鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长8地层水化学特征及其地质意义

鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长8地层水化学特征及其地质
意义
马海勇;周立发;邓秀芹;李继宏;杨丽萍
【摘要】目的研究鄂尔多斯盆地姬塬地区长8地层水化学性质、油气运移及保存条件,揭示长8地层水与油藏圈闭演化特征的关系.方法利用长8地层水化学分析方法,分析地层水矿化度、离子组合系数的平面分布规律,结合区域构造演化特征对地层水化学性质、油藏保存条件进行综合研究.结果长8地层水水型为CaCl2型,靠近伊陕斜坡、浅水三角洲砂体发育区矿化度高,钠氯系数、脱硫系数低,为较强的还原环境；天环拗陷轴部断层发育区具有矿化度低,钠氯系数、脱硫系数高的特点.结论研究区长8地层水分布特征受燕山期构造运动的影响较强,不同区域地层水的化学性质明显不同,高矿化度区钠氯系数、脱硫系数低,反映较强的还原环境；封闭性好,油藏保存较好.
【期刊名称】《西北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(043)002
【总页数】5页(P253-257)
【关键词】鄂尔多斯盆地;姬塬地区;长8;地层水矿化度
【作者】马海勇;周立发;邓秀芹;李继宏;杨丽萍
【作者单位】西北大学地质学系陕西西安710069;长庆油田公司勘探开发研究院/低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710018;西北大学地质学系陕西西安710069;长庆油田公司勘探开发研究院/低渗透油气田勘探开发国家工程实验
室,陕西西安710018;长庆油田公司勘探开发研究院/低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安710018;长庆油田公司培训中心,陕西西安710018
【正文语种】中文
【中图分类】TE122.1
沉积盆地地层水地质特征是盆地演化过程中水文地质、流体-岩石相互作用、流体
流动及其混合作用的综合反映,这些作用过程与油气聚集紧密相关,是古水文地质演
化的结果[1]。

由于古水文地质与油气的生成、运移、聚集与保存有着密切的联系,
因而现今水文地质特征必然保留有与油气生成、运移、聚集和保存相关的一些信息[2]。

近年来,鄂尔多斯盆地中生界勘探取得了一系列重大突破,特别是姬塬地区发现了多层系复合含油区,其中延长组长8油层组是重要的勘探层系。

但是，该区岩性
油藏中出现不同程度的产水现象,增加了开发建产的难度。

认识该区油、水分布特
征及其控制因素，对开发技术政策的优选、制定显得尤为重要。

本文通过地层水性质和平面分布特征的研究,结合区域构造演化对姬塬地区长8地层水进行系统分析，以推断油气的运移及其保存情况。

1 地质背景
姬塬地区位于鄂尔多斯盆地中西部,勘探面积约12 500 km2(见图1),横跨鄂尔多斯盆地伊陕斜坡与天环拗陷两个构造单元[3]。

上三叠统延长组长1，长2到长9地
层均钻遇了油层,并获得工业油流,显示出复合含油的特征,其中长4+5，长6，长8油层组发育大型岩性油藏。

延长组长8油层组砂体受东北阴山古陆和西北阿拉善
古陆的控制,沉积期构造背景稳定,发育浅水三角洲沉积,主要发育浅水三角洲前缘亚相沉积,水下分流河道是主要的沉积微相[4]。

图1 鄂尔多斯盆地姬塬地区位置图Fig.1 Location of Jiyuan area of Ordos
Basin
2 地层水化学特征
地层水作为盆地流体的重要组成部分,与油气关系密切，油气在生成、运移、聚集的过程中都与地层水相伴,而且地层水对油气藏的保存和破坏有十分重要的作用。

因此，研究地层水对指导油气勘探具有十分重大的意义[1]。

依据苏林(1946年)的分类, 地层水分为CaCl2，NaHCO3，MgCl2及Na2SO4型4种类型。

对于油田水来说,含油气构造的水文地质开启程度决定了油田水的水型[5]。

2.1 地层水类型
地层水水型是地层封闭性的平面反映,地表水或浅层地下水主要是Na2SO4型,矿化度比较低;深层主要是CaCl2型水,矿化度最高;两者之间一般是MgCl2型水,矿化度在两者之间;浅层和深层均可存在NaHCO3型水,Na2SO4型通常表示地壳的水文地质封闭性差[6]。

在充分考虑研究区地质背景的基础上,本文选择具有代表性的72口井的地层水资料进行分析。

研究表明,地层水组分中阳离子主要为K+，Na+，Ca2+,阴离子主要为Cl-，SO42-，HCO3-,水型均为CaCl2 型。

阳离子中K+，Na+，Ca2+占绝对优势,其浓度介于3.85～31.89 g/L,平均约为12.52 g/L,占阳离子质量总量的91.5%；Mg2+活动性比Ca2+弱,易被黏土吸附,浓度约为0.58 g/L,只占阳离子质量总量的4.1%。

阴离子中Cl-占绝对优势,其浓度介于5.81～50.79 g/L,平均约为18.56 g/L,占阴离子质量总量的87.9%,这主要是Cl-具有很强的迁移性能,不易被黏土或其他矿物表面吸附。

2.2 地层水矿化度控制因素分析
姬塬地区长8地层水矿化度介于1.54～102 g/L,平均31.38 g/L,其中矿化度10～40 g/L 的数据最多(见图2)。

通过地层水矿化度平面分布规律的分析,发现在天环拗陷东西两侧、天环拗陷轴部及断层发育区具有明显的分区性。

图2 姬塬地区长8地层水矿化度频率直方图Fig.2 The water salinity frequency
of Chang 8 subsection in Jiyuan area
天环拗陷部构造位置低，靠近西缘冲断带断层发育,因此,在天环拗陷轴部附近，断层发育区矿化度偏低；天环拗陷东侧，邻近伊陕斜坡区矿化度偏高,而且矿化度变化受现今构造和沉积相带的共同控制。

天环拗陷轴部附近矿化度较低,如H7井矿化度只有13.41 g/L;天环拗陷东西两侧矿化度都有逐渐增大的趋势,如西侧的Y43井矿化度最高,达到51.73 g/L,但天环拗陷西侧相对高值区分布范围较少。

天环拗陷东侧靠近伊陕斜坡的区域沿马家山—堡子湾—罗庞塬一线,浅水三角洲分流河道砂体发育,矿化度呈现明显的高值,矿化度大于60 g/L,局部可达80 g/L以上,L36井最高为102 g/L。

马家山—堡子湾—罗庞塬一线发育浅水三角洲分流河道砂体,矿化度从分流河道主体部位到河道侧翼呈现出逐渐降低的趋势。

在红柳沟、古峰庄靠近西缘冲断带的区域,由于构造抬升作用和断层的发育,使得地表水能够渗入到地下深层,导致其地层水矿化度较低(矿化度小于20 g/L,如H157井仅为12 g/L),属于低矿化度发育区(见图3)。

图3 姬塬地区长8地层水矿化度等值线图Fig.3 The water salinity plane figure of Chang 8 subsection in Jiyuan area
3 地层水特征系数
地层水矿化度及水型是地层水地质环境的重要标志,但对油气运聚、保存环境条件的分析还需要对离子组合系数进行综合判断。

离子组合系数相对于矿化度及水型更具有继承性,能真实地反映地层水的运移、变化及其赋存状态[5]。

本文采用反映地层封闭性的钠氯系数(rNa+/rCl-)、脱硫系数(rSO2-4×100/rCl-)的离子组合系数对姬塬地区长8地层水进行系统分析。

3.1 钠氯系数
钠氯系数(rNa+/rCl-)是评价地层封闭性、地层水变质程度和活动性的重要指标[7],在陆相沉积层中,若地下水中(rNa+/rCl-)>0.87,且矿化度高,可能是沉积水或变质的
渗透水。

不论海相或陆相地层,若其中所含水的(rNa+/rCl-)< 0.87,则均可能是变质的沉积水或高度变质的渗透水变质系[5]。

一般将钠氯系数0.75 作为有利于油气保存的上限。

总之, rNa+/rCl-值越高,反映地层水受渗入水的影响越强,对烃类的保存越不利; rNa+/rCl-值越低,反映地层水受渗入水影响越弱,对烃类的保存越有利。

姬塬地区长8地层水钠氯系数受区域构造和三角洲水下分流河道砂体的控制,在长8沉积末期,由于华北板块向南俯冲产生印支期S—N向挤压应力,使鄂尔多斯盆地拗陷幅度急剧增大[8]。

晚侏罗世与早白垩世之间的燕山运动,延长组地层处于最大埋深,在盆地内发育全区性的构造热事件作用,延长组烃源岩开始成熟,烃源岩进入生排油高峰期,油气大规模运聚成藏[9]。

燕山期NW—SE向挤压应力作用下的构造运动对油气分布起着最为重要的影响[10]。

由于燕山期西缘断折带的逆冲推覆,产生断层和裂缝,在天环拗陷轴部的沉积地层封闭性较差,地层水有渗入水的混杂,钠氯系数大于0.8;在天环拗陷轴部附近断层发育区,断层封闭性不好,渗入水的影响较大,钠氯系数明显偏高,最高F9井可达1.34;在天环拗陷轴部东西两侧以及浅水三角洲河道砂体相对发育区，钠氯系数普遍小于0.75,属于有利于油气保存的沉积环境。

浅水三角洲河道砂体侧翼钠氯系数高于河道主体部位,靠近河道主体部位钠氯系数有减小的趋势,在河道主体部位钠氯系数一般都小于0.4, 最小G18井为0.24;该地区地层封闭性好, 地层水变质程度高, 有利于油气的保存(见图4)。

图4 姬塬地区长8钠氯系数等值线图Fig.4 The water ratio Na+ and Cl- plane figure of Chang 8 subsection in Jiyuan area
3.2 脱硫系数
在油田水中,由于生物化学作用及碳氢化合物的参与反应,使SO2-4还原成H2S而失去,发生脱硫酸作用,使油田水中SO2-4离子减少。

油田水中大量存在SO2-4对油藏不利。

脱硫系数(rSO2-4×100/rCl-)是反映油藏封闭性和保存条件的重要参数,
越靠近油气田其值越小,油藏封闭性越好,油藏保存的也越好。

在CaCl2型水中,其值一般小于2,若大于5说明油藏受到破坏;在NaHC03型水中,其值一般小于10,如果大于15说明油藏受到破坏[11]。

研究区长8油层组脱硫系数的分布与钠氯系数具有相似的特征(见图5)。

在天环拗陷轴部和断层发育区,脱硫系数都大于15,说明油藏受到严重破坏;在天环拗陷东西
侧以及河道沉积砂体发育区，脱硫系数小于5;在天环拗陷东侧,沿马家山—堡子湾—罗庞塬一线,浅水三角洲河道砂体发育区,河道侧翼脱硫系数高于河道主体部位,靠近河道主体部位脱硫系数也有减小的趋势,在河道主体部位脱硫系数均小于1,反映
油藏封闭性好。

图5 姬塬地区长8脱硫系数等值线图Fig.5 The water desulfuration coefficient plane figure of Chang 8 subsection in Jiyuan area
4 地层水与油藏的关系
鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组发育大型岩性油藏[12],地层水水型为CaCl2型,储集层具有封闭、还原的水文地球化学环境。

在判断油气运移方向及聚集条件时,
研究认为，越往供水方向(低矿化度区),钠氯系数、脱硫系数值越高。

天环拗陷东侧靠近伊陕斜坡以及浅水三角洲河道砂体发育区保存条件好,矿化度高，钠氯系数、
脱硫系数低；河道主体部位矿化度高于河道侧翼,钠氯系数、脱硫系数河道主体部
位明显低于河道侧翼,出油井点主要集中在河道主体部位,河道侧翼多为油水同出或
出水的现象；钠氯系数、脱硫系数有由河道主体部位向河道侧翼逐渐增大的趋势,
由高到低的变化方向代表石油运移聚集的方向。

在天环拗陷轴部、靠近西缘冲断带断层、裂缝发育区,由于受后期构造运动的改造，封闭性变差,渗入水影响较大。

在天环拗陷轴部两侧断层发育区，地层水矿化度低,
钠氯系数、脱硫系数都偏高。

受到地表渗入水的强烈影响，该区封闭条件相对较差,有出纯油、纯水的现象(见图6)。

通过进一步分析,认为断裂的展布方向与该区当时
所受的构造应力场的特征是决定断裂垂向封闭性的主要地质因素。

最大主压应力与断裂走向交角越小,断裂垂向封闭性越差,开启性越强;交角越大,断裂垂向封闭性越好,开启性越差[13]。

燕山期NW—SE向挤压应力与红柳沟地区的断层走向几乎垂直,断层在最大主压应力的作用下趋于闭合状态,其垂向封闭性较好,有利于油气的聚集,因此残留一些改造型的油藏;在天环拗陷轴部西侧靠近西缘冲断带的古峰庄地区，燕山期最大主压应力方向与断层走向交角较小,有些几乎平行,断裂在最大主压应力的作用下趋于张开状态,开启性好,有利于油气的运移。

图6 姬塬地区长8顶构造与油、水井分布关系图Fig.6 The relation between structure of Chang 8 peaks and the distribution of producing wells in Jiyuan area
5 结论
地层水矿化度及化学参数平面分布综合分析表明,姬塬地区地层水水型为CaCl2型,矿化度、钠氯系数和脱硫系数在不同的区域有所差异。

矿化度高，钠氯系数和脱硫系数低的区域,属于还原性水化学环境，其封闭条件好,有利于石油的聚集和保存。

1)不同区域地层水的矿化度明显不同,靠伊陕斜坡、浅水三角洲砂体发育区矿化度高，钠氯系数和脱硫系数低,表明其地层水变质程度高,为较强的还原环境,油藏封闭性好。

2)断层发育区具有矿化度低，钠氯系数和脱硫系数高的特点,能否残留改造型的油藏与燕山期最大主应力方向与断层的交角关系密切：最大主压应力与断裂走向交角越小,封闭性越差,开启性越强;交角越大,封闭性越好,会残留一些改造型的油藏。

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