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(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司，陜西 延安 716001；2.長安大學地球科學與資源學院 ，陜西 西安 710054)

地層水是含油氣盆地中流體的重要組成部分之一，將其定義為與油氣相伴生的存儲于儲層中的地下水。地層水與圍巖及油氣等周圍介質發(fā)生能量與物質交換的同時，也參與了整個油氣成藏的過程，是油氣生成、運移以及聚集的重要動力與載體(裘亦楠，2001)。

在盆地演化過程中，地層水的性質以及其活動綜合反映了水-巖作用、流體的流動及其混合作用與水文地質特征等，而上述作用過程恰與油氣藏在整個地史進程中的聚集保存密切相關(孫向陽等，2001)。因此，針對地層水的化學性質與分布特征所開展的專項研究對于油氣分布規(guī)律與油氣成藏過程的分析具有重要的理論意義，與此同時，研究成果對于進一步尋找油氣也具有一定的實踐指導價值。榆林北部主力含氣層段為二疊系山西組山2段。近年來，隨著勘探開發(fā)進程向西南推進，一部分井產能較高，而部分井嚴重出水，且不同井之間的產能差別顯著。同時，在已開發(fā)區(qū)域也出現了越來越多的水井，嚴重地影響了開發(fā)效果和開發(fā)進程。鑒于此，近年來研究人員在勘探部署中，通過水文地球化學分析了解氣田水的起源，推斷地層水化學成分形成的地質、地球化學作用，分析油(氣)水的生成環(huán)境、分布關系以及氣藏的封閉情況，預測油氣富集的有利地區(qū)(徐國盛，2006年)，指導勘探部署。在氣田開發(fā)中，通過對地層水成因機理、分布規(guī)律及水體規(guī)模進行研究，分析生產動態(tài)特征及影響產能的因素，提出富水區(qū)產水井生產管理與控水采氣措施(楊宇，2011)，取得較好的勘探開發(fā)效果。但目前研究區(qū)山西組氣、水分布關系復雜，氣、水分布主控因素不明確。筆者通過研究區(qū)山西組山2段地層水性質及地球化學特征，分析目的層段地層水特征與天然氣運聚保存之間的關系，力求加深成藏規(guī)律的認識理解，以期對研究區(qū)的天然氣勘探有一定的借鑒參考價值。

1 地質背景

榆林北氣田區(qū)域構造隸屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部，區(qū)內地層十分平緩，僅在西傾單斜背景下發(fā)育部分低幅鼻狀隆起，不具備形成構造圈閉的條件，主要發(fā)育巖性圈閉氣藏(趙靖舟等，2003)。上古生界儲層作為該區(qū)天然氣勘探開發(fā)的重要層位之一，其中山西組砂體主要為三角洲前緣水下分流河道沉積成因，其儲層砂巖類型主要為石英砂巖及部分巖屑石英砂巖，儲層非均質性較強。因該區(qū)構造平緩，加之缺乏構造圈閉，導致在成藏過程當中出現氣水分異不徹底，故在氣田范圍內存在復雜的氣水分布關系。

2 地層水地球化學特征

2.1 地層水離子組成及礦化度特征

榆林北部氣田山2段地層水顏色多為無色、透明，水質較清。地層水pH值范圍為4.3～9.53，酸性及堿性并存，但總體以弱酸性為主。在深盆地當中，長期處于封閉承壓環(huán)境的高礦化度的變質水通常以堿性水或弱酸性水為主，不存在酸性水。而地面溶蝕平衡水的pH值范圍為7.0～8.68，為堿性水，究其成因可能是地層水中溶蝕作用未達到平衡，殘余有機酸含量高，pH值低，也可能與低pH值的煤層水有關。

對榆林北部氣田地層水樣的分析測試結果表明，地層水總礦化度為0.2653～409.4927g/L，平均礦化度為29.2183g/L，遠高于海水的鹽度3.5g/L，達鹵水級，明顯反映出該區(qū)具有總礦化度高、正變質程度深的特點(表1)。

2.2 地層水類型

地層水類型作為重要的水化學因素，能夠很好地反映油氣運聚與保存條件。根據蘇林的分類(張厚福等，2008),研究區(qū)山西組地層水水型為氯化鈣(CaCl2)型地層水。博雅爾斯基又對氯化鈣(CaCl2)型地層水進行了詳細的分類，按照博爾雅的分類方案(樓章華等，2006)，研究區(qū)目的層段地層水以氯化鈣Ⅴ型水為主，少數為氯化鈣Ⅳ型，該類水型有利于天然氣的聚集與保存。

表1 榆林北部氣田山2地層水與其他油氣藏地層水礦化度特征對比表(g/L)Tab.1 Compared the stratified water mineralization degree characteristics in Second member of Shaanxi formation in Yulin north gas field with other oil and gas reservoir(g/L)

圖1 子洲氣田陰、陽離子濃度投點圖Fig.1 The concentration of Anion and Cation in Zi Zhou gas field

2.3 水化學離子組成

地層水的陽離子組成中以堿土金屬離子Na+、K+、Ca2+離子為主，其中Na++K+以及Ca2+的平均含量分別為29.83 g/L、35.05 g/L，二者占陽離子總量的平均分別為41.35%、55.82%。Na+、K+、Ca2+離子的平均總含量占陽離子的97.17%。Mg2+離子含量為1.75 g/L，平均占陽離子總量的2.83%。

圖2 礦化度與主要陰陽離子濃度的關系圖Fig.2 Relationship between mineralization degree and main anion and cation concentration

3 地層水化學與天然氣成藏的關系

3.1 地層水礦化度與天然氣成藏

榆林北部氣田山西組地層水樣地層水總礦化度高，平均為29.2 g/L，地層水的高礦化度即為地層內水-巖相互作用長期循環(huán)和濃縮貶值的結果。研究區(qū)目的層段地質構造平緩穩(wěn)定，儲層主要發(fā)育于三角洲前緣亞相砂體之中，砂巖巖石類型由石英砂巖及巖屑石英砂巖組成，廣泛分布裂縫，且受到上覆厚層蓋層的封蓋作用。因此，地層水在深層中不斷地循環(huán)，溶解較多的礦物質且發(fā)生濃縮變化，從而具有較高礦化度的特征(李明瑞，2006)。

3.2 地層水水型與天然氣成藏

3.3 地層水化學特征參數與天然氣成藏

地層水化學指數在一定程度上可以反映水-巖相互作用強度以及地層水所處的水文地球化學環(huán)境。常用的地層水水化學特性參數有鈉氯系數、鎂鈣系數、脫硫系數、變質系數等(楊冬等，2013)。上述特性參數?？捎糜谂袛嗟貙恿黧w移動的方向、地層水封閉性以及地層水活動的強弱等，與油氣運聚和保存之間具有一定的成因關系。

3.3.1 鈉氯系數(rNa+/Cl-)

鈉氯系數越小表明地層水的封閉越好，變質越深。研究區(qū)目的層段地層水的Na+/Cl-值分布范圍為0.015～0.598，平均值為0.336，且絕大數井Na+/Cl-值小于0.5，表明地層水處于封閉還原的環(huán)境之中，對于氣藏的聚集與保存有利。因此， Na+/Cl-值呈低值(<0.5)的CaCl2型水分布區(qū)可作為榆林北部山西組油氣藏勘探的良好地帶。

3.3.2 鎂鈣系數(rMg2+/Ca2+)

含氣區(qū)鎂鈣系數一般小于0.3。研究區(qū)目的層段地層水Mg2+/Ca2+值平均為0.165，分布范圍0.004～0.910，表明封閉良好的儲層占絕大多數，有利于氣藏的聚集與保存。因此，Mg2+/Ca2+值呈低值(<0.1)為榆林北部山西組天然氣的有利富集區(qū)。

3.3.3 脫硫系數

脫硫系數越小表明地層水的封閉性越好(徐德英等，2010)。研究區(qū)目的層段地層水的脫硫系數平均為9.60，分布范圍為0.280～36.560，表明該區(qū)地層水處于封閉還原環(huán)境之中，有利于天然氣的聚集與保存。

3.3.4 變質系數r(Cl--Na+)/2Mg2+

變質系數越大反映了離子交換的程度與水巖作用的強度越大，油氣藏的封閉性越好，更有利于油氣的保存(楊婭敏等，2010)。研究區(qū)目的層段地層水變質系數與砂體展布一致，呈帶狀分布，變質系數r(Cl--Na+)/2Mg2+﹥10的高值區(qū)即為天然氣的有利富集區(qū)(圖3)，變質系數分布圖與天然氣富集程度、產能大小相吻合。

4 結論

(1)榆林北部氣田山2段地層水pH值為4.3～9.53，以偏酸性為主，礦化度較高，以CaCl2水型為主，總體反映了目的層段地層水封閉條件較好，處于還原的阻滯-停滯水文地質狀態(tài)，有利于天然氣的聚集與保存。

圖3 地層水變質系數分布圖Fig.3 Distribution map of metamorphic coefficient of formation water

(2)地層水特征與天然氣藏關系研究表明，榆林北部氣田山2段地層水總礦化度高值區(qū)、CaCl2型水分布區(qū)、rNa+/Cl-低值區(qū)(<0.5)、rMg2+/Ca2+低值區(qū)(<0.1)、r(Cl--Na+)/2Mg2+高值區(qū)(>10)等均與天然氣富集區(qū)有較好的對應關系。

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