塔中北斜坡奥陶系鹰山组地层水特征与油气保存条件

王 祥 （中国石油大学（北京）地球科学学院）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

韩剑发，于红枫 （中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000）

刘丹丹，张金辉 （中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

吕修祥，华晓莉 （中国石油大学（北京）地球科学学院）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

塔中北斜坡奥陶系鹰山组地层水特征与油气保存条件

王 祥 （中国石油大学（北京）地球科学学院）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

韩剑发，于红枫 （中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000）

刘丹丹，张金辉 （中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

吕修祥，华晓莉 （中国石油大学（北京）地球科学学院）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

通过对塔中北斜坡鹰山组地层水的矿化度、主要离子浓度和化学指数的统计分析，讨论了该区地层水的成因及与油气保存条件。研究结果表明，塔中北斜坡鹰山组地层水为高矿化度CaCl2型水，总矿化度约为80～200g／L，阴、阳离子分别以Cl－和K＋＋Na＋为主。剖面上总矿化度随深度增加逐渐变小，平面上地层水矿化度自塔中I号断裂向南增高。高矿化度、富K＋＋Na＋和Cl－离子的特征表明地层水的形成与浓缩变质作用或碳酸盐岩矿物溶解有关。钠氯系数值和脱硫系数与矿化度均成负相关关系，高矿化度、低钠氯系数、低脱硫系数，说明该区整体油气保存条件较好。区域上，中古5井－中古7井区地层水封闭性优于其他井区，更有利于油气的保存。

矿化度；地层水；化学参数；油气保存；塔中北斜坡

地层水作为含油气盆地流体的一个主要组成部分，其活动及性质直接或间接指示盆地流体系统的开放性和封闭性，与油气的生、运、聚、散过程有着十分密切的关系［1～4］。勘探实践证明，塔中地区鹰山组是在岩溶斜坡背景上形成的一个大型富油气区。随着勘探范围的进一步扩大，鹰山组部分井出现了不同程度的出水现象，给勘探开发带来极大的困难。前人曾通过地层水化学特征研究探讨了塔中地区流体运移与演化以及与油气之间的关系［1，5］，但对塔中地区鹰山组地层水特征、地层水化学指数及地层水封闭保存条件却未曾涉及。笔者旨在通过对塔中北斜坡鹰山组地层水特征和化学指数的研究，揭示鹰山组地层水的成因以及油气水封闭保存条件，为该区的油气勘探提供重要的依据。

1 区域地质背景

塔中低凸起西与巴楚断隆相接，东与塔东低隆相连，被北部满加尔凹陷与南部塘古孜巴斯凹陷所夹持，呈北西向条带状展布，是一个在寒武系－奥陶系巨型褶皱背斜基础上长期发育的继承性隆起，形成于早奥陶世末，泥盆系沉积前基本定型，早海西期以后以构造迁移及改造为特征［6］。塔中北斜坡位于塔里木盆地中央隆起带塔中低凸起北部，是塔中低凸起的一个二级构造单元（图1）。该区下奥陶统可划分为鹰山组和蓬莱坝组，大部分地区缺失奥陶系吐木休克组、一间房组以及鹰山组的鹰一段、鹰二段，鹰山组与上覆的中上奥陶统良里塔格组之间呈角度不整合关系，鹰山组顶部遭受了长达10Ma的强烈剥蚀、淋滤和风化，形成了广布塔中地区的碳酸盐岩风化壳岩溶储集体［7］。

2 地层水地球化学特征

2.1 地层水化学成分基本特征

研究采用了塔中北斜坡14口井的鹰山组地层水测试常规资料，统计结果见表1。鹰山组的地层水成分具有以下特征：①地层水以CaCl2型为主，密度分布在1.05～1.14g／cm3之间，pH值为6.11～7.35；②总矿化度高，约为84.19～198.35g／L，一般为现今海水矿化度的2～3倍；③主要阴离子中，Cl－含量最高、次之、最小，Cl－含量达51.09～120.04g／L，一般为海水的3～4倍；④主要阳离子中，K＋＋Na＋含量最高、Ca2＋次之、Mg2＋最小，K＋＋Na＋含量达26.48～60.28g／L，一般为海水的3～4倍。

图1 塔中北斜坡构造单元

表1 塔中北斜坡鹰山组地层水化学成分与相关指数

2.2 总矿化度及其分布特征

地层水的总矿化度是指水中各种离子、分子、化合物的总含量，是地理地质环境变迁所导致的地下水动力场和水化学场经历漫长而复杂演化的反映［8］，与古沉积环境、蒸发浓缩程度、地层水来源等因素有关。塔中北斜坡鹰山组地层水总矿化度介于84.19～198.35g／L之间，平均为134.89g／L。平面上，地层水矿化度自塔中I号断裂向南增高，从东西向来看，其矿化度由两侧向中部逐渐增高（图2），矿化度最高的区域出现在中古5井－中古7井区，高的地层水矿化度被认为是蒸发浓缩的产物；塔中83井区和西部井区（中古24井）的地层水矿化度相对偏低，塔中83井区的塔中50井和塔中15井在上奥陶统发现了重质油；西北部井区缺失良4段－良5段的地层，其良1段－良3段和鹰山组均发育有暴露岩溶，反映了2个地区地势偏高，剥蚀较为严重，受大气水淋滤作用比较明显。

图2 塔中北斜坡奥陶统鹰山组地层水总矿化度平面分布

2.3 地层水离子浓度与总矿化度的关系

塔中北斜坡鹰山组地层水阴离子中，Cl－离子为主要离子，其浓度随矿化度的增加而明显增加，二者存在着很强的正比例关系（图3（a））；在阴离子中浓度最低，其浓度与矿化度成正相关性（图3（b）），地层水pH值普遍在7以下，偏酸性的水体有利于的存在；浓度与矿化度成反比关系，随矿化度的增加而减小（图3（c）），且浓度小，脱硫作用强烈。阳离子浓度随矿化度增加而增大，表现为正相关（图3（d）～（f））。Mg2＋的浓度很低，其原因可能是在成岩过程中，地层水中的Mg2＋与其他离子相互作用生成相应的沉淀物而被大量损耗；Ca2＋的浓度亦不高，随矿化度的增加有逐渐增大的趋势；K＋＋Na＋浓度在阳离子中占绝对优势，随矿化度增加而增加，两者具有很好的正相关性。由此可见，高矿化度地层水以K＋＋Na＋和Cl－占绝对优势，含量分别大于90%以上，而且K＋＋Na＋和Cl－离子浓度与矿化度之间的线性关系最为明显，表明鹰山组地层水的矿化度主要受这2类离子浓度的影响。而富集Cl－离子的地层水主要由盐岩矿物的溶解所造成的，因此研究区内盐类矿物的溶解可能是地层水中K＋＋Na＋和Cl－离子浓度高的主要原因。因此，地层水的高矿化度应该与碳酸盐岩矿物的溶解作用有关。

3 地层水与油气保存条件

在地层水化学研究中，常用的参数有总矿化度、钠氯系数（rNa＋／rCl－）、脱硫系数（100×rSO2－4／rCl－）等，这些参数与油气运聚和保存有一定的联系［9］。

3.1 钠氯系数（rNa＋／rCl－）

rNa＋／rCl－是表征地下水变质程度的重要水文地球化学参数。由于Cl－离子化学性质较为稳定，很少会产生吸附、沉淀和交换等反应；Na＋离子则可能由于吸附、沉淀等化学反应而减少，因此在地下水埋藏沉积后，rNa＋／rCl－一般都表现出降低的现象，以此来体现出地下水的变质程度。研究表明，rNa＋／rCl－为0.6～1.0的CaCl2水型分布区最有利于油气藏的形成与保存，鹰山组地层水rNa＋／rCl－值集中分布在0.7～0.9之间，有利于油气藏的形成与保存，表现为中等变质程度，且与矿化度呈负相关关系（图4（a））。

图3 塔中北斜坡鹰山组离子浓度与地层水总矿化度关系图

3.2 脱硫系数

图4 塔中北斜坡鹰山组地层水rNa＋／rCl－、100×／rCl－与总矿化度关系图

4 结 论

1）塔中北斜坡鹰山组地层水为高矿化度CaCl2型地层水，总矿化度约为84.19～198.35g／L，阴、阳离子分别以Cl－和K＋＋Na＋为主，除离子浓度与总矿化度成负相关性外，其他主要离子浓度均与总矿化度成正相关关系。

2）平面上，总矿化度自塔中I号断裂向南增高，从东西向来看，其矿化度由两侧向中部逐渐增高。高矿化度、富K＋＋Na＋和Cl－离子的特征，表明地层水的形成与浓缩变质作用或碳酸盐岩矿物溶解有关。区域上，西部井区至中古5井－中古7井区总矿化度和Cl－离子浓度逐渐增高，可能是因为西部井区受古大气水淋滤作用的影响较为强烈，向东逐渐减弱。

3）塔中北斜坡鹰山组地层水具有高矿化度、低rNa＋／rCl－、低的特征，说明该区油气保存条件整体较好。区域上，中古5井－中古7井区的地层水封闭性优于其他井区，更有利于油气的保存。

［1］蔡春芳，梅博文，李伟.塔中古生界油田水化学与流体运移和演化［J］.石油勘探与开发，1997，24（1）：18～21.

［2］张琴，汪宗余，王广源，等.永安地区地层水成因分析及与油气的关系［J］.石油天然气学报，2009，31（2）：174～180.

［3］孙向阳，解习农.东营凹陷地层水化学特征与油气聚集关系［J］.石油实验地质，2001，23（3）：291～296.

［4］史建南，姜建群，张福功，等.大民屯凹陷地层水水文地质特征与油气聚集关系［J］.海洋地质动态，2003，19（11）：24～30.

［5］曾溅辉，吴琼，杨海军，等塔里木盆地塔中地区地层水化学特征及其石油地质意义［J］.石油与天然气地质，2008，29（2）：224～230.

［6］吕修祥，胡轩.塔里木盆地塔中低凸起油气聚集与分布［J］.石油与天然气地质，1997，18（4）：288～294.

［7］韩剑发，于红枫，张海祖，等.塔中地区北部斜坡带下奥陶统碳酸盐岩风化壳油气富集特征［J］.石油与天然气地质，2008，29（2）：167～173.

［8］何生，唐仲华，陶一川，等.松南十屋断陷低压系统的油气水文地质特征［J］.地球科学（中国地质大学学报），1995，20（1）：79～84.

［9］张敏，张俊.塔里木盆地轮台断隆油田水组成特征及其意义［J］.新疆石油地质，1998，19（3）：210～212.

［编辑］ 宋换新

Palaeouplift and Condition of Hydrocarbon Preservation

WANG Xiang，HAN Jian－fa，YU Hong－feng，LIU Dan－dan，ZHANG Jin－hui，LU Xiu－xiang，HUA Xiao－li

（First Authors Address：Faculty of Geosciences；State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The characteristics of formation water of Yingshan Formation in the northern slope of Tazhong Palaeouplift and its relationship with hydrocarbon preservation condition were discussed through analyses of salinity，ion concentration and its chemical coefficients.The results indicates that the formation water is of CaCl2type with high salinity ranging from 80to 200g／L，and contains mainly cations K＋＋Na＋and anion Cl－.Longitudinally，the salinity decreases along with depth，horizontally，the salinity increases from Tazhong Depression I to the south.High salinity and K＋＋Na＋and Cl－concentrations indicate that the genesis of formation water is related with concentration metamorphism and carbonate mineral dissolution.Low sodium－chlorine coefficient and coefficient of desulfurization demonstrate that the northern slope of Tazhong Palaeouplift is in good preservation condition，regionally，the sealing condition of Zhonggu Wellblock 5－7is superior to other ones，and is more beneficial for hydrocarbon preservation.

salinity；formation water；geochemistry parameter；hydrocarbon preservation；northern slope of Tazhong Palaeouplift

book=117,ebook=117

TE122.3

A

1000－9752（2012）05－0025－05

2012－01－12

国家自然科学基金项目（41072102）。

王祥（1980－），男，2002年大学毕业，博士生，现主要从事油气资源分布规律及成藏机理方面的研究工作。