔中隆起遵義芭蕉赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy25～30301123遵義正安遵義斷裂、赫章-遵義斷裂Z—S，T海西-印支期、燕山期Z2dy25～3032780遵義楓香遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy25～30368782織金金家壩貴陽(yáng)-普定斷裂Z，，O，P，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy261381124織金杜家橋貴陽(yáng)-普定斷裂Z，，O，P，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy261328113金沙巖孔赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy28823363金沙水口寺赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy288285211大方撮壩赫章-遵義斷裂Z—S，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今P2c—P2d198264627清鎮(zhèn)五里橋貴陽(yáng)-普定斷裂Z，，O，P，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今Z2dy25254467黔西王家渡貴陽(yáng)-普定斷裂Z，，P，T加里東期、燕山期、喜馬拉雅期、現(xiàn)今P1q—P1m25243665開陽(yáng)洋橋遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy30243946開陽(yáng)白馬洞遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy30212383開陽(yáng)馬岔河遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy30401228息烽遵義斷裂Z，海西-印支期、燕山期Z2dy25～30541880

5 地下水動(dòng)力場(chǎng)與油氣保存

5.1 現(xiàn)今地下水動(dòng)力場(chǎng)與油氣保存

根據(jù)地形、流體地球化學(xué)特征、溫泉分布及水循環(huán)深度估算等研究，可以建立黔北坳陷與周緣現(xiàn)今地下水動(dòng)力場(chǎng)(圖6)。黔中隆起先后經(jīng)歷了加里東末期的抬升剝蝕、印支期的抬升和燕山期—喜馬拉雅期的強(qiáng)烈褶皺斷裂、剝蝕及逆沖推覆，二疊系和三疊系廣泛出露，斷裂發(fā)育且開啟程度較高，大氣水下滲強(qiáng)烈，整體處于大氣水下滲向心流區(qū)，油氣保存條件差。黔北坳陷為黔中隆起向四川盆地的斜坡過渡帶，燕山期—喜馬拉雅期褶皺斷裂發(fā)育，表現(xiàn)為背斜-向斜交替分布和坳-隆相間的構(gòu)造格局，背斜軸部多出露寒武系，局部出露震旦系(如桑木場(chǎng)、桐梓、松林及巖孔等背斜)，但向斜軸部常見侏羅系，整體大氣水下滲作用相對(duì)較弱，油氣保存條件變好。川南坳陷自早古生代以來一直處于構(gòu)造低位置，地形平緩，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，無深大斷裂發(fā)育，整體處于泥巖壓實(shí)排水離心流區(qū)，油氣保存條件好。

圖6 黔北坳陷與周緣現(xiàn)今地下水動(dòng)力場(chǎng)平面分布Fig.6 Plane distribution of present hydrodynamic field in the Qianbei Depression and its periphery

5.2 地下水動(dòng)力場(chǎng)形成演化與油氣保存

沉積盆地的水文地質(zhì)特征具有旋回性。一個(gè)水文地質(zhì)旋回可以分為兩個(gè)階段：①沉積水文地質(zhì)階段，為壓實(shí)水形成的離心流發(fā)育階段；②滲入水文地質(zhì)階段，為大氣水下滲形成的向心流發(fā)育階段[9]。因此，地下水動(dòng)力場(chǎng)的形成、演化同樣具有旋回性，每個(gè)旋回又可以劃分為盆地沉積埋藏階段的泥巖壓實(shí)水離心流階段和抬升剝蝕階段的大氣水下滲向心流階段。埋藏階段是油氣藏形成的主要時(shí)期，抬升剝蝕階段則是油氣藏破壞和調(diào)整時(shí)期。因此，每個(gè)旋回中盆地抬升剝蝕時(shí)期發(fā)育的大氣水向心流有可能破壞早期的油氣藏[5,9,40]。

黔北坳陷及周緣地區(qū)自古生代以來主要經(jīng)歷了3次水文地質(zhì)旋回：加里東期、印支期和燕山期。黔北坳陷及周緣水文地質(zhì)旋回控制了地下水動(dòng)力場(chǎng)的形成、演化，而地下水動(dòng)力場(chǎng)的形成、演化控制了油氣運(yùn)聚、成藏和保存(圖7)。

加里東期，黔北坳陷及周緣沉積了巨厚的海相地層，并發(fā)育了上震旦統(tǒng)陡山沱組(Z2ds)、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組(1n)、上奧陶統(tǒng)五峰組(O3w)和下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1l)等主力烴源巖。加里東中期，上震旦統(tǒng)陡山沱組和寒武系烴源巖進(jìn)入生油氣階段[41]，油氣開始運(yùn)移。坳陷生烴中心位于黔北坳陷的威信一帶。生成的油氣在強(qiáng)大的離心流作用下分別往南、北兩側(cè)的黔中隆起和川南坳陷相對(duì)低勢(shì)能區(qū)運(yùn)移聚集并成為油氣保存的有利地區(qū)(圖7d)。

加里東末期的廣西運(yùn)動(dòng)對(duì)黔北坳陷及周緣影響強(qiáng)烈，表現(xiàn)為發(fā)育平緩褶皺和斷裂，川南坳陷和滇黔北坳陷略有抬升，黔中隆起則持續(xù)隆升，地層遭受剝蝕，構(gòu)造高點(diǎn)的金沙—織金一帶沉積間斷，使研究區(qū)大部分缺失上志留統(tǒng)—石炭系。由于川南坳陷較黔北坳陷抬升剝蝕作用強(qiáng)，黔北坳陷深部地層壓力得以保存，因此水動(dòng)力仍以離心流為特征，但其范圍明顯減小。該階段抬升剝蝕導(dǎo)致的大氣水下滲作用主要發(fā)育在黔中隆起。川南緩坡帶、黔北坳陷與黔中隆起之間的斜坡帶主要發(fā)育越流泄水帶，成為油氣的有利聚集區(qū)(圖7a)。

海西沉積期，滇黔北坳陷及周緣整體埋深，上覆的巨厚二疊系與中-下志留統(tǒng)形成平行不整合。研究區(qū)內(nèi)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組烴源巖再次生烴，下志留統(tǒng)龍馬溪組烴源巖開始生烴，在川南坳陷和黔北坳陷發(fā)育強(qiáng)離心流。由于黔中隆起自海西運(yùn)動(dòng)以后持續(xù)隆升，且生烴中心位于川南坳陷和黔北坳陷，沉積壓實(shí)離心流指向相對(duì)低勢(shì)能區(qū)的黔中隆起，黔中隆起屬于越流泄水區(qū)，是油氣運(yùn)移聚集的有利地區(qū)(圖7e)。印支期，研究區(qū)整體處于持續(xù)抬升階段，剝蝕作用強(qiáng)烈，生烴作用停止。該階段川南坳陷和黔北坳陷地勢(shì)較低，剝蝕厚度小，仍發(fā)育小范圍離心流。黔中隆起大氣水下滲強(qiáng)烈，早期形成的油氣被破壞。在黔北坳陷與黔中隆起之間的斜坡帶如大方構(gòu)造成為越流泄水區(qū)，是油氣的有利聚集區(qū)(圖7b)。

燕山—喜馬拉雅沉積期，黔北坳陷及周緣進(jìn)入內(nèi)陸湖盆沉積階段，侏羅紀(jì)時(shí)在四川盆地形成大型坳陷湖盆，沉積連續(xù)且厚度大(圖7f)。早期的油藏裂解成氣，晚古生代二疊系烴源巖開始生、排烴，川南坳陷和黔北坳陷再次發(fā)育強(qiáng)離心流。由于黔中隆起地勢(shì)高且位于坳陷湖盆的邊緣，為相對(duì)較低勢(shì)能區(qū)，有利于油氣聚集。燕山晚期的燕山運(yùn)動(dòng)，是黔北坳陷與周緣重要的一次褶皺造山運(yùn)動(dòng)，使晚白堊世以前的地層普遍發(fā)生褶皺斷裂，也使早期形成的斷裂再次活動(dòng)，造成上白堊統(tǒng)與下伏不同時(shí)代的地層呈明顯的角度不整合接觸(圖7c)。伴隨強(qiáng)烈的抬升剝蝕作用和斷裂活動(dòng)，黔中隆起和黔北坳陷南部大氣水強(qiáng)烈下滲，油氣保存條件遭到嚴(yán)重破壞，推測(cè)越流泄水帶位于川南坳陷和黔北坳陷的過渡帶，為油氣的有利聚集區(qū)；而川南坳陷地表覆蓋巨厚三疊系，通天斷層不發(fā)育，大氣水下滲作用較弱，油氣保存條件較好。

6 結(jié)論

1) 黔北坳陷及周緣在加里東期和海西期—印支期分別形成了兩次主要的油氣藏形成期，但加里東末期、印支期和燕山期—喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)使得原已形成的油氣藏幾乎被破壞殆盡。

2) 黔北坳陷及周緣地層水化學(xué)分布具有明顯平面分區(qū)性和垂直分帶性。平面分區(qū)性表現(xiàn)為：由黔中隆起—黔北坳陷—川南坳陷，下古生界及震旦系地層水礦化度逐漸增大，變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)逐漸減小，水文地質(zhì)開啟程度逐漸減小，地層封閉性逐漸變好，油氣保存條件逐漸變好。垂直分帶性表現(xiàn)為：黔中隆起埋深小于2 500 m、黔北坳陷埋深小于3 000 m的地層處于自由交替帶且底界尚不清楚，地層水礦化度小于10 g/L，變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)較大，水文地質(zhì)開啟程度大，地層封閉性差，油氣保存條件差；另外，黔北坳陷東北部丁山1井在4 578～4 603 m深度地層水礦化度在300 g/L左右，變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)小，推測(cè)埋深4 500 m以下存在良好蓋層，有利于油氣保存。川南坳陷埋深800 m的地層進(jìn)入交替阻滯帶，由中生界—上古生界—下古生界—震旦系，地層水礦化度逐漸增大，變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)逐漸減小，水文地質(zhì)環(huán)境逐漸封閉，油氣保存條件變好。

圖7 黔北坳陷及周緣流體動(dòng)力演化與油氣保存模式(剖面位置見圖3)Fig.7 Hydrodynamic field evolution and hydrocarbon preservation mode in the Qianbei Depression and its periphery

3) 多期次構(gòu)造和大氣水下滲作用使得現(xiàn)今黔中隆起和黔北坳陷東南部處于開放的水文地質(zhì)環(huán)境，油氣保存條件整體較差。黔北坳陷東北部丁山構(gòu)造埋深大于4 500 m和川南坳陷埋深大于800 m的地層水文地質(zhì)環(huán)境封閉性較好，對(duì)油氣保存有利。

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(編輯 李 軍)

Hydrogeological-hydrogeochemical characteristics and hydrocarbon preservation conditions of the Qianbei Depression and its periphery,Upper Yangtze Block

Zhu Zhenhong1,Lou Zhanghua1,Jin Aimin1,Zhang Runhe2,Si Chunsong2,Yao Genshun2

(1. Ocean College,Zhejiang University,Zhoushan, Zhejiang 316021,China;2.Hangzhou Institute of Petroleum Geology,PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Hangzhou,Zhejiang310023,China)

The petroleum preservation conditions in the Qianbei depression and its periphery were studied based upon the analysis of groundwater hydrochemical and hydrodynamic characteristics.The results show that the Qianbei depression and its periphery experienced three hydrogeological cycles as follows:Caledonian epoch,Hercynian-Indosinian epoch,and Yanshan-Himalayan epoch.Caledonian epoch and Hercynian-Indosinian epoch are the two main periods of oil-gas reservoirs deposition,although these reservoirs were eroded almost completely during the period of Caledonian and Yanshan-Himalayan movements.The hydrocarbon preservation conditions of strata less than 2 500 meter depth below surface in the Qianzhong uplift and 3 000 meter depth below surface in the Qianbei depression are generally poor due to the multiple tectonic movements and meteoric water infiltrations.This zone with low mineralization formation water is named as free exchanging zone and its lower boundaries are still unclear.The strata deeper than 800 meter are regarded as an exchanging-inactive zone in the Chuannan depression and hydrocarbon preservation conditions thereby are relatively good.

hydrochemistry,hydrodynamics,hydrocarbon preservation,Qianbei Depression and its periphery,Upper Yangtze Block

2015-08-12;

2016-09-07。

朱振宏(1987—)，男，博士研究生，石油地質(zhì)。E-mail:zhu_zhen_hong@126.com。

金愛民(1973—)，男，博士、副教授，油田地下水和油氣成藏保存研究。E-mail:aiminjin@163.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05005-003-008HZ,2011ZX05002-006-003HZ)。

0253-9985(2016)06-0862-12

10.11743/ogg20160608

TE133

A