渤海湾盆地南堡凹陷东营组地层水化学特征的成藏指示意义

徐德英，周江羽，王 华，庄新国

(1.中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，武汉 430074；2.中国石油天然气股份有限公司 冀东油田分公司，河北 唐山 063004)

油田地层水是油气运聚的载体，其元素地球化学和同位素特征反映了油气生成、运移和聚集过程的地球化学场和动力场的某些信息[1-3]。油田地层水研究是石油地质学领域的热点和难点问题。国内外许多研究者对油田地层水的成因、控制机理、元素地球化学和同位素地球化学、含油气盆地地下水动力场和水化学场开展了研究，并试图寻找其与油气运聚和保存条件间的联系，取得了许多重要研究成果[4-10]。笔者根据渤海湾盆地南堡凹陷陆地地区各油气田大量地层水分析测试数据的统计分析，结合近年来油气勘探成果，探讨油田地层水化学特征与油气保存条件的关系，结合断裂活动性和油气成藏条件分析，利用油田水化学剖面分析断层封堵性，对研究区油气勘探具有现实意义。

图1 渤海湾盆地南堡凹陷位置及主要断裂分布

1 地质背景

南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，是在中新生代叠合盆地基础上，经多幕裂陷作用演化而形成的新生代富油气凹陷。凹陷西北部与燕山台褶带相连，受西南庄边界断层控制，东北部受柏各庄边界断层和高柳断层双重控制，南部与沙垒田凸起相连，盆内主要发育走向北东的正断层和大量浅层小型断层(图1)。目前凹陷内已发现的油气主要位于古近系东营组和沙河街组，新近纪油藏的形成多与晚期断裂活动有关。多幕式构造活动、多期次生排烃过程形成了丰富的构造—岩性油气藏[11]。油气勘探成果证实，凹陷内部断层活动性、区域盖层分布与油气成藏关系密切。

地层水的化学特征参数包含着油气藏成藏背景的重要信息。一般保存条件较好的油气藏，其地层水矿化度较高、变质系数[r(Na)/r(Cl)]和脱硫系数[r(SO4)×100/r(Cl)]较低、氯镁系数[r(Cl)/r(Mg)]较高。但同时地层水化学参数受到构造运动、大气降水、盖层特征和沉积环境等多种因素影响[4-6]。对凹陷北部北堡、老爷庙、高尚堡等3个油田45口钻井近372个古近系东营组地层水样品的分析结果表明，凹陷地层水化学特征与油气保存关系密切，对断裂活动、盖层和浅层油气成藏具有示踪意义。

2 地层水化学特征与油气保存条件

研究中筛选和统计的地层水化学特征参数包括;总矿化度(DTS)、水型、主导阴阳离子及各种特征组合参数，如变质系数、脱硫系数和氯镁系数。

2.1 矿化度与水型

图2 渤海湾盆地南堡凹陷3个油田东营组和新近系地层水矿化度—深度关系

油田名称层位变质系数脱硫系数氯镁系数总矿化度/(mg·L-1)区域盖层北堡(68)老爷庙(124)高尚堡(180)明化镇组0.223.469.61 948是馆陶组0.327.1116.43 206是东一段1.28.996.723 739东二段0.612.094.917 059是东三段0.520.3106.016 148平均值0.5618.3496.7212 420明化镇组0.624.095.82 140是馆陶组0.316.3117.32 670是东一段0.818.8113.16 943是东二段0.718.9152.87 938东三段0.726.0263.78 989平均值0.6219.0148.545 758明化镇组0.4725.068.41 852是馆陶组0.4330.455.32 528是东一段1.0213.847.94 087东二段1.0512.756.67 475东三段0.7420.067.911 281平均值0.7420.3859.225 445

注;括号内为样品数。

2.2 地层水化学特征参数

变质系数、脱硫系数和氯镁系数能够提供油气保存条件的相关信息。地层水越浓缩，脱硫系数和变质系数越小，氯镁系数越大，表明还原环境越强，地层水封闭性越好，对油气保存越有利[4-8]。3个油田的地层水化学特征参数显示，北堡地区的古近系东营组和新近系馆陶、明化镇组的平均变质系数为0.56，均小于老爷庙的0.62和高尚堡的0.74；脱硫系数基本相近，在18.34～20.38之间；氯镁系数老爷庙地区最高，平均为148.54，其次为北堡和高尚堡(表1)。总体特征仍然反映北堡地区油气保存条件最好，其次为老爷庙和高尚堡地区。

3 断层封堵性示踪

利用地层水化学参数剖面，结合断层活动性和油气生排烃史分析来判别断层封堵性是一种新的尝试。南堡凹陷主要发育近北东向的主干断层和次级分支断层。大部分分支断层发育于东营组三段沉积以后，对中浅层油气输导和成藏具有明显控制作用；断层活动性受主干断层控制，主要活动期在馆陶组和东营一段、二段沉积期，同一分支断层的活动性呈西强东弱的特点。沙河街组烃源岩在东营组沉积期大部进入生烃高峰，东营组的油气主要在馆陶组末期充注成藏，新近系油气主要在明化镇组沉积期以来充注成藏[11-13]。矿化度垂向剖面揭示，在北堡和老爷庙地区，由于断层不发育，加上馆陶组和东二段巨厚泥岩的覆盖，矿化度和地化特征参数均显示了较好的油气保存条件，含油层段矿化度普遍较高，变质系数、脱硫系数和氯镁系数较低。而在高尚堡地区，由于断裂发育，加上盖层条件差，深部显示矿化度低，变质系数、脱硫系数较高，氯镁系数较低。但在东营组三段的矿化度明显偏高，与高柳断层在东营组活动，导致深部高矿化度流体向上流动有关(图3,表1)。

以高柳和高北断层为例，利用生长指数法和断层落差法计算活动速率表明，高柳断层在东三段和东一段活动较为强烈，高北断层在沙一段和东三段活动强烈。断层两侧钻井地层水地化特征参数剖面资料显示(图4)，高柳断层在东一段、东三段变质系数、脱硫系数呈现较高值，而氯镁系数呈现较低值特征，表明断层在东一段和东三段沉积期活动强烈，两侧地层水可以穿过断层实现离子交换，达到相对平衡的地层水矿化度和离子质量浓度。东二段沉积时期断层处于封闭状态，呈现矿化度高、变质系数和脱硫系数低、氯镁系数高的特点。高北地区由于受到后期抬升剥蚀以及大气淡水影响，浅层馆陶组、东三段和沙一下亚段地层水的变质系数和脱硫系数呈现较高值，而氯镁系数呈现较低值特征，与高北断层在东三段和沙一下亚段强烈活动有关。沙二段以下区域盖层发育，断层封闭性增强，地层水矿化度逐渐增高，变质系数和脱硫系数逐渐减小，而氯镁系数逐渐增高，显示地层封闭能力增强、油气保存条件变好。

上述结论对确定南堡凹陷油气勘探方向具有指导意义。在新近系区域性盖层发育区，配合主干断裂和浅层分支断裂发育带，是浅层油气勘探的重要领域；而在东二段和沙三段区域性盖层发育区，主干油源断裂带附近应是中深层油气勘探的主要战场。

5 结论

图3 渤海湾盆地南堡凹陷北部油藏和矿化度剖面剖面位置见图1，没有测试数据的钻井参考相邻钻井资料。

图4 渤海湾盆地南堡凹陷高尚堡油藏与地层水化学参数剖面剖面位置见图1。

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