任國選，侯讀杰，史玉玲，魯秀芹，楊志東，李 紅

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 能源學(xué)院，北京100083;2.中海石油 深圳分公司，廣東廣州510240;3.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘062552;4.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000)

盆地中油氣在生成、運移、聚集的過程中均與地層 水相伴生，因此地層水的變化為油氣運移、油氣保存條件評價等一系列油氣勘探與開發(fā)中的重要問題提供了線索［1－4］。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅山嘴油田多為小型復(fù)雜斷塊油氣藏，油氣水分布關(guān)系異常復(fù)雜。前人已經(jīng)對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣油氣成藏特征進行了系統(tǒng)的研究［5－6］，本文結(jié)合前人的研究成果，通過對油田開發(fā)中積累的大量地層水常規(guī)組分資料的地球化學(xué)特征分析，來探討地層水成因與油氣藏的關(guān)系。相互連通的兩個油藏中，地層水的水化學(xué)特征應(yīng)具有相似性，而中間有阻隔的兩個油藏之間地層水的化學(xué)特征應(yīng)有較大的差別。文章將通過對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅山嘴地區(qū)復(fù)雜斷塊油氣藏地層水的研究，揭示紅山嘴復(fù)雜斷塊油氣藏的運移聚集規(guī)律。

1 地質(zhì)背景

紅山嘴油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅車斷裂帶北部，中拐凸起南部，距克拉瑪依市東南方向20～30km(圖1)。區(qū)域構(gòu)造位于克－烏斷裂帶與車排子隆起所夾持的二級構(gòu)造帶上，是一個由多個斷塊組成的復(fù)雜構(gòu)造［7－9］。該區(qū)地層自下而上依次為石炭系(C)、二疊系佳木河組(P1j)、烏爾禾組(P2w);三疊系克拉瑪依組(T2k)、白堿灘組(T3b);侏羅系八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J3q);白堊系吐谷魯群(K1tg)、古近系和新近系。紅山嘴油田原油來自二疊系風(fēng)城組和烏爾禾組，三疊系是優(yōu)質(zhì)的儲層［10］。三疊系頂面構(gòu)造基本呈西北高東南低的單斜形態(tài)，并被多條規(guī)模不等的逆斷層切割，這些斷層主要在印支期形成，斷塊邊界大斷裂一直活動至燕山運動期。二疊系只在斷塊東南部有小范圍殘余，其他地區(qū)三疊系直接覆蓋在石炭系上。

來自車排子凸起方向的壓應(yīng)力引起的沖斷活動在本區(qū)西部和南部形成的斷裂帶(斷坡區(qū))成為地層傾向腹地的“鑲邊”，從而使中生代地層表現(xiàn)為一個軸向北西—南東的不對稱向斜［11］。紅山嘴油田整體上是一個由北西向南東傾斜的被眾多斷層復(fù)雜化的單斜，油氣水分布規(guī)律異常復(fù)雜。

2 地層水化學(xué)特征與油氣藏成藏關(guān)系

在油田地層水化學(xué)研究中，除了地層水礦化度和水型的研究，常用到的研究參數(shù)有鈉氯系數(shù)(rNa+/rCl－)、脫硫系數(shù)(100 ×/rCl－)、碳酸鹽平衡封閉系數(shù)［+rCO23－/rCa2+)］、鈣鎂系數(shù)(rCa2+/rMg2+)、鈉鈣系數(shù)(rNa2+/rCa2+)、變質(zhì)系數(shù)［(rCl－－ rNa+)/rMg2+］、油藏封閉系數(shù)［(+rH2S)/］和油氣藏指標(biāo)系數(shù)［(+rH2S)/－］/［(+)/rCa2+］等。研究這些系數(shù)的變化，對油氣的生成、運聚并指明儲層的含油氣性和有利的油氣聚集區(qū)有很大的幫助(表1)。

圖1 紅山嘴油田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Hongshangzui oilfield

表1 地層水主要化學(xué)特性指標(biāo)(據(jù)文獻(xiàn)［12］修改)Table 1 Main chemical characteristics of formation water

2.1 地層水礦化度、水型與油氣成藏的關(guān)系

從石炭系地層水的分布來看(圖2a—c)，主要以紅027井區(qū)地層水礦化度較大，可達(dá)到18 000 mg/L。水型以CaCl2型為主，表示紅山嘴地區(qū)石炭系封閉性較好。石炭系油藏儲層主要是火山巖，與地層水礦化度和水型沒有明顯的相關(guān)性，在封閉環(huán)境下有不同程度的油氣藏發(fā)現(xiàn)，如紅29井區(qū)和紅43井區(qū)都是以CaCl2型為主的地層水，且礦化度都達(dá)到了40 000 mg/L以上。三疊系克拉瑪依組下段地層水礦化度與油藏分布具有明顯的相關(guān)性，地層水礦化度大的地方均有油藏發(fā)育。

整體而言，紅山嘴地區(qū)地層水的礦化度靠近西北方向都較低，地層水礦化度低于14 000 mg/L，水型主要以NaHCO3型為主，代表開放的環(huán)境，表明有地表水的參與，該區(qū)域主要為紅淺區(qū)，即稠油區(qū)。

2.2 地層水鈉氯系數(shù)與油氣成藏的關(guān)系

從紅山嘴油田地層水鈉氯系數(shù)分布圖(圖2d—f)上可以看出，由于受白堿灘組泥巖厚度變化的影響，紅淺區(qū)和紅96區(qū)地層水的封閉性較差，同時這些地區(qū)的鈉氯系數(shù)較大。勘探實踐表明這些地區(qū)的油藏遭受了后期的破壞。紅80井附近鈉氯系數(shù)最小，約為0.5，說明該區(qū)地層水的封閉性較好。從西北向東南部，隨著白堿灘組泥巖厚度的增加，相應(yīng)的變質(zhì)系數(shù)由大變小，紅029井區(qū)和紅山嘴石炭系出露的地區(qū)變質(zhì)程度最小，說明其流體－巖石相互作用強度最小，保存條件最好。而紅028井附近地層水的鈉氯系數(shù)較大，說明封閉條件不好。

油藏保存的好壞間接地與鈉氯系數(shù)相關(guān)，在封閉性環(huán)境下，沒有遭受后期破壞的地區(qū)，即白堿灘組泥巖層封閉較好的地區(qū)，油藏的保存程度均比較好。圖2d—f中紅色區(qū)域代表的是紅淺區(qū)和四二區(qū)的部分稠油油氣藏，這些地區(qū)曾充注了大量的油氣，由于后期改造加之降水的滲入，白堿灘組泥巖厚度在此區(qū)域減薄，蓋層的封閉性變差，導(dǎo)致此區(qū)域油氣藏被水洗和生物降解而形成稠油油藏。

2.3 地層水變質(zhì)系數(shù)與油氣成藏的關(guān)系

從圖2g—i中可以看出，圍繞紅80井區(qū)、紅118井區(qū)以及車202井區(qū)，地層水變質(zhì)系數(shù)較大，其中紅80井區(qū)變質(zhì)系數(shù)最大，說明紅80井區(qū)油藏的封閉性最好，油氣顯示最好;紅96區(qū)域和紅淺區(qū)變質(zhì)系數(shù)較低，說明油藏封閉性差，后期改造明顯。

紅山嘴地區(qū)的石炭系油藏主要集中在紅車斷裂帶南部。從地層水變質(zhì)系數(shù)平面分布圖(圖2g—i)可以看出，紅021井區(qū)石炭系油藏的變質(zhì)系數(shù)達(dá)到了200左右，此處油氣藏封閉較好，而其他地區(qū)則一般，變質(zhì)系數(shù)一般低于60。紅山嘴地區(qū)三疊系克拉瑪依組下段顯示在地層封閉性好的地區(qū)都有油氣藏發(fā)現(xiàn)。

2.4 地層水脫硫系數(shù)與油氣成藏的關(guān)系

地表水的進入造成地層水中硫酸根離子增加和氯離子減少，脫硫系數(shù)應(yīng)該同礦化度和氯離子的分布成對應(yīng)關(guān)系。從圖2j—l可以看出，紅山嘴地區(qū)有六處地區(qū)硫酸根離子增加，這些地區(qū)的脫硫系數(shù)較大，其中最大的地區(qū)是紅040井區(qū)、紅15002井區(qū)和紅023井區(qū)。在實際勘探中，紅023區(qū)域的紅 023井日產(chǎn)水14.04m3，日產(chǎn)油5.21 t，而在紅023區(qū)域主要為地表水，由此導(dǎo)致油藏含水量上升。這表明該區(qū)域三疊系白堿灘組泥巖的封堵性減弱造成了地表水滲入。紅山嘴南部地區(qū)，脫硫系數(shù)較低，表現(xiàn)了良好的封閉性，例如紅118油藏和車202井區(qū)的油藏，由此形成了紅車斷裂帶地區(qū)有利于的油氣保存條件。

2.5 地層水碳酸鹽平衡系數(shù)與油氣成藏的關(guān)系

總體上，紅山嘴地區(qū)地層水中碳酸鹽平衡系數(shù)是南部低值，中間高值，靠近紅淺區(qū)數(shù)值增大，低值主要分布在紅車斷裂帶和紅96區(qū)(圖2m—o)。而向紅023和紅110井方向碳酸鹽平衡系數(shù)卻逐漸增高，可能是深層有機質(zhì)的熱演化和脫硫作用產(chǎn)生的CO2沿斷裂運移到地層水中，增加了+的濃度，導(dǎo)致該區(qū)碳酸鹽平衡系數(shù)的增大。

石炭系與三疊系紅117井區(qū)的碳酸鹽平衡系數(shù)都較高，推測為大氣降水的滲入使得+的濃度降低(圖2m—o)。石炭系地層水碳酸鹽平衡系數(shù)在紅027開區(qū)和紅023井區(qū)附近較大，達(dá)到了135以上;在紅車斷裂帶和車202井區(qū)附近，其值小于10。碳酸鹽平衡系數(shù)的分布與變質(zhì)數(shù)的分布恰好相反，可能是儲層流體中+濃度大，有利于方解石的沉淀和晚期方解石的形成。

通過原油指紋譜圖可以看出，紅淺區(qū)稠油遭到生物降解和地層水水洗(圖3)。此外，由于紅車斷裂帶北段三疊系白堿灘組泥巖厚度最小(圖4)，封閉性較差，降解的稠油可能是地表淡水水洗形成。原油密度由南向北逐漸增大，而地層水的類型由南向北出現(xiàn)由CaCl2型向NaHCO3型轉(zhuǎn)化。地層水的礦化度、水型以及原油密度的變化明顯受蓋層的影響，由此說明南部地層封閉性好。

圖2 紅山嘴地區(qū)地層水化學(xué)特征平面分布Fig.2 Map showing chemical characteristics of formation water in Hongshanzui area

圖3 紅山嘴油田原油密度分布與飽和烴氣相色譜關(guān)系Fig.3 Correlation of density distribution and gas chromatogram of saturated hydrocarbon of crude oil in Hongshanzui oilfield

圖4 車9—紅46—紅112—紅48—紅28—紅76—紅15—紅34—紅44井油藏剖面Fig.4 Reservoir cross-section crossing well Che 9－Hong 46－Hong 112－Hong 48－Hong 28－Hong 76－Hong 15－Hong 34－Hong 44 in Hongshangzui oilfield

3 地層水垂向變化特征與油氣成藏關(guān)系

從圖4上可見，紅44井和紅15井均被斷層封隔，這兩口井的水化學(xué)雷達(dá)圖顯示各種水化學(xué)離子分布具有一定的相似性，礦化度和 Ca2+離子含量較高，和K++Na+離子則較小。地層水由礦化度從深部到淺部由大變小，自東向西逐漸減小，水型由CaCl2轉(zhuǎn)變?yōu)镹aHCO3。紅44井所在的斷塊和斷背斜封閉性最好，礦化度達(dá)到35 000 mg/L，氯根含量達(dá)到20 000 mg/L。從剖面位置可以看出，礦化度由東向西逐漸降低，這與西北緣地區(qū)地層的整體走勢和地層厚度有明顯的正相關(guān)性。

4 結(jié)論

1)紅山嘴油田地層水存在明顯的分帶性，在北北西部以保存條件差的NaHCO3型水為主，南東東部以保存條件好的CaCl2型水為主，中部則各種水型均有分布。

2)紅山嘴油田地層水的礦化度存在著由北北西向南東東方向逐漸增大的特點，主要原因是白堿灘組泥巖的厚度由北北西向南東東方向逐漸增厚，封閉性越來越好，礦化度越來越大。

3)反映紅山嘴油田油氣保存條件的負(fù)相關(guān)系數(shù)(鈉氯系數(shù)、碳酸鹽巖平衡系數(shù)、脫硫系數(shù))具有從北北西向南東東方向減小的趨勢;而與保存條件呈正相關(guān)的系數(shù)(鈣鎂系數(shù)、變質(zhì)系數(shù))具有從北北西向南東東方向增大的趨勢。

4)地層水環(huán)境直接指示了油氣藏成藏的環(huán)境，地層水保存好的地區(qū)，均有良好的油氣藏顯示。

［1］Varsanyi I，Kovacs O L.Origin，chemical and isotopicevolution of formation water in geopressured zones in the Pannonian Basin，Hungary［J］.Chemical Geology，2009，264:187 －196.

［2］Munz I A，Johansen H，Huseby O，et al.Water flooding of the Oseberg Ost oil field，Norwegian North Sea:application of formation water chemistry and isotopic com-position for production monitoring［J］.Marine and Petroleum Geology，2010，265:1 －15.

［3］李梅，金愛民，樓章華，等.準(zhǔn)噶爾盆地地層流體特征與油氣運聚成藏［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(4):607 －615.Li Mei，Jin Aimin，Lou Zhanghua，et al.Formation fluid characteristics and hydrocarbon migration and accumulation in Junggar Basin［J］.Oil＆ Gas Geology，2012，33(4):607 －615.

［4］徐德英，周江羽，王華，等.渤海灣盆地南堡凹陷東營組地層水化學(xué)特征的成藏指示意義［J］.石油實驗地質(zhì)，2010，32(3):285－289.Xu Deying，Zhou Jiangyu，Wang Hua，et al.Chemical characteristics of formation water significant to oil reservoir in Dongying Formation，Nanpu Sag，Bohai Bay Basin［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2010，32(3):285 －289.

［5］李賢慶，侯讀杰，張愛云.油田水地球化學(xué)研究進展［J］.地質(zhì)科技情報，2001，20(2):51 －54.Li Xianqing，Hou Dujie，Zhang Aiyun.Advancement of the geochemical study of oilfield water［J］.Geological Science and Technology Information，2001，20(2):51 －54.

［6］楊庚，王曉波，李本亮，等.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣斜向擠壓構(gòu)造與油氣分布規(guī)律［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30(1):26 －30.Yang Geng，Wang Xiaobo，Li Benliang，et al.Oblique compressional structures and hydrocarbon distribution patterns in the northwestern margin of the Junggar Basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2009，30(1):26－30.

［7］胡宗全，尹偉，伍新和，等.中國中西部四大盆地碎屑巖油氣成藏體系及其分布規(guī)律［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(4):561－570.Hu Zongquan，Yin Wei，Wu Xinghe，et al.Petroleum accumulation systems of clastic strata and their distribution in the four large-sized basins in central-western China［J］.Oil ＆ Gas Geology，2012，33(4):561－570.

［8］孟家峰，郭召杰，方世虎.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣沖斷構(gòu)造新解［J］.地學(xué)前緣，2009，16(3):171 －180.Meng Jiafeng，Guo Zhaojie，F(xiàn)ang Shihu.A new insight into the thrust structures at the northwestern margin of Junggar Basin［J］.Earth Science Frontiers，2009，16(3):171 －180.

［9］蔡忠賢，陳發(fā)景，賈振遠(yuǎn).準(zhǔn)噶爾盆地的類型和構(gòu)造演化［J］.地學(xué)前緣，2000，7(4):431 －440.Cai Zhongxian，Chen Fajing，Jia Zhenyuan.Types and tectonic evolution of Junggar Basin［J］.Earth Science Frontiers，2000，7(4):431－440.

［10］姜向強，柳廣弟，高崗，等.準(zhǔn)噶爾盆地克百斷裂帶油源分析［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30(6):754 －767.Jiang Xiangqiang，Liu Guangdi，Gao Gang，et al.An analysis of oil source in the Kebai fault zone，the Junggar Basin［J］.Oil ＆ Gas Geology，2009，30(6):754 －767.

［11］陳發(fā)景，汪新文，汪新偉.準(zhǔn)噶爾盆地的原型和構(gòu)造演化［J］.地學(xué)前緣，2005，12(3):77 －89.Chen Fajing，Wang Xinwen，Wang Xinwei.Prototype and tectonic evolution of the Junggar Basin，northwestern China［J］.Earth Science Frontiers，2005，12(3):77 －89.

［12］高錫興.中國含油氣盆地油田水［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994.Gao Yixing.Oilfield water of Petroliferous Basin in China［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1994.