郭昂青黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江齊齊哈爾161006

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松遼盆地油田開發(fā)建設(shè)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的負(fù)面影響
——以大慶油田為例

郭昂青
黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江齊齊哈爾161006

松遼盆地中的大慶油田是我國(guó)主要油氣生產(chǎn)基地，不但油氣資源豐富，地下水和地?zé)豳Y源也非常豐富.經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的持續(xù)高強(qiáng)度開發(fā)建設(shè)，油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，綜合含水率已達(dá)90%以上.大慶油田的地質(zhì)環(huán)境受到了嚴(yán)重的負(fù)面影響，具體表現(xiàn)在：①含水層環(huán)境的破壞污染；②土壤環(huán)境的破壞污染；③對(duì)地層原始?jí)毫Φ挠绊?；④地面隆起和沉降變形；⑤熱?chǔ)體系和地?zé)豳Y源的破壞.相關(guān)部門應(yīng)予以足夠的重視，及時(shí)開展調(diào)查評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)和研究工作，采取有效防治措施.

松遼盆地；大慶油田；開發(fā)建設(shè)；地質(zhì)環(huán)境；負(fù)面影響

0　前言

大慶油田位于松遼盆地中央拗陷區(qū)北部，跨北緯45°05'～47°00'，東經(jīng)124°19'～125°12'.油田南北長(zhǎng)140 km，東西寬70 km，總面積約6000 km2，含油面積2334.4 km2.大慶油田主體—大慶長(zhǎng)垣為大型背斜構(gòu)造帶，包括喇嘛甸等7個(gè)背斜構(gòu)造油田，含油面積1433 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量42.4×108t.長(zhǎng)垣以外有杏西等45個(gè)油田，含油面積901.3 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量2.75×108t.大慶油田是上述一系列油田的總稱.

大慶油田于1960年投入開發(fā)，是我國(guó)目前最大的油田，也是世界上為數(shù)不多的特大型砂巖油田之一.至2007年，累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量56.7×108t，天然氣儲(chǔ)量2400×108m3.截至2014年，累計(jì)生產(chǎn)原油22.8× 108t，天然氣1266.16×108m3.經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的高強(qiáng)度開發(fā)建設(shè)，大慶油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，綜合含水率已達(dá)90%以上.

經(jīng)計(jì)算，大慶油田地?zé)岙惓^(qū)地?zé)崮苜Y源總量為2.9048×1021J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤988×108t.地?zé)崴Y源量為2.44×1012m3，地?zé)崮芸刹少Y源量為8.9277×1019J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤，30.4×108t［1］.深層地下水允許開采量為2.34× 108m3/a，而開采量已超過(guò)5.0×108m3/a，處于嚴(yán)重超采狀態(tài).

1　地質(zhì)概況

1.1區(qū)域地質(zhì)

松遼盆地位于我國(guó)東北地區(qū)，面積26×104km2，屬中、新生代形成的大型陸相湖成盆地.盆地周邊被丘陵和山脈環(huán)繞，西鄰大興安嶺，北與小興安嶺為界，東部為張廣才嶺，南接康平-法庫(kù)丘陵地帶.盆地大體以松花江為界分為南北兩部分，北部為大慶油田探區(qū)，面積為11.6×104km2；南部為吉林油田探區(qū)，面積為6.9× 104km2.

松遼盆地是拗陷和斷陷相疊置的大型復(fù)合式含油氣水熱盆地，以板塊構(gòu)造觀點(diǎn)，屬于克拉通內(nèi)復(fù)合型盆地［2］.盆地?cái)嘞蓦A段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以斷裂作用為主，形成了一系列斷陷盆地.這些彼此分隔的斷陷盆地中不同程度地發(fā)育火山巖、火山碎屑巖以及河流沼澤相為主的地層，厚度較大，自下而上分別為火石嶺組、沙河子組、營(yíng)城組、登樓庫(kù)組.盆地拗陷期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以沉降為主，沉降幅度與沉積范圍均規(guī)模巨大，先后沉積了以河湖沉積為主的泉頭組、青山口組、姚家組與嫩江祖.盆地萎縮階段，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨于緩慢上升狀態(tài)，沉積范圍明顯縮小，先后沉積了以河流相為主的四方臺(tái)組、明水組和新生界.

松遼盆地基底為前古生界、上古生界夾有花崗巖、火山巖的變質(zhì)巖系，上部沉積蓋層從侏羅系始，至新生界均有不同程度發(fā)育，但以白堊系為主，厚達(dá)5000 m以上，為陸相沉積，是主要含油氣熱層系.盆地的構(gòu)造特征是：北部為傾沒(méi)區(qū)，東北部、東南部和西南部為隆起區(qū)，西部是平緩斜坡區(qū)，中間是大面積拗陷區(qū).

大慶油田在地質(zhì)構(gòu)造上屬于松遼盆地的一部分，位于盆地中央拗陷區(qū)北部［3］，沉積了厚達(dá)6000多米的沉積物.勘探資料表明，在大慶油田地區(qū)分布著侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系.這種陸相沉積地層為石油、天然氣、地?zé)岷偷叵滤Y源的生成和賦存創(chuàng)造了條件.

1.2含油氣組合特征

油氣藏的形成不但需要生油氣層，還需具備儲(chǔ)油氣層與蓋層，這3個(gè)要素合起來(lái)為含油氣組合.松遼盆地的含油氣組合共4個(gè)，即上部、中部、下部和深部含油氣組合（見表1）.

1.3熱儲(chǔ)體系特征

根據(jù)松遼盆地的演化史、地層發(fā)育特征，并經(jīng)勘探證實(shí)，熱儲(chǔ)層主要為姚家組、青二三段、泉一三四段、登三四段，且形成了上部、中部、下部、深部4套熱儲(chǔ)體系（見表1）.

表1　大慶油田含油氣組合與熱儲(chǔ)體系關(guān)系表

1.4含水層系統(tǒng)特征

大慶油田分布多個(gè)含水層系統(tǒng)，主要開采層位有：白土山組砂礫石承壓含水層；泰康組和大安組砂礫巖承壓含水層；明水組含礫砂巖承壓含水層.特別是泰康組和白土山組含水層，都具有分布面積廣、厚度大、水量豐富、補(bǔ)給源充足、易開采等特點(diǎn)，水質(zhì)基本達(dá)到油田注水、工農(nóng)業(yè)及民用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，目前已做為油田地下水開采的主要目的層.

2　對(duì)地下水地質(zhì)壞境的影響

2.1地下水超采

大慶油田主要開發(fā)利用深層地下水資源，到目前為止共建成水源46座，鉆各類生產(chǎn)井793口，日綜合供水能力137.04×104m3.地下水年允許開采量2.34× 108m3.目前，實(shí)際年開采量超過(guò)5.0×108m3，處于嚴(yán)重超采狀態(tài)，其中大部分為油田注水用.最深供水井為529.30 m，含水層為白堊系明水組.油田開發(fā)建設(shè)對(duì)含水層地質(zhì)環(huán)境影響主要表現(xiàn)在如下幾方面.

（1）區(qū)域地下水降落漏斗

深層地下水一直是大慶油田生產(chǎn)和生活的主要供水水源，特別是油田西部地區(qū)，自油田開發(fā)建設(shè)以來(lái)，地下水擔(dān)負(fù)著油田的主要供水任務(wù).由于長(zhǎng)期超量開采地下水，已在大慶長(zhǎng)垣兩側(cè)形成了兩個(gè)區(qū)域性地下水降落漏斗［4］.長(zhǎng)垣西部開采白土山組和泰康組含水層中地下水，2009年開采量1.06×108m3，漏斗面積3600 km2，漏斗中心水位埋深35.15 m.長(zhǎng)垣東部開采明水組含水層中地下水，2009年開采量0.27×108m3，漏斗面積1340 km2，漏斗中心水位埋深45.5 m.

（2）地面沉降變形

自1972年以來(lái)，大慶油田西部水源地地下水位大幅度下降，逐漸形成區(qū)域性地下水下降漏斗，至2001年漏斗中心水位埋深已達(dá)41.7 m，這給土層內(nèi)部應(yīng)力累進(jìn)性轉(zhuǎn)變提供了條件.大慶油田地面沉降就是在這樣的條件下形成的.地面沉降變形區(qū)與地下水下降漏斗中心部位完全吻合，這充分說(shuō)明了地面沉降是由于地下水水位下降引起的.地面沉降變形的強(qiáng)度隨著距離漏斗中心位置不同而變化.實(shí)測(cè)證明在漏斗中心部位沉降量最大，西部漏斗中心部位沉降量已達(dá)99 mm，東部漏斗中心部位沉降量達(dá)71 mm?倪長(zhǎng)海.大慶市地面變形規(guī)律及危害.2005..

（3）水質(zhì)變化

隨著地下水開采量不斷增加，地下水降落漏斗水位下降也相應(yīng)增大.在許多水源地，如前進(jìn)、齊家、讓胡路、喇嘛甸、紅衛(wèi)星等水源地下水化學(xué)成分發(fā)生了變化，地下水中Cl-、SO42-、TDS、硬度、Fe和Mn均有升高的趨勢(shì).當(dāng)?shù)叵滤_采量增至45×104m3/d時(shí)，TDS急劇增加，表明深層地下水處于超采狀態(tài)?慕山，等.大慶市地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告.2001..地下水超量開采改變了地下水的動(dòng)力條件，加劇了不同含水層之間水量與物質(zhì)組分之間的交換，增大了地下水環(huán)境污染的可能性.

2.2油田勘探開采

（1）鉆井

大慶油田截止到目前共施工油氣水井約100 000余口，油氣水井密度約16.7眼/km2.深度300～6300 m，一般1200～2100 m.油氣層開采深度一般1150～2000 m.

在油氣水井施工中完全揭穿了上部各層含水層，一方面使各層含水層之間有了水力聯(lián)系，另一方面也使油氣層與含水層有了物質(zhì)和能量交換，致使局部地下水水質(zhì)發(fā)生了變化.受油田開采的影響，在主要水源地多井出現(xiàn)甲烷檢出的現(xiàn)象.據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，1993年大慶石油管理局所轄的12個(gè)水源地中有9個(gè)水源地共計(jì)18眼井有甲烷檢出.檢出井?dāng)?shù)最多的是西水源（4眼）和南水源（4眼），甲烷濃度最高的是前進(jìn)水源的3-1號(hào)井，濃度為4.80 μg/L?慕山，等.大慶市水環(huán)境研究與管理.1998..齊家水源地硫化氫氣體含量最高達(dá)150 μg/L，游離CO2達(dá)到118.8 mg/L?.這些物質(zhì)在深層地下水中的富集，已成為突出的環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題.

（2）泥漿

泥漿在鉆井過(guò)程中，能夠懸浮和攜帶巖屑，清洗井底，有利于鉆頭直接接觸井底巖石，提高鉆井速度，還可以冷卻、潤(rùn)滑鉆頭，防止井壁坍塌，但也可侵入含水層、油氣層和熱儲(chǔ)層，使之受到污染和堵塞.

一般情況下，鉆井泥漿的主要成分有水、油、黏土、加重材料、泥漿處理劑、堵漏材料等.主要成分取決于鉆井泥漿類型以及加入的泥漿添加劑.隨著石油工業(yè)的發(fā)展，鉆井工藝對(duì)泥漿的要求越來(lái)越高，泥漿體系日益增多，配方越來(lái)越復(fù)雜.泥漿配方中都含有重金屬、油類、堿和其他化合物.主要污染物包括烴類、鹽類、各種有機(jī)聚合物、木質(zhì)素磺酸鹽、某些重金屬（如汞、鉻、銅、鉛、砷）.各種泥漿的使用均能對(duì)含水層、熱儲(chǔ)層、油氣層造成污染和堵塞.

大慶油田一般每鉆一口井需配置70 m3泥漿，根據(jù)不同地層和不同井段，需配置不同性質(zhì)的泥漿.現(xiàn)大慶油田已施工油氣水井約100 000余口，泥漿的使用量應(yīng)在700×104m3以上.當(dāng)鉆遇含水層時(shí)，泥漿就會(huì)侵入污染堵塞含水層.由此可見，泥漿對(duì)含水層的污染應(yīng)該是較嚴(yán)重的，影響含水層結(jié)構(gòu)及水質(zhì)安全.

3　對(duì)土壤地質(zhì)環(huán)境的影響

石油開發(fā)過(guò)程中的廢棄物有廢棄泥漿、鉆井巖屑及落地原油.其中，廢棄泥漿和落地原油對(duì)土壤環(huán)境的影響較嚴(yán)重和普遍.

3.1廢棄泥漿

油田鉆井廢棄泥漿是油氣井開采過(guò)程中產(chǎn)生的固液體污染物.它是一種含有礦物油、酚類化合物及重金屬的復(fù)雜多相體系，其浸出液有較高毒性.油氣田鉆井生產(chǎn)每天都要產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，廢棄泥漿直接排放，經(jīng)長(zhǎng)期堆積和雨水淋濾滲入地下，會(huì)對(duì)周邊的土壤、地表水和地下水造成嚴(yán)重污染，給人類生活帶來(lái)潛在的危害.廢棄泥漿產(chǎn)生量大，產(chǎn)生的地域廣，污染面積大而且分散.

廢棄泥漿組成復(fù)雜，一般呈堿性，pH值在8.5～12之間，有時(shí)可達(dá)13以上，外觀呈黏稠流體狀，顆粒細(xì)小、級(jí)配差不大、黏度大、含水率高且不易脫水；含油量高，部分廢棄泥漿含油量達(dá)10%以上；固體含量高，主要為膨潤(rùn)土和有機(jī)高分子處理劑、加重材料、巖屑等.此外由于廢棄泥漿中含有機(jī)和無(wú)機(jī)類添加劑，其中的重金屬、COD、石油類有害物質(zhì)濃度較高，個(gè)別污染指標(biāo)超出國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)百倍［5］.廢棄泥漿中的重金屬元素、有機(jī)物及理化性質(zhì)皆明顯高于土壤背景值，當(dāng)它們進(jìn)入土壤中，將會(huì)造成一定污染.廢棄泥漿堆積在井場(chǎng)周圍，占用大量耕地和草地，并成為新的污染源.大慶油田產(chǎn)生廢棄泥漿約190×104m3，其中約有1/3直接排放到地表，對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重的污染.

3.2落地原油

在石油開采過(guò)程中，試油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作業(yè)和油氣集輸，均有原油拋落于地面，平均作業(yè)一口井殘留在地面的落地原油約1.0 t.其中約60%回收利用，約40%在土油池內(nèi)，很少一部分散落在土油池外?李長(zhǎng)興，等.大慶油田開發(fā)建設(shè)對(duì)環(huán)境影響研究.1995..截至目前大慶油田共施工油氣井約70 000余口，落地原油產(chǎn)生量約70 000 t，其中殘留在土油池中約28 000 t.

據(jù)顧廷富研究結(jié)果，井場(chǎng)產(chǎn)生的落地原油呈放射狀分布，90%左右石油污染物集中在0～40 cm深度范圍內(nèi)，落地原油橫向遷移范圍確定在150 m以內(nèi)，單口油井污染面積達(dá)0.071 km2；土柱淋濾模擬實(shí)驗(yàn)中，83.4%的落地原油殘留在土壤0～10 cm深度，原油在不同土壤類型中的縱向遷移差別不大，縱向遷移范圍在70 cm以內(nèi)?顧廷富.大慶油田落地原油對(duì)土壤及地表植物影響的研究.2006..大慶油田開發(fā)區(qū)和石油化工區(qū)，主要污染物為石油總烴，酚類，硫化物?.落地原油污染已成為油田土壤污染的主要原因之一.

4　對(duì)地層原始?jí)毫Φ挠绊?/h2>

大慶油田是早期注水開發(fā)的大型陸相非均質(zhì)、多油層砂巖油田.由于油層在縱向上和橫向上均存在著嚴(yán)重的非均質(zhì)性，從而在縱向上形成了正常壓力層和異常壓力層并存的情況，在平面上形成了正常壓力區(qū)與異常壓力區(qū)交錯(cuò)分布的復(fù)雜情況.

油田在原始狀態(tài)下，各油層具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)，油層壓力隨著深度增加而呈線性增加.當(dāng)油田注水開發(fā)以后，地層壓力在縱向上的分布特征發(fā)生了極大的變化：當(dāng)油層形成長(zhǎng)期注大于采的情況時(shí)，地層壓力有很大的提高，從而形成高壓層，甚至是異常高壓層；而當(dāng)油層形成長(zhǎng)期采大于注的情況，地層壓力會(huì)有很大程度的降低，從而形成欠壓層，甚至是異常欠壓層；而對(duì)于注采平衡或接近平衡的油層，地層壓力變化不大，則為正常壓力層［6］.

大慶油田現(xiàn)有注水井29 724口，日注水量155.0× 104m3，其中水驅(qū)注水井22 001口，分層注水井20 729口?孔德濤.大慶油田注水井管理的主要做法.2010..油田注水開發(fā)后，油層壓力受注水開發(fā)的影響，油層壓力比原始靜壓高10～15個(gè)大氣壓，最高可達(dá)25～30個(gè)大氣壓，形成高壓區(qū)［2］.由于50多年注水開發(fā)，大慶油田地下地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了根本性的變化，部分區(qū)塊地層壓力出現(xiàn)了兩極分化現(xiàn)象.

5　地面隆起變形

在石油開發(fā)過(guò)程中，注水和采油都將導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙壓力的變化，從而使儲(chǔ)層骨架承受的有限壓力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)層發(fā)生變化，這種變化傳遞到地表就會(huì)導(dǎo)致地面發(fā)生垂向變形.大慶油田從1976年開始進(jìn)行高壓注水開采.高壓注水時(shí)如果油層物性差，連通性不好，就會(huì)在高壓注水過(guò)程中形成高壓區(qū)塊，或者在井間、層間產(chǎn)生異常高壓帶.區(qū)塊內(nèi)壓力上升，砂巖顆粒骨架膨脹，吸水層厚度增加，造成地層抬升隆起.大慶油田地面隆起變形主要沿大慶長(zhǎng)垣構(gòu)造即油田主采區(qū)的界限范圍分布.核心部位隆起大于120 mm，局部地段達(dá)500 mm，最大可達(dá)2000 mm?倪長(zhǎng)海.大慶市地面變形規(guī)律及危害.2005..

6　對(duì)熱儲(chǔ)體系的影響

由表1可以看出，大慶油田含油氣組合與熱儲(chǔ)體系基本上一一對(duì)應(yīng)，含油氣組合與熱儲(chǔ)體系是不可分割的統(tǒng)一地質(zhì)體，即含油氣組合中有熱儲(chǔ)體系，熱儲(chǔ)體系中也有含油氣組合.

大慶油田開采所施工的油氣井和注水井均穿透了上部和中部熱儲(chǔ)體系的蓋層，部分穿透了下部和深部熱儲(chǔ)體系蓋層，對(duì)熱儲(chǔ)的封閉性產(chǎn)生了不利影響，形成了煙囪效應(yīng)，并且消耗了大量的地?zé)崮苜Y源.具體表現(xiàn)在油田采出水所消耗的地?zé)崮?

油田采出水是指在原油開采過(guò)程中所攜帶出來(lái)的地下熱水，這些熱水經(jīng)過(guò)處理降溫后又被重新注入地下進(jìn)行驅(qū)油，也就是水驅(qū).目前，大慶油田原油開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入高含水后期，特別是第一至第六主力采油廠，原油生產(chǎn)中伴隨原油的采出水量也呈逐年上升趨勢(shì)[7].資料表明，薩爾圖、喇嘛甸、杏樹崗油田是產(chǎn)出水的主要產(chǎn)區(qū)，占全油田產(chǎn)出水的96.4%.據(jù)統(tǒng)計(jì)大慶油田采油一廠到六廠，1978年產(chǎn)出水量為1.75×108m3，2006年為 3.98×108m3，2010年為 4.33×108m3，2012年為4.85×108m3.

原油儲(chǔ)集層一般都處在地殼增溫層中，埋深較大，大地?zé)崃髯饔脤?dǎo)致地層溫度較高，油田采出水在地下伴隨著原油在地層中吸收了儲(chǔ)集層中大量的熱量，和原油一起被采出地面時(shí)的溫度一般在40℃左右，蘊(yùn)含著豐富的熱能［1］.若按提取10℃溫差熱能計(jì)，目前大慶油田每年消耗水熱能相當(dāng)于69.4×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，地?zé)崮苜Y源損失很大.由此可見，大慶油氣田的高強(qiáng)度開采，對(duì)熱儲(chǔ)體系和地?zé)豳Y源的原始地質(zhì)環(huán)境有一定的破壞作用，產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響.

7　結(jié)語(yǔ)

大慶油田經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的高強(qiáng)度開采，已進(jìn)入開發(fā)中后期，含水率已達(dá)90%以上.在取得巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響，引起了含水層結(jié)構(gòu)的破壞和地下水質(zhì)量變差、土壤環(huán)境破壞污染、地層原始?jí)毫ψ儺?、地面沉降和隆起變形、熱?chǔ)體系的封閉性破壞和地?zé)豳Y源的損失浪費(fèi)等一系列地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題.應(yīng)立即引起政府相關(guān)部門的足夠重視，及時(shí)開展調(diào)查評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)和研究工作，采取有效的防治措施.

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Negative effect of the development and construction in the oilfield in Songliao Basin on geological environment: A case study of Daqing Oilfield

GUO Ang-qing
Qiqihar Institute of Mineral Resources Exploration and Development,Qiqihar 161006,Heilongjiang Province,China

The Daqing oilfield in Songliao Basin is one ofthe major oil and gas production bases of China,with abundant oil and gas resources as well as groundwater and geothermal resources.After more than halfa century of sustained development and construction,Daqing oilfield has entered the middle and late stage of development.The comprehensive water content of the oilfield is up to 90%and more.Due to the development and construction of high strength,the geological environment of the oilfield is badly affected,specifically in the following aspects:1）pollution of aquifer environment;2）pollution of soil environment;3）influence on the original pressure of strata;4）ground uplift and subsidence;and 5）destruction of geothermal reservoir and geothermal resources.It should be paid great attention to immediately carry out investigation, evaluation,monitoringand research work and takecountermeasures.

Songliao Basin;Daqing oilfield;development and construction;geological environment;negative effect

1671-1947（2016）02-0176-05

X14

A

2016-02-17；

2016-04-08.編輯：張哲.

郭昂青（1960—），男，高級(jí)工程師，從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘察研究工作，通信地址黑龍江省齊齊哈爾市建華區(qū)中華西路208號(hào)，E-mail//gaq-sky@163.com