徐德英，周江羽，王 華，莊新國

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yùn)聚的載體，其元素地球化學(xué)和同位素特征反映了油氣生成、運(yùn)移和聚集過程的地球化學(xué)場和動(dòng)力場的某些信息[1-3]。油田地層水研究是石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。國內(nèi)外許多研究者對油田地層水的成因、控制機(jī)理、元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)、含油氣盆地地下水動(dòng)力場和水化學(xué)場開展了研究，并試圖尋找其與油氣運(yùn)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(jì)分析，結(jié)合近年來油氣勘探成果，探討油田地層水化學(xué)特征與油氣保存條件的關(guān)系，結(jié)合斷裂活動(dòng)性和油氣成藏條件分析，利用油田水化學(xué)剖面分析斷層封堵性，對研究區(qū)油氣勘探具有現(xiàn)實(shí)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(chǔ)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(tái)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(jì)油藏的形成多與晚期斷裂活動(dòng)有關(guān)。多幕式構(gòu)造活動(dòng)、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(shí)，凹陷內(nèi)部斷層活動(dòng)性、區(qū)域蓋層分布與油氣成藏關(guān)系密切。

地層水的化學(xué)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(shí)地層水化學(xué)參數(shù)受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、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(gè)油田45口鉆井近372個(gè)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(xué)特征與油氣保存關(guān)系密切，對斷裂活動(dòng)、蓋層和淺層油氣成藏具有示蹤意義。

2 地層水化學(xué)特征與油氣保存條件

研究中篩選和統(tǒng)計(jì)的地層水化學(xué)特征參數(shù)包括;總礦化度(DTS)、水型、主導(dǎo)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(gè)油田東營組和新近系地層水礦化度—深度關(guān)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(xué)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(guān)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(qiáng)，地層水封閉性越好，對油氣保存越有利[4-8]。3個(gè)油田的地層水化學(xué)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)?？傮w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(xué)參數(shù)剖面，結(jié)合斷層活動(dòng)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(dǎo)和成藏具有明顯控制作用；斷層活動(dòng)性受主干斷層控制，主要活動(dòng)期在館陶組和東營一段、二段沉積期，同一分支斷層的活動(dòng)性呈西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。沙河街組烴源巖在東營組沉積期大部進(jìn)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(dòng)，導(dǎo)致深部高礦化度流體向上流動(dòng)有關(guān)(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(jì)算活動(dòng)速率表明，高柳斷層在東三段和東一段活動(dòng)較為強(qiáng)烈，高北斷層在沙一段和東三段活動(dòng)強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)烈，兩側(cè)地層水可以穿過斷層實(shí)現(xiàn)離子交換，達(dá)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(shí)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(diǎn)。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(qiáng)烈活動(dòng)有關(guān)。沙二段以下區(qū)域蓋層發(fā)育，斷層封閉性增強(qiáng)，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(qiáng)、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(dǎo)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(lǐng)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(yīng)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(xué)參數(shù)剖面剖面位置見圖1。

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