王 君，樓章華，朱 蓉，何 鈺，朱振宏，王同軍,錢月紅

(1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.中國石化 中原油田分公司， 河南 濮陽 457000)

渤海灣盆地東濮凹陷文留地區(qū)現(xiàn)今地層水化學(xué)與油氣運(yùn)聚

王 君1，樓章華1，朱 蓉1，何 鈺1，朱振宏1，王同軍2,錢月紅2

(1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.中國石化 中原油田分公司， 河南 濮陽 457000)

東濮凹陷文留地區(qū)斷裂及鹽巖發(fā)育，油氣運(yùn)聚過程及油、氣、水分布關(guān)系復(fù)雜。在分析文留地區(qū)古近系現(xiàn)今地層水化學(xué)縱向及平面分布特征的基礎(chǔ)上，利用地層水氘、氧同位素測(cè)試資料確定地層水來源。結(jié)合文留地區(qū)構(gòu)造以及水動(dòng)力特征，深入研究文留地區(qū)古近系地下水化學(xué)特征與油氣富集、分布之間的關(guān)系。同時(shí)，通過解剖文218—文245井典型剖面，進(jìn)一步分析水化學(xué)特征與油氣運(yùn)移、聚集、成藏之間的耦合關(guān)系。地層水氫、氧同位素分析表明，文留地區(qū)地層水以原生沉積水為主，局部曾經(jīng)受到古大氣水下滲影響，反映其地層封閉性較好，有利于油氣成藏、保存。縱向上，文留地區(qū)水化學(xué)可以分為(古)大氣水下滲淡化帶、越流泄水濃縮帶、泥巖壓實(shí)排水淡化帶、斷層越流淡化帶和末端越流濃縮帶等5個(gè)水化學(xué)垂向分帶；平面上，文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶為兩側(cè)凹陷離心流的共同指向區(qū)，地層水在越流過程中不斷濃縮，礦化度、氯離子濃度增加，礦化度、氯離子濃度高值區(qū)與油氣富集區(qū)有一致性。文留地區(qū)斷裂連通性好，油氣以垂向運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔。

地層水化學(xué)；油氣運(yùn)移；油氣聚集；文留地區(qū)；東濮凹陷;渤海灣盆地

油田水是指在油氣儲(chǔ)層中與油氣伴生的地下水，是烴類運(yùn)移、聚集、形成油氣藏的動(dòng)力和載體，它和油氣之間存在著經(jīng)常性的物質(zhì)成分和能量交換，其化學(xué)成分往往反映出油氣藏與原油、天然氣的某些特征[1-3]，蘊(yùn)含了許多與油氣藏形成和保存相關(guān)的信息[4-6]。東濮凹陷文留地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層水化學(xué)性質(zhì)不僅在垂向差異分布，在不同構(gòu)造單元也有所不同，油水關(guān)系十分復(fù)雜。文中根據(jù)文留地區(qū)地層水化學(xué)性質(zhì)垂向和平面分布特征，結(jié)合研究區(qū)斷層及鹽巖發(fā)育情況，深入分析油田地層水與油氣運(yùn)聚及分布的關(guān)系，總結(jié)不同構(gòu)造單元油氣富集的主控因素，為研究區(qū)的油氣勘探?jīng)Q策提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)背景

文留地區(qū)位于東濮凹陷中央隆起帶中部，北面與衛(wèi)城、濮城油田相接，南面與橋口油田相接，東面是烴源巖豐富的前梨園洼陷，西面是柳屯-海通集生油洼陷，南北長約36 km，東西寬約18 km，面積約650 km2，由文中、文西、文東等次級(jí)油氣田組成，是東濮凹陷油氣最為富集地區(qū)之一。新生代以來，東濮凹陷中央隆 起帶基底地層的逐漸抬高和東西兩洼陷的不斷下沉，使得文留地區(qū)在東營組沉積末期就形成了東西分帶、南北分塊的基本構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)發(fā)育文西、文東、徐樓三大近北北東向斷裂系，將文留地區(qū)由東向西劃分為文東滾動(dòng)背斜-反向屋脊帶、文東地塹帶、文中地壘帶和文西斷階帶等4個(gè)次級(jí)構(gòu)造帶(圖1)。

文留地區(qū)新生代構(gòu)造演化可以細(xì)化分為初始凹陷階段、強(qiáng)烈斷陷階段、萎縮階段、穩(wěn)定下沉階段、收縮階段和坳陷階段。

文留地區(qū)自下而上發(fā)育4套鹽巖，分別為沙河街組下亞段(沙三下亞段)內(nèi)文23鹽、沙三中亞段下部的鹽巖、沙三中亞段上部的文9鹽、沙一段內(nèi)鹽巖。這4套鹽巖在平面上具有不同的分布范圍，其中沙三中亞段下部鹽巖僅在文北發(fā)育，而其他3套鹽巖則在整個(gè)文留地區(qū)分布廣泛[7]。

2 文留地區(qū)水化學(xué)特征

地下水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚成藏、保存存在密切的關(guān)系[8]，影響含油氣盆地油田水化學(xué)場(chǎng)的因素較多，它們對(duì)油田水化學(xué)性質(zhì)的影響，在剖面上具有明顯的階段性；在平面上具有明顯的選擇性。前者導(dǎo)致油田水化學(xué)的垂直分帶性；后者導(dǎo)致油田水化學(xué)的平面分區(qū)性[9]。

圖1 文留地區(qū)構(gòu)造劃分Fig.1 Structure division of Wenliu region①文西1號(hào)斷層；②文西2號(hào)斷層；③文西3號(hào)斷層；④黃河斷層；⑤文東斷層；⑥徐樓斷層

2.1 垂向水化學(xué)特征

Collins(1984)曾指出隨著埋深的增加地層水礦化度并非簡(jiǎn)單的增加或者減少，樓章華等認(rèn)為由于影響地層水化學(xué)性質(zhì)的主要因素及其影響能力在剖面上具有明顯的階段性，導(dǎo)致地層水化學(xué)特征從淺到深，通?？梢詣澐譃榇髿馑聺B淡化帶、近地表蒸發(fā)濃縮帶、越流過程中的壓濾濃縮帶、泥巖壓實(shí)排水淡化帶(包括粘土礦物脫水淡化作用)和深部滲濾濃縮帶5種典型的水化學(xué)剖面單元類型[10-12]。

本文以沙河街組為研究對(duì)象，分析地層水的特征。研究區(qū)沙河街組埋深在1.8～4.4 km，由淺到深依次分為Es1，Es2，Es3和Es44個(gè)層段，其中Es3又可細(xì)分為上、中、下3個(gè)亞段。垂向上，文留地區(qū)礦化度高值主要集中在沙三段，與鹽巖在深度上的分布有一致性，說明鹽巖的存在對(duì)地層水化學(xué)有一定的影響。

通常情況下，根據(jù)地層水化學(xué)性質(zhì)，從淺到深可以將地層水分為(古)大氣水下滲淡化帶(A)、越流泄水濃縮帶(B)、和泥巖排水淡化帶(C)3個(gè)水化學(xué)帶。地層深部粘土礦物脫出水基本為淡水；泥巖壓實(shí)排出的水，很少受蒸發(fā)作用的影響，幾乎保持了原始湖盆水系的水化學(xué)性質(zhì)，礦化度、氯離子濃度低，碳酸氫根離子濃度高，因此在深部形成地層水淡化帶，該帶水動(dòng)力處于離心流范圍，油氣伴隨離心流向外運(yùn)移；地層水在向上的越流過程中不斷壓濾濃縮，礦化度、氯離子濃度逐漸增加，碳酸氫根離子濃度降低，形成越流泄水濃縮帶，在該帶油氣富集程度高，可形成較大規(guī)模油氣藏；淺層由于地層抬升剝蝕或斷層開啟，受(古)大氣水下滲淋濾作用影響相對(duì)較大，地層水礦化度、氯離子濃度低，碳酸氫根離子濃度高，形成大氣水下滲淡化帶，該帶油氣保存條件通常較差，不利于油氣聚集。由于斷層溝通作用，越流泄水濃縮帶的高礦化度地層水沿著斷層直接上涌，在淺部地層中出現(xiàn)局部礦化度高值區(qū)(>250 g/L)，劃 分為末端越流濃縮帶(E)；此外，由于深部泥巖壓實(shí)排水淡化帶中的低礦化度地層水沿著斷層直接上涌，在越流濃縮帶出現(xiàn)了部分低礦化度、低氯離子濃度值，劃分為斷層越流淡化帶(D)(表1，圖2)。

2.2 平面分布特征

文留地區(qū)斷裂發(fā)育，斷塊破碎，地層垂向連通性較好。平面上，沙河街組水化學(xué)參數(shù)具有繼承性，各層段地層水礦化度高值區(qū)在平面上分布范圍相吻合。地層水高礦化度、高氯離子濃度集中在文東滾動(dòng)背斜帶的和文東地塹帶(礦化度>200 g/L，氯離子濃度>130 g/L)，文中地壘帶與文西斷階帶地層水礦化度、氯離子濃度相對(duì)較低，文東反向屋脊帶地層水礦化度、氯離子濃度為文留地區(qū)最低值。

文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶，位于前梨園及海通集兩個(gè)生烴洼陷之間的構(gòu)造高部位，是兩側(cè)離心流的疊合越流泄水區(qū)。該區(qū)域斷裂發(fā)育，流體具有良好的輸導(dǎo)條件，凹陷中心泥巖壓實(shí)排出水在流動(dòng)過程中不斷濃縮，尤其東部前梨園洼陷離心流有多個(gè)流體充注點(diǎn)。文留地區(qū)沙三段發(fā)育了兩套巨厚的鹽巖，上鹽為文9鹽，下鹽為文23鹽，兩套鹽層都是自北向南逐漸加深，鹽巖的溶濾作用導(dǎo)致地層水礦化度急劇增加[13-14]。該區(qū)塊緊鄰生烴中心，油源充足，供油范圍廣，加之構(gòu)造形態(tài)完整，構(gòu)造活動(dòng)與油氣生成運(yùn)移期配合好，圈閉條件好，斷塊圈閉多，油氣輸導(dǎo)條件優(yōu)越，油氣伴隨離心流沿輸導(dǎo)體系向該區(qū)塊運(yùn)移，并聚集成藏，地層水礦化度高值區(qū)與油氣富集區(qū)有很好的一致性。文留沙三段文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶也是異常高壓分布區(qū)(壓力系數(shù)>1.4)，這種現(xiàn)象表明沙三段異常高的地層水礦化度形成于相對(duì)封閉的系統(tǒng)之中，文東地區(qū)地層水處于相對(duì)封閉的滯留狀態(tài)[15-16]。在滲濾濃縮帶，氯離子和鈉離子濃度均增大，但氯離子既不能形成溶解度低的鹽類，也不易被吸附在粘土或其他礦物的表面；而在礦化度高時(shí)鈉離子會(huì)發(fā)生交替吸附，存在一定量的消耗，鈉離子濃度相對(duì)于氯離子濃度呈降低趨勢(shì)，因此礦化度高值區(qū)往往鈉氯系數(shù)(rNa+/rCl-)較小。鈉氯系

表1 文留地區(qū)地層水化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Hydrochemical feature statistics of formation water in Wenliu region

圖2 文留地區(qū)水化學(xué)垂向分布特征Fig.2 Vertical distribution of formation water chemical properties in Wenliu regiona.礦化度(TDS);b.氯離子(Cl-)含量;c.碳酸氫根含量

數(shù)是地層水變質(zhì)程度和活動(dòng)性的重要指標(biāo)，系數(shù)越小反映地層水的封閉性越好[17]，文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶鈉氯系數(shù)普遍較小(大部分<0.85)，反映地層整體保存條件相對(duì)較好(圖3)。

文東反向屋脊帶處于文留構(gòu)造的東南部，平面構(gòu)造呈半背斜構(gòu)造形態(tài)。由于鄰近深凹，凹陷內(nèi)湖相泥巖發(fā)育，砂泥比低，泥質(zhì)沉積物在上覆地層壓力作用下階段性排出大量孔隙水、吸附水、層間水和結(jié)構(gòu)水，地層水明顯受泥巖壓實(shí)排水(包括粘土礦物脫水)淡化作用的影響，礦化度值低(<140 g/L)；鈉氯系數(shù)大于文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶(圖3)。雖然緊鄰前梨園生烴洼陷，但由于埋深大，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，油氣富集程度相對(duì)較低。

文中地壘帶與文西斷階帶由于斷裂發(fā)育，斷塊破碎，地層封閉性差，地層水壓濾濃縮程度低，同時(shí)受到海通集洼陷泥巖壓實(shí)排水淡化及粘土礦物脫水作用的影響，礦化度普遍較小(140～200 g/L)，較文東地區(qū)低。文中地壘帶與文西斷階帶圈閉面積、幅度相對(duì)較小，臨近的海通集洼陷生烴強(qiáng)度較前梨園洼陷弱，加之文西斷層長期持續(xù)活動(dòng)，對(duì)油氣保存有一定的破壞作用，油氣富集程度較低。這兩個(gè)構(gòu)造帶鈉氯系數(shù)較大，地層封閉條件差(圖3)。

研究區(qū)北部局部地層水礦化度較低(<140 g/L)，鈉氯系數(shù)較大，原油密度較大(均超過0.85 g/L)，該區(qū)域斷裂較為發(fā)育，推測(cè)可能受大氣水下滲淋濾淡化作用影響，油氣保存條件相對(duì)較差，油氣富集程度低。

2.3 地層水中氫、氧同位素特征與流體

地下水按其成因和生成環(huán)境可區(qū)分為大氣成因溶濾水、海相或陸相成因沉積水、變質(zhì)成因再生水和巖漿成因初生水等4種類型[18]。這4種成因類型地下水由于其來源和生成環(huán)境不同，氫、氧同位素組成存在較大差異。因此，可根據(jù)不同成因類型地下水δD和δ18O的變化范圍大致判定地下水起源和成因[19-21]。

分析所測(cè)數(shù)據(jù)，文留地區(qū)氫同位素值分布于-67‰～-50‰，平均值為-56.6‰；氧同位素值分布于-7.1‰～0.71‰，平均值為-3.35‰(圖1，氫、氧同位素采樣點(diǎn))。根據(jù)氫、氧同位素測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)與大氣降水曲線的分布關(guān)系可知(圖4)，文留地區(qū)地層水氫、氧同位素以右偏大氣降水曲線為特征，且偏離距離較遠(yuǎn)，表明文留地區(qū)地層水以原生沉積水為主，除局部斷裂發(fā)育帶曾經(jīng)受到古大氣水下滲影響，如文235區(qū)塊，整體上受大氣水影響作用相對(duì)較弱，地層封閉條件相對(duì)較好，有利于油氣成藏、保存。文東地塹帶和文東滾動(dòng)背斜帶地層水氫、氧同位素值較高(分別為-57‰和-2‰)，說明封閉條件較好。文東反向屋脊帶氫、氧同位素值最低(分別為-64‰和-6.5‰)，反映此區(qū)地層相對(duì)開啟，保存條件較差。

圖3 文留地區(qū)水化學(xué)平面分布Fig.3 Ichnography of hydrochemical properties of formation water in Wenliu regiona.文留地區(qū)沙三段KHD;b.文留地區(qū)沙三段鈉氯系數(shù)①文西1號(hào)斷層；②文西2號(hào)斷層；③文西3號(hào)斷層；④黃河斷層；⑤文東斷層；⑥徐樓斷層

圖4 文留地區(qū)地下水同位素δD-δ18OH2O關(guān)系Fig.4 Hydrogen and oxygen isotope compositions of formation water in Wenliu regionEs2;Es3(上)；Es3(中)；大氣降水曲線

2.4 典型剖面水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚關(guān)系

為詳細(xì)分析水化學(xué)與油氣運(yùn)移、聚集的關(guān)系，選取文留北部文218-文245井油氣藏剖面進(jìn)行詳細(xì)油水關(guān)系分析(圖1中A-A′剖面)。

文留北部處于柳屯洼陷和前梨園洼陷兩側(cè)離心流疊合越流泄水區(qū)，前梨園洼陷泥巖壓實(shí)排出的淡水在向西側(cè)向流動(dòng)過程中不斷濃縮，地層水礦化度逐漸增加(圖5)。垂向上，由于斷裂發(fā)育，構(gòu)造抬升期，斷層活動(dòng)開啟，流體沿文東、文西斷層垂向調(diào)整，深部受鹽巖溶濾影響的高礦化度地層水沿?cái)鄬酉驕\部運(yùn)移[22-23]。高礦化度地層水的頂界面位置與地層能量及斷裂連通性有關(guān)。油氣成藏期，斷層封閉，油氣伴隨地層水運(yùn)移過程中遇鹽巖及反向斷層遮擋，在圈閉中聚集成藏。文中地壘帶石炭系-二疊系煤系地層在高溫高壓條件下，生成的氣態(tài)烴進(jìn)入儲(chǔ)層砂體，被上覆文23鹽封蓋，形成文23氣藏。文留北部由于鹽巖發(fā)育，地層保存條件整體相對(duì)較好，鹽下地層水鈉氯系數(shù)普遍小于鹽上，尤其是沙三段鹽下地層水鈉氯系數(shù)均較小(<0.84)(圖6)。部分?jǐn)嗔严蛏蠑嘀翜\部地層，斷層局部開啟程度相對(duì)較大，大氣水沿?cái)嗔严聺B，淡化地層水，導(dǎo)致礦化度降低(<100 g/L)，鈉氯系數(shù)增加(>0.92)，地層封閉條件差。

一般來說油氣富集區(qū)都是壓力低值區(qū)，然而文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶超高壓分布區(qū)是油氣最為富集的區(qū)域。從文218-文245剖面上，可以看出文留地區(qū)由于斷裂發(fā)育，流體以垂向運(yùn)移為主。在油氣主要成藏期，大量油氣伴隨地層水沿?cái)鄬舆\(yùn)移充注至儲(chǔ)層。由于烴源條件優(yōu)越，大規(guī)模的油氣充注作用導(dǎo)致了超高壓的產(chǎn)生，同時(shí)該區(qū)域鹽巖十分發(fā)育，鹽巖良好的封蓋性能對(duì)超高壓的保存起到極其重要的作用。此外，該區(qū)域斷層晚期活動(dòng)性弱，有利于油氣保存。因此，文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶油氣富集區(qū)同時(shí)也是壓力系數(shù)高值區(qū)。

圖5 文留地區(qū)北部文218—文245井地層水礦化度剖面Fig.5 Formation water salinity profile of Well Wen 218-Well Wen 245 in northern Wenliu region

圖6 文留地區(qū)北部文218—文245井地層水鈉氯系數(shù)剖面Fig.6 rNa+/rCl- ratio profile of Well Wen 218-Well Wen 245 in northern Wenliu region

3 結(jié)論

1) 文留地區(qū)斷裂發(fā)育，同時(shí)受鹽巖溶濾作用影響，地層水礦化度縱向上變化較大，由淺至深可劃分為(古)大氣水下滲淡化帶(A)、越流泄水濃縮帶(B)、泥巖壓實(shí)排水淡化帶(C)。由于局部斷裂的溝通作用，深部泥巖壓實(shí)淡化地層水沿?cái)嗔阎苯由嫌浚搅鳚饪s程度較低，出現(xiàn)斷層越流淡化帶(D)。此外，部分越流帶中的高礦化度地層水沿?cái)鄬永^續(xù)向淺部運(yùn)移，在淺層形成末端越流濃縮帶(E)。

2) 文留地區(qū)文東滾動(dòng)背斜帶和文東地塹帶為兩側(cè)離心流的共同指向區(qū)，地層水礦化度、氯離子濃度較高，油氣隨地層水運(yùn)移過程中聚集成藏，油氣富集區(qū)與地層水礦化度高值區(qū)具有很好的一致性；文東反向屋脊帶雖然距前梨園生烴洼陷最近，但由于埋深大，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，礦化度、氯離子濃度稍低，油氣富集程度相對(duì)較低；文中地壘帶和文西斷階帶受斷層活動(dòng)性影響，礦化度氯離子濃度低，鈉氯系數(shù)值大，油氣富集程度較差。

3) 文留地區(qū)由于斷裂發(fā)育，流體以垂向運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔。

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(編輯 張亞雄)

Hydrochemistry of Paleogene formation water and its relationship with hydrocarbon migration and accumulation in Wenliu region in Dongpu sag,Bohai Bay Basin

Wang Jun1,Lou Zhanghua1,Zhu Rong1,He Yu1,Zhu Zhenhong1，Wang Tongjun2，Qian Yuehong2

(1.CollegeofOcean,ZhejiangUniversity,Hangzhou,Zhejiang310058,China;
2.ZhongyuanOilfieldBranchCompany,SINOPEC,Puyang,Henan457000,China)

Faults and salts are widely developed in Wenliu region in Dongpu sag,Bohai Bay Basin.And hydrocarbon migration processes and the contacts between water-,oil and gas are complex.Based on analysis of the current vertical and horizontal hydrochemical distribution of the Paleogene formation water,this paper determined the origin of formation water by using isotopes of hydrogen and oxygen.Combined with the features of regional tectonics and hydrodynamics,we also studied the relationship between the hydrochemical property and the accumulation and distribution of hydrocarbon in Wenliu region.Besides,by means of dissecting the typical profiles of Well Wen 218 to Well Wen 245,the coupling relation between hydrochemical characteristic and hydrocarbon migration and accumulation was further analyzed.The analysis of isotopes of hydrogen and oxygen show that the formation water of this region is primarily composed of the connate water,with paleo-meteoric water permeating only in some local areas.This indicates that the sealing conditions area good in the Wenliu region,favorable for hydrocarbon accumulation and preservation.Moreover,the hydrochemistry of this region can be divided into five zones in vertical,namely diluting zones due to permeating of(paleo-)meteoric water,released water of mudstone compaction and fault communication,concentration zones due to cross-formational flow and end over flow.In the plane,the Wendong rolling anticline belt and graben belt are the common areas for the gathering of released water from mudstone compaction and meteoric water.The concentrations of salinity and chloridion gradually increase as a result of the condensation process of cross-formational flow of formation water.The areas with high concentration of salinity and chloridion correlate well to hydrocarbon enrichment areas.In addition,the Wenliu region displays good connectivity of faults,resulting in the vertical hydrocarbon migration being dominant while the lateral migration being subsidiary.

hydrochemistry of formation water,hydrocarbon migration,hydrocarbon accumulation，Wenliu region,Dongpu sag,Bohai Bay Basin

2014-03-03;

2014-06-25。

王君(1988—)，女,博士研究生，地質(zhì)流體與油氣運(yùn)聚。E-mail:wangjun880401@gmail.com。

油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金項(xiàng)目(PLC201105)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40839902)；國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05005-003-008HZ);國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2005CB422107)。

0253-9985(2014)04-0449-07

10.11743/ogg201402

TE122.1

A