西伯利亚北极地区含油气盆地的水文地球化学特征

西伯利亚北极地区含油气盆地的水文地球化学特征DMITRY Novikov Anatolievich;SARAEV Mikhail Mikhailovich【摘要】通过对过去40年收集的西伯利亚北极地区水文地球化学数据进行分析及综合解释,对数据进行了分类、评价和统计分析,评估区域背景值和异常值,估算水源之间接近程度的各种相关系数.西伯利亚沉积盆地的古水文地质重建表明,油气藏的水体有3种成因类型:①海相沉积过程中形成的水体;②渗入盆地内并经历了各个地质时期表生作用的大气降水成因的水体;③烃类混合物冷凝形成的水体.油气藏的水文地球化学模式受控于水-岩-气-有机质体系漫长的地质演化过程.西伯利亚北极地区沉积盆地内分布总矿化度为0.2～350.0 g/L的含氯化钠-碳酸氢盐、氯化钠、氯化钙地下水和其他类型的地下水.通过对西伯利亚北极地区地下水的对比分析,发现含有氯化钠组分的样品总矿化度超过250 g/L,表明卤水的形成与蒸发岩的浸出有关.水文地球化学数据分析显示,地下水的成分随其演化而发生非常大的变化,阿纳巴尔—拉普帖夫、西西伯利亚等盆地中生界的地下水处于其化学演化的初始阶段.%The available hydrogeochemical data collected over the past four decades in Siberian Arctic areas were analyzed and interpreted comprehensively for the first time,through data ranking,evaluation and analysis,systematic estimation of region,altitude background and abnormal value,and calculation of element molar ratio,different kinds of correlation coefficients in water proximity were estimated.Paleohygdrogeological reconstructions of the Siberian sedimentary basins suggest the presence of three water genetic types in petroleum deposits:(1) Waters that formed during marine sedimentation,(2) Waters of meteoric origin that infiltrated the basin and were involved in supergene processes in the geologicalpast,(3) Waters produced by condensation from a hydrocarbon mixture.Hydrogeochemical patterns of petroleum deposits are controlled by the long geological evolution in the water-rock-gas-organic matter system.Sodium-chloride bicarbonate,sodium chloride,calcium chloride groundwaters,and other types of brines with the total salinity of 0.2-350g/L are distributed in the Siberian Arctic sedimentary parative analysis of groundwaters and brines in the Siberian Arctic revealed a group of sodium chloride water samples had a total salinity of over 250g/L,suggesting the formation of the brine was related to leaching of evaporite rock.Hydrogeochemical data indicate that composition of the brine has varied dramatically with their evolution.Mesozoic groundwaters and brines of Anabar-Laptev basin and West Siberia existed only in the beginning of their chemical evolution.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2017(044)005【总页数】8页(P737-744)【关键词】北极地区;西伯利亚;含油气盆地;水文地质;含水层;水文地球化学模式;地下水演化【作者】DMITRY Novikov Anatolievich;SARAEV Mikhail Mikhailovich【作者单位】Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics Siberian Branch of the RAS, Novosibirsk 630090, Russia;Novosibirsk State University, Faculty of Geology, Novosibirsk 630090, Russia;TrofimukInstitute of Petroleum Geology and Geophysics Siberian Branch of the RAS, Novosibirsk 630090, Russia【正文语种】中文【中图分类】TE133北极地区沉积盆地以其巨大的生烃潜力受到广泛关注。

目前全球多个盆地已发现了商业油气田，例如：加拿大的阿萨巴斯卡（Athabasca）、波弗特—麦肯齐（Beaufort-Mackenzie）、西西伯利亚、斯维德鲁普（Sverdrup）等盆地。

北极地区已研究盆地的商业储量自古老的前寒武系至第四系均有分布。

根据俄罗斯科学院西伯利亚分院石油地质与地球物理研究所的最新评估结果，俄罗斯近北极地区石油原始可采储量超过706×108 t，天然气原油可采储量超过200×1012 m3[1]。

目前，西伯利亚北极地区已开展油气勘探，并在喀拉海大陆架（新喀拉海域油区）上发现了Pobeda油气田，2017—2018年将在叶尼塞—哈坦加盆地和阿纳巴尔—拉普帖夫盆地内开钻地层测试井。

受控于多种因素，北极沉积盆地的水文地质构造比较复杂。

西伯利亚地区（包括北极研究区，见图1）的沉积盆地自勘探以来已采集了大量地下水和气体组分的实测数据。

前人探讨了阿拉斯加北坡（North Slope Alaska）、波弗特—麦肯齐、斯维德鲁普、加拿大地盾（Canadian Shield）、阿尔伯塔（Alberta）、阿萨巴斯卡及其他地区的水文地质特征[2-8]；还研究了西伯利亚北极地区沉积盆地的水文地球化学特征[9-19]。

基于往年西伯利亚含油气沉积盆地的水文地质和水文地球化学研究成果，前人建立了这些盆地的主要水文地球化学模式。

已知的水动力基本背景显示西西伯利亚盆地中存在隐蔽的地下水流出。

盆地的水驱系统已经历了多个水体循环周期。

本文重点关注两条主要的地下水径流：西部水体从黏土封盖层之下的储集层边界流出，东部大气渗透水从盆地边界流出。

通过储集层压力分布分析可知，由于科尔托戈尔斯克—乌连戈伊地堑裂谷带（Koltogorsk-Urengoygraben rift）的窜流，这些水体通过断层混合和流出。

这一结论可以通过北隆（Northern Arch）及其他若干构造得到证实；这些构造的阿普第阶—阿尔必阶—森诺曼阶含水层体系中存在高压和异常高压[20-21]。

受连续垂向窜流的影响，前中生代岩层和中生界下部含水层（三叠系和侏罗系）的地下水向上覆沉积地层流出。

欧特里沃阶—巴列姆阶以及阿普第阶—森诺曼阶含水层中的地下水沿着喀拉海（Kara Sea）中低梯度区流动。

考虑到格达半岛（Gydan Peninsula）北部土仑阶—古近系盖层厚度减小，近海区域的森诺曼阶含水层可能在第四系海相沉积物以下展布，表明喀拉海中具有上述地下水流出和相关的下伏含水层。

叶尼塞—哈坦加（Yenisei-Khatanga）盆地边界（特别是格达半岛北部）及邻近区域可能存在隐蔽性局部流出[17-18,22]。

在个别区域，森诺曼阶分布于第四系之下，阿普第阶—阿尔必阶—森诺曼阶含水层水体通过正在解冻的永冻层（河谷的居间不冻层或解冻通道）局部区域重新充填表生带。

矿化度变化趋势的显著特征是矿化度普遍随深度增加或减少，或具有更复杂的变化类型。

纳德姆—泰兹（Nadym-Taz）河间地北部的矿化度降低，但其南部矿化度在深度1 000～2 500 m层段略有升高，在上侏罗统（特别是在2 800～3 200 m深度段）达到峰值，而在中下侏罗统，矿化度再次下降，但并非所有地质构造都是如此[21]。

叶尼塞—哈坦加盆地内中生界沉积序列延续东部西西伯利亚盆地的构造，具有类似的水文地球化学条件。

盐类淋滤形成的卤水广泛分布于阿纳巴尔—拉普帖夫盆地（Anabar-Laptev Basin）诺德维克（Nordvik）盐丘区的中生界和古生界盐底辟附近。

西伯利亚沉积盆地的古水文地质重建说明油气藏的水体有 3种成因类型：①海相沉积过程中形成的水体；②渗入盆地内并经历了各个地质时期表生作用的大气降水成因的水体；③烃类混合物冷凝形成的水体。

油气藏的水文地球化学模式受控于水-岩-气-有机质体系漫长的地质演化过程，已有研究表明，当前地下水的化学性质是次生的。

将所有实际数据汇总在一个数据库中，包括诸如西西伯利亚、叶尼塞—卡坦加、阿纳巴尔—拉普泰夫和西伯利亚克拉通盆地的剖面水文地质识别特征和9 000个水采样点的水化学取样结果，其中西西伯利亚自流盆地有5 603个样品（见表1）。

为了比较分析，汇总了北极沉积盆地（Timan-Pechora，Beaufort-Mackenzie，Sverdrup等盆地）水文地球化学测试的可选数据（超过1 500口井）。

基于现有资料的综合解释，使用 Surfer和 Grid Master软件绘制西伯利亚沉积盆地主要含水地层系统的地下水总矿化度分布图和水文地球化学模式图。