鄂爾多斯盆地寨科地區(qū)和雙河地區(qū)長2油層組地層水特征及差異

強(qiáng) 倩，李愛榮，歐明軒

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

0 引言

在油氣成藏系統(tǒng)中，地層水作為驅(qū)動力和載體，在油氣生成、運(yùn)移、聚集和散失的全過程中，自始至終起著重要的作用。為此，眾多學(xué)者對地層水性質(zhì)與油藏關(guān)系進(jìn)行了研究，普遍認(rèn)為地層水礦化度、水型、特征參數(shù)、同位素特征等地球化學(xué)指標(biāo)及特征可有效判識沉積盆地流體系統(tǒng)的開放性和封閉性，以及不同程度的反映油氣藏的封閉性和保存條件[1-6]。前人在延長組中成藏組合(長4+5～長7)和下成藏組合(長8～長10)地層水性質(zhì)與油藏的關(guān)系方面取得了一定的研究成果，但針對上成藏組合(長1～長3)，尤其是上成藏組合中的主要產(chǎn)油層長2油層組還缺少地層水性質(zhì)與油藏關(guān)系方面的系統(tǒng)研究。因此，本文旨在通過對盆地寨科地區(qū)和雙河地區(qū)長2油層組地層水性質(zhì)及分布研究，分析兩地區(qū)之間地層水性質(zhì)及分布規(guī)律之間的差異，以期為盆地中生界延長組流體系統(tǒng)研究提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是我國面積第二大的內(nèi)陸沉積盆地，根據(jù)盆地構(gòu)造形態(tài)及沉積演化歷史，將盆地劃分為六個(gè)二級構(gòu)造單元，分別為：西緣沖斷帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起及渭北隆起[7-9]。研究區(qū)志丹油區(qū)屬陜北斜坡中段，地理位置屬陜西省延安市志丹縣境內(nèi)(圖1)，區(qū)域構(gòu)造簡單、地勢平緩，向西傾斜，傾斜角度小于1度，局部具有差異壓實(shí)形成的鼻狀隆起。

中生界三疊系延長組為主要的含油層系，依據(jù)凝灰質(zhì)或炭質(zhì)泥巖等標(biāo)志層，結(jié)合沉積旋回、巖性組合等，將延長組自下而上劃分為10個(gè)(長10～長1)油層組。其中，長2油層組由兩個(gè)半沉積旋回組成，沉積厚度大約在90～121 m，電性特征明顯，自然電位曲線均為明顯的箱狀負(fù)異常[10-12]。延長組地層水總體處于封閉的流體動力環(huán)境，但延長組頂部特別是長1、長2地層受剝蝕暴露期大氣水淋濾作用的影響，地層相對開啟，油氣保存條件較差，如研究區(qū)的雙河地區(qū)就位于侏羅紀(jì)古河谷地區(qū)，寨科地區(qū)則處于延長組古高地[13-15]。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置圖

2 地層水性質(zhì)

2.1 地層水水樣篩選

為了更好的研究志丹地區(qū)長2油層組地層水的性質(zhì)及地層水特征與水文地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，本文收集了大量研究區(qū)地層水的的分析數(shù)據(jù)。隨著油井的不斷開采，地層水的物理化學(xué)性質(zhì)均會越來越偏離其原始地層水的性質(zhì)，甚至在分析其與所處地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系時(shí)也會產(chǎn)生一定的影響。為此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選時(shí)，對于有多個(gè)時(shí)期地層水分析數(shù)據(jù)的井，選擇其最早的分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而在一定程度上減少不必要的影響。

儲層改造過程中可能受到殘酸影響，所取水樣的離子組成、水型等會失真，用受殘酸影響的地層水分析結(jié)果來判斷地層情況必然會產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)論[16]。正常地層水的返排率較高，pH值為 6～8，離子組成以 Cl-，Na+，K+離子為主，ρ(Cl-)>ρ(Na+)[1]，變質(zhì)系數(shù)為正值。受殘酸影響或遭到破壞的地層水，pH值<6，地層水偏酸性，ρ(Na+)>ρ(Cl-)，變質(zhì)系數(shù)為負(fù)值。綜合上述影響因素，建立了簡單的地層水水樣篩選標(biāo)準(zhǔn)，最終在研究區(qū)篩選出272口井的長2地層水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析(寨科地區(qū)144口井，雙河地區(qū)128口)。

2.2 地層水的化學(xué)組成與分類

2.2.1 地層水的化學(xué)組成

志丹地區(qū)長2油層組地層水主要離子組成為：Cl-、SO42-、HCO3-、Na++k+、Ca+、Mg+，各離子的含量關(guān)系為：Cl->Na++k+>Ca+>SO42->Mg+>HCO3-。長2雙河地區(qū)的Cl-離子含量主要分布在6 630～79 168 mg/L，平均值為17 663 mg/L，占陰離子總量的87.4%；SO42-離子含量主要分布在97～7 238 mg/L，平均值為2 098 mg/L，占陰離子總量的10.9%；HCO3-離子含量主要分布在10.6～1 182 mg/L，平均值為255 mg/L，占陰離子總量的1.5%；Na++k+離子含量主要分布在1 976～3 1 084 mg/L，平均值為7 531 mg/L，占陽離子總量的67.3%；Ca+離子含量主要分布在653～7 776 mg/L，平均值為3 095 mg/L，占陽離子總量的25.8%；Mg+離子含量主要分布在123～2 203 mg/L，平均值為740 mg/L，占陽離子總量的6.7%(表1)。

長2寨科地區(qū)的Cl-離子含量主要分布在7 445～41 228 mg/L，平均值為26 826 mg/L，占陰離子總量的92.5%；SO42-離子含量主要分布在72～4 725 mg/L，平均值為1 743 mg/L，占陰離子總量的6.3%；HCO3-離子含量主要分布在54～854 mg/L，平均值為290 mg/L，占陰離子總量的1.1%；Na++k+離子含量主要分布在4 377～22 775 mg/L，平均值為15 421 mg/L，占陽離子總量的87.0%；Ca+離子含量主要分布在651～3 865 mg/L，平均值為1 956 mg/L，占陽離子總量的10.9%；Mg+離子含量主要分布在10～1 236 mg/L，平均值為356 mg/L，占陽離子總量的2.0%(表1)。

研究表明，研究區(qū)地層水中各離子的含量關(guān)系為：Cl->Na++k+>Ca+>SO42->Mg+>HCO3-。雙河地區(qū)和寨科地區(qū)各離子濃度存在明顯的差異，雙河地區(qū)各離子濃度均低于寨科地區(qū)，表明兩地區(qū)地層水的水—巖相互作用強(qiáng)度以及受后期改造程度差別較大。Cl-由于遷移性強(qiáng)不易被其它礦物表面吸附，也不為生物所積累，經(jīng)常被用于反映海(咸)水入侵最敏感的水化學(xué)指標(biāo)[17]。雙河地區(qū)的Cl-離子含量不僅明顯低于寨科地區(qū)且低于現(xiàn)今海水Cl-離子含量(19 324 mg/L)[18]，表明其可能受到海(咸)水入侵，由此可見雙河地區(qū)長2油層組的封閉性差于寨科地區(qū)。

2.2.2 地層水的分類

地層水類型是反映油氣運(yùn)聚與保存條件的重要因素[19]。按照蘇林(1946)分類法，可將油田中的地層水分為4種類型：CaCl2型、NaHCO3型、MgCl2型和Na2SO4型。一般認(rèn)為，CaCl2型地層水處于水動力停滯區(qū)，封閉性較好，有利于油氣的聚集成藏，而NaHCO3或 MgCl2型地層水則處于過渡性構(gòu)造條件下，封閉性差，不利于油藏的聚集和保存。寨科地區(qū)長2油層組地層水的類型均為CaCl2型；而雙河地區(qū)長2油層組地層水的類型則既有CaCl2型，又有MgCl2型，其中MgCl2型占5.4%。研究表明，寨科地區(qū)長2油層組的封閉性好于雙河地區(qū)，更有利于油藏的保存。

表1 油層組地層水主要化成成分表

3 地層水礦化度及化學(xué)特征參數(shù)

3.1 礦化度

地層水的礦化度可以體現(xiàn)儲層封閉性及蒸發(fā)濃縮的程度，儲層封閉條件好，地層水蒸發(fā)濃縮程度大，礦化度相對較高。根據(jù)對志丹地區(qū)長2油層組272口井的272份水樣分析統(tǒng)計(jì)，寨科地區(qū)地層水礦化度主要分布在14 356～70 761 mg/L，平均為46 596 mg/L，其中鹵水(>50 000 mg/L)占40.3%；雙河地區(qū)地層水礦化度主要分布在12 110～120 140 mg/L，平均為31 385 mg/L，其中鹵水(>50 000 mg/L)占3.9%。寨科地區(qū)長2油層組地層水的礦化度平面展布圖(圖2a)所示，鹵水主要分布在砂地比小于0.3的淺湖區(qū)域，鹽水則主要分布在砂地比大于0.3的濱湖區(qū)域。淺湖地區(qū)，地層水礦化度有向湖中心不斷增大的趨勢；砂地比介于0.3～0.4的區(qū)域，礦化度分布最為復(fù)雜，可能由于該區(qū)域的水動力關(guān)系最為復(fù)雜所導(dǎo)致。根據(jù)礦化度的分布特征可知，寨科地區(qū)長2油層組淺湖區(qū)域的封閉性好于濱湖區(qū)域。雙河地區(qū)長2油層組地層水的礦化度平面展布圖(圖3a)所示，地層水礦化度值整體低于寨科地區(qū)，鹵水主要分布在淺湖區(qū)域，礦化度無其他明顯的分布規(guī)律。研究表明，寨科地區(qū)長2油層組的封閉性好于雙河地區(qū)，淺湖區(qū)域的封閉性好于濱湖區(qū)域，更有利于油藏的保存。

3.2 變質(zhì)系數(shù)

變質(zhì)系數(shù)即地層水中Cl-、Na+當(dāng)量數(shù)值之差與Mg2+離子的當(dāng)量數(shù)值比，是表征變質(zhì)作用和陽離子吸附交換作用強(qiáng)弱的重要參數(shù)。變質(zhì)系數(shù)越大，說明地層封閉性越好，油氣保存條件越好。當(dāng)為負(fù)值時(shí)，表明地層曾受過淋濾作用的影響。寨科地區(qū)地層水變質(zhì)系數(shù)主要分布在10.5～213，平均為36.5；雙河地區(qū)地層水變質(zhì)系數(shù)主要分布在4.9～64.1，平均為14.5。寨科地區(qū)長2油層組地層水的變質(zhì)系數(shù)平面展布圖(圖2b)所示，變質(zhì)系數(shù)主要分布在30～40，變質(zhì)系數(shù)大于40的區(qū)域主要分在砂地比小于0.3的淺湖區(qū)和砂地比大于0.4的濱湖區(qū)。根據(jù)變質(zhì)系數(shù)的分布特征可知，寨科地區(qū)長2油層組砂地比小于0.3的淺湖區(qū)封閉性最好，其次為砂地比大于0.4的濱湖區(qū)，最后為砂地比介于0.3～0.4的區(qū)域。雙河地區(qū)長2油層組地層水的變質(zhì)系數(shù)平面展布圖(圖3b)所示，地層水變質(zhì)系數(shù)值整體低于寨科地區(qū)，主要分布在10～20，變質(zhì)系數(shù)分布無其它明顯分布規(guī)律。研究表明，寨科地區(qū)長2油層組的封閉性好于雙河地區(qū)，淺湖區(qū)域和砂地比大于0.4的濱湖區(qū)域封閉性更好，更有利于油藏的保存。

圖2 寨科地區(qū)地層水礦化度和變質(zhì)系數(shù)平面展布圖

圖3 雙河地區(qū)地層水礦化度和變質(zhì)系數(shù)平面展布圖

3.3 鈉氯系數(shù)

鈉氯系數(shù)是反應(yīng)地層封閉性、地層水變質(zhì)程度以及地層水活動性的重要參數(shù)。一般認(rèn)為，鈉氯系數(shù)越大，表明其受滲入水的影響越大，地層封閉性越差，越不利于油氣的保存，反之，鈉氯系數(shù)越小，說明其受滲入水的影響越小，地層封閉性越好，越有利于油氣保存。寨科地區(qū)地層水鈉氯系數(shù)主要分布在0.44～0.63，平均為0.58；雙河地區(qū)地層水變質(zhì)系數(shù)主要分布在0.16～0.63，平均為0.44。寨科地區(qū)長2油層組地層水的鈉氯系數(shù)平面展布圖(圖4a)所示，鈉氯系數(shù)主要分布在0.55～0.60，變質(zhì)系數(shù)分布無明顯規(guī)律。雙河地區(qū)長2油層組地層水的鈉氯系數(shù)平面展布圖(圖5a)所示，地層水鈉氯系數(shù)值整體低于寨科地區(qū)，主要分布在0.40～0.50，鈉氯系數(shù)也無明顯分布規(guī)律。研究表明，寨科地區(qū)長2油層組的封閉性好于雙河地區(qū)，但鈉氯系數(shù)與沉積相之間無明顯關(guān)系。

3.4 脫硫系數(shù)

脫硫系數(shù)是指示地下水氧化還原程度的重要參數(shù)[21]。理論上，當(dāng)脫硫系數(shù)<3時(shí)，說明地層水保存條件良好；當(dāng)脫硫系數(shù)介于 3～10 時(shí)，表明地層可能受到淺、表層滲入水的影響；當(dāng)脫硫系數(shù)>10 或者為負(fù)值時(shí)，表明封閉條件曾遭到破壞，可能受到大氣降水淋濾作用的影響[22]。寨科地區(qū)地層水脫硫系數(shù)主要分布在0.37～26.3，平均為6.95；雙河地區(qū)地層水脫硫系數(shù)主要分布在0.38～57.3，平均為13.3。寨科地區(qū)長2油層組地層水的脫硫系數(shù)平面展布圖(圖4b)所示，脫硫系數(shù)主要分布在3～10，脫硫系數(shù)大于10的區(qū)域主要分布在砂地比大于0.3區(qū)域，且在砂地比介于0.3～0.4的區(qū)域所占百分比最大。雙河地區(qū)長2油層組地層水的脫硫系數(shù)平面展布圖(圖5b)所示，地層水脫硫系數(shù)值整體高于寨科地區(qū)，大部分區(qū)域的脫硫系數(shù)大于10。研究表明，寨科地區(qū)長2油層組的封閉性好于雙河地區(qū)，更有利于油藏的保存。

圖4 寨科地區(qū)地層水鈉氯系數(shù)和脫硫系數(shù)平面展布圖

圖5 雙河地區(qū)地層水鈉氯系數(shù)和脫硫系數(shù)平面展布圖

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)長2油層組地層水的離子組成主要以Cl-、SO42-、HCO3-、Na++k+、Ca+、Mg+為主。雙河地區(qū)和寨科地區(qū)各離子濃度存在明顯的差異，雙河地區(qū)各離子濃度均低于寨科地區(qū)，表明兩地區(qū)地層水的水—巖相互作用強(qiáng)度以及受后期改造程度差別較大。

(2)研究區(qū)長2油層組淺湖區(qū)域的封閉性好于濱湖區(qū)域，砂地比介于0.3～0.4的區(qū)域由于水環(huán)境最為復(fù)雜，封閉性最差。

(3)寨科地區(qū)的礦化度、變質(zhì)系數(shù)和鈉氯系數(shù)高于雙河地區(qū)，脫硫系數(shù)小于雙河地區(qū)，說明寨科地區(qū)的封閉性好于雙河地區(qū)，結(jié)合區(qū)域的地質(zhì)條件，分析認(rèn)為這種現(xiàn)象的發(fā)生，可能是由于雙河地區(qū)長2油層組的頂部受到河谷侵蝕而具有一定的開啟性，進(jìn)而導(dǎo)致淺表水滲入而引起的。