南堡凹陷東營(yíng)組地層水特征及油氣勘探意義

南堡凹陷東營(yíng)組地層水特征及油氣勘探意義

油田是油氣田的儲(chǔ)存載體。其元素的地球化學(xué)和親和力反映了油氣田和氣田的一些信息，如氣田、氣田和氣田。油田地層水研究是石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)油田地層水的成因、控制機(jī)理、元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)、含油氣盆地地下水動(dòng)力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)開(kāi)展了研究,并試圖尋找其與油氣運(yùn)聚和保存條件間的聯(lián)系,取得了許多重要研究成果。筆者根據(jù)渤海灣盆地南堡凹陷陸地地區(qū)各油氣田大量地層水分析測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)合近年來(lái)油氣勘探成果,探討油田地層水化學(xué)特征與油氣保存條件的關(guān)系,結(jié)合斷裂活動(dòng)性和油氣成藏條件分析,利用油田水化學(xué)剖面分析斷層封堵性,對(duì)研究區(qū)油氣勘探具有現(xiàn)實(shí)意義。1構(gòu)造—地質(zhì)背景南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部,是在中新生代疊合盆地基礎(chǔ)上,經(jīng)多幕裂陷作用演化而形成的新生代富油氣凹陷。凹陷西北部與燕山臺(tái)褶帶相連,受西南莊邊界斷層控制,東北部受柏各莊邊界斷層和高柳斷層雙重控制,南部與沙壘田凸起相連,盆內(nèi)主要發(fā)育走向北東的正斷層和大量淺層小型斷層(圖1)。目前凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油氣主要位于古近系東營(yíng)組和沙河街組,新近紀(jì)油藏的形成多與晚期斷裂活動(dòng)有關(guān)。多幕式構(gòu)造活動(dòng)、多期次生排烴過(guò)程形成了豐富的構(gòu)造—巖性油氣藏。油氣勘探成果證實(shí),凹陷內(nèi)部斷層活動(dòng)性、區(qū)域蓋層分布與油氣成藏關(guān)系密切。地層水的化學(xué)特征參數(shù)包含著油氣藏成藏背景的重要信息。一般保存條件較好的油氣藏,其地層水礦化度較高、變質(zhì)系數(shù)[r(Na)/r(Cl)]和脫硫系數(shù)[r(SO4)×100/r(Cl)]較低、氯鎂系數(shù)[r(Cl)/r(Mg)]較高。但同時(shí)地層水化學(xué)參數(shù)受到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、大氣降水、蓋層特征和沉積環(huán)境等多種因素影響。對(duì)凹陷北部北堡、老爺廟、高尚堡等3個(gè)油田45口鉆井近372個(gè)古近系東營(yíng)組地層水樣品的分析結(jié)果表明,凹陷地層水化學(xué)特征與油氣保存關(guān)系密切,對(duì)斷裂活動(dòng)、蓋層和淺層油氣成藏具有示蹤意義。2地層水化學(xué)特征與油氣儲(chǔ)存條件研究中篩選和統(tǒng)計(jì)的地層水化學(xué)特征參數(shù)包括:總礦化度(DTS)、水型、主導(dǎo)陰陽(yáng)離子及各種特征組合參數(shù),如變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)。2.1礦化度及保存條件據(jù)北堡、老爺廟和高尚堡等3個(gè)油田的統(tǒng)計(jì)資料,南堡凹陷東營(yíng)組地層水以K++Na+,HCO-3,C1-,SO2?442-為主,其次為Ca2+,Mg2+及CO2?332-,總體屬于NaHCO3型水,反映了具有一定自由交替水存在的半封閉環(huán)境?？偟V化度(DTS)為4087～23739mg/L,平均為11517mg/L,屬于中等偏低礦化度型水,但遠(yuǎn)低于35000mg/L的海水礦化度,大約在2000～2500m深度范圍(即新近系館陶組底界深度)內(nèi)礦化度隨深度有快速增大趨勢(shì);在2500～4000m深度范圍內(nèi)礦化度總體較高,顯示東營(yíng)組油氣保存條件良好(圖2)。除北堡地區(qū)礦化度隨深度增大逐漸減小外,老爺廟和高尚堡地區(qū)的礦化度平均值及K++Na+,HCO-3,SO質(zhì)量濃度隨深度增大而增加,總體屬于正向水化學(xué)剖面,C1-,Ca2+,Mg2+質(zhì)量濃度隨深度變化較大(表1)。從礦化度數(shù)據(jù)分析,北堡地區(qū)油氣保存條件明顯好于老爺廟和高尚堡地區(qū),這與北堡地區(qū)存在3套良好的區(qū)域性蓋層、斷裂活動(dòng)性弱有密切關(guān)系。2.2地層水化學(xué)特征變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)能夠提供油氣保存條件的相關(guān)信息。地層水越濃縮,脫硫系數(shù)和變質(zhì)系數(shù)越小,氯鎂系數(shù)越大,表明還原環(huán)境越強(qiáng),地層水封閉性越好,對(duì)油氣保存越有利。3個(gè)油田的地層水化學(xué)特征參數(shù)顯示,北堡地區(qū)的古近系東營(yíng)組和新近系館陶、明化鎮(zhèn)組的平均變質(zhì)系數(shù)為0.56,均小于老爺廟的0.62和高尚堡的0.74;脫硫系數(shù)基本相近,在18.34～20.38之間;氯鎂系數(shù)老爺廟地區(qū)最高,平均為148.54,其次為北堡和高尚堡(表1)?？傮w特征仍然反映北堡地區(qū)油氣保存條件最好,其次為老爺廟和高尚堡地區(qū)。3地質(zhì)背景及地質(zhì)意義利用地層水化學(xué)參數(shù)剖面,結(jié)合斷層活動(dòng)性和油氣生排烴史分析來(lái)判別斷層封堵性是一種新的嘗試。南堡凹陷主要發(fā)育近北東向的主干斷層和次級(jí)分支斷層。大部分分支斷層發(fā)育于東營(yíng)組三段沉積以后,對(duì)中淺層油氣輸導(dǎo)和成藏具有明顯控制作用;斷層活動(dòng)性受主干斷層控制,主要活動(dòng)期在館陶組和東營(yíng)一段、二段沉積期,同一分支斷層的活動(dòng)性呈西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。沙河街組烴源巖在東營(yíng)組沉積期大部進(jìn)入生烴高峰,東營(yíng)組的油氣主要在館陶組末期充注成藏,新近系油氣主要在明化鎮(zhèn)組沉積期以來(lái)充注成藏。礦化度垂向剖面揭示,在北堡和老爺廟地區(qū),由于斷層不發(fā)育,加上館陶組和東二段巨厚泥巖的覆蓋,礦化度和地化特征參數(shù)均顯示了較好的油氣保存條件,含油層段礦化度普遍較高,變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)和氯鎂系數(shù)較低。而在高尚堡地區(qū),由于斷裂發(fā)育,加上蓋層條件差,深部顯示礦化度低,變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)較高,氯鎂系數(shù)較低。但在東營(yíng)組三段的礦化度明顯偏高,與高柳斷層在東營(yíng)組活動(dòng),導(dǎo)致深部高礦化度流體向上流動(dòng)有關(guān)(圖3,表1)。以高柳和高北斷層為例,利用生長(zhǎng)指數(shù)法和斷層落差法計(jì)算活動(dòng)速率表明,高柳斷層在東三段和東一段活動(dòng)較為強(qiáng)烈,高北斷層在沙一段和東三段活動(dòng)強(qiáng)烈。斷層兩側(cè)鉆井地層水地化特征參數(shù)剖面資料顯示(圖4),高柳斷層在東一段、東三段變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值,而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征,表明斷層在東一段和東三段沉積期活動(dòng)強(qiáng)烈,兩側(cè)地層水可以穿過(guò)斷層實(shí)現(xiàn)離子交換,達(dá)到相對(duì)平衡的地層水礦化度和離子質(zhì)量濃度。東二段沉積時(shí)期斷層處于封閉狀態(tài),呈現(xiàn)礦化度高、變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)低、氯鎂系數(shù)高的特點(diǎn)。高北地區(qū)由于受到后期抬升剝蝕以及大氣淡水影響,淺層館陶組、東三段和沙一下亞段地層水的變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)呈現(xiàn)較高值,而氯鎂系數(shù)呈現(xiàn)較低值特征,與高北斷層在東三段和沙一下亞段強(qiáng)烈活動(dòng)有關(guān)。沙二段以下區(qū)域蓋層發(fā)育,斷層封閉性增強(qiáng),地層水礦化度逐漸增高,變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)逐漸減小,而氯鎂系數(shù)逐漸增高,顯示地層封閉能力增強(qiáng)、油氣保存條件變好。上述結(jié)論對(duì)確定南堡凹陷油氣勘探方向具有指導(dǎo)意義。在新近系區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū),配合主干斷裂和淺層分支斷裂發(fā)育帶,是淺層油氣勘探的重要領(lǐng)域;而在東二段和沙三段區(qū)域性蓋層發(fā)育區(qū),主干油源斷裂帶附近應(yīng)是中深層油氣勘探的主要戰(zhàn)場(chǎng)。5礦化度分布情況油田地層水的元素地球化學(xué)和同位素特征包含了油氣生成、運(yùn)移和聚集過(guò)程中地球化學(xué)場(chǎng)和動(dòng)力場(chǎng)的某些信息,同時(shí)也為斷層的油氣運(yùn)移通道提供了良好的地球化學(xué)判別依據(jù)。南堡凹陷東營(yíng)組地層水以K++Na+,HCO-3,C1-,SO2?442-為主,其次為Ca2+,Mg2+及CO2?332-,總體屬于NaHCO3型水,反映了具有一定自由交替水存在的半封閉環(huán)境。總礦化度為4087～23739mg/L,平均為11517mg/L,屬于中等偏低礦化度型水,在2500～4000m深度范圍內(nèi)礦化度總體較高,顯示東營(yíng)組