子北-子长地区长4+5、长6 储层地层水特征研究

王志超，陈胜利

（中海油信息科技有限公司 海洋信息化中心项目组，北京100027）

地层水是含油气盆地地层流体的重要组成部分，在油气生成、运移、聚集的过程中，与油气共存于地下岩石孔隙中。其化学特征及分布规律是盆地演化过程中多种地质现象综合作用的结果[1]。地层水的化学组成不但反映了沉积期古流体的性质，而且直接或间接显示沉积盆地流体系统的开放性或封闭性[2]，以及不同程度地反映油气的聚集和保存条件，对油气的勘探开发具有指向性意义。

1 地质背景

子北-子长探区位于陕北地区子长县境内，主要包括子北油田、涧峪岔油田和子长油田，构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东部（见图1），区域构造为一向西倾斜的平缓单斜，坡度一般为7～10 m/km，地层倾角小于1°[3]。研究区构造简单，由差异压实作用形成的一系列小型鼻状构造，仅在区域单斜背景上发育。上三叠统延长组沉积时期是鄂尔多斯盆地沉积演化史上的重要阶段，该阶段湖盆面积大、物源充沛，经历了完整的三角洲沉积旋回演化。长7 沉积期，湖盆面积达到最大，为子北-子长探区乃至整个盆地油气的生成提供了良好的物质基础。长6 沉积期，湖盆开始收缩，沉积补偿大于沉降速率，是湖泊三角洲建设的高峰期，为油气运移、聚集提供了较好的地质条件。

图1 鄂尔多斯盆地构造划分及研究区地理位置Fig.1 Structural division and geographic location of research area,Ordos Basin

2 地层水化学组成类型及其特征

2.1 地层水类型

地层水类型是反映油气运聚与保存条件的重要因素。目前对于油田地层水的分类方法主要采用苏林分类法，按照自然条件的不同，主要分为Na2SO4、NaHCO3、MgCl2、CaCl24 种 类 型[4-5]。其 中地表和浅层地下水主要为Na2SO4型；NaHCO3型地层水为在陆地环境形成的地层水，在浅层和深层均可存在该水型，是环境封闭性较差的反映；MgCl2型地层水为海洋环境形成的水；深层地层水主要为CaCl2型，其特点为矿化度高，地层环境封闭性好，有利于油气的聚集和保存[6]，研究区长4+5、长6 油层组地层水类型主要为CaCl2型。

通过对子北-子长地区长4+5、长6 油层组90个地层水资料进行分析，研究区地层水类型主要为CaCl2型，个别为Na2SO4型。根据国外学者对地层水钠氯系数的研究，进一步将CaCl2型地层水分为5类。其中钠氯系数大于0.85 为Ⅰ型，0.75～0.85 为Ⅱ型，0.65～0.75 为Ⅲ型，0.50～0.65 为Ⅳ型，小于0.5 为Ⅴ型，钠氯系数越小，保存条件越好[7-8]。据此分类，研究区CaCl2型地层水占样品总数的98.9%，主要为Ⅴ型和Ⅳ型地层水，所占比例分别为69.7%和30.3%。表明研究区长4+5、长6 油层组水文地质条件较为稳定，油藏封闭性较好。

2.2 地层水化学成分

2.2.1 矿化度特征 常规地层水是指现存于地层中的原始沉积水，在地层漫长的埋藏成岩过程中，地层水既继承了原始沉积水的矿化度特征，又经历了各种溶解、溶蚀作用，并且吸收了矿物转化过程中的析出水[9]。子北-子长地区长4+5、长6 储层地层水矿化度分布范围较广，矿化度高达12 500～133 700 mg/L。纵向上，长4+5 地层水矿化度整体低于长6 储层，从90 个样品分析数据来看，长4+5 地层水矿化度平均为48 095.69 mg/L，长6 储层地层水矿化度平均为82 631.90 mg/L，高于海水盐度35 000 mg/L，根据矿化度划分标准，研究区长4+5、长6 地层水属于盐水和卤水范畴，为中高浓度地层水。垂向上，长4+5 地层水矿化度低于长6 油层组，符合沉积盆地中地层水矿化度随深度增加而增大的特征。平面上，长4+5、长6 地层水矿化度总体上具有西南部矿化度较高，东北部较低的特征（见图2），其主要原因为研究区位于鄂尔多斯盆地生烃中心的东北部（见图3），符合沉积盆地内地层水矿化度以盆地中心区含盐量最高，向盆地边缘逐渐降低的一般规律[7,9]。

图2 子北-子长地区长6 储层地层水矿化度分布Fig.2 Salinity distribution of formation water in Chang 6 pay zone of Zibei⁃Zichang area

2.2.2 酸碱度特征 根据对研究区长4+5、长6地层水90 个样品酸碱度分析，pH 主要分布在5～8，以偏中性为主，个别呈酸性或碱性（见表1）。该区pH 与矿化度相关性较差。

2.2.3 阴阳离子特征 子北-子长地区长4+5、长6 储层地层水离子成分主要以K++Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2++Sr2+和Cl-、SO24-、HCO-3为主（见表1）。主要阴离子中，Cl-占绝对主导地位，SO24-、HCO-3、CO23-较少；主要阳离子中，长4+5 储层以Ca2+含量最高，其离子平均质量浓度为9 844.8 mg/L，其次为K++Na+，平均质量浓度为7 648.8 mg/L；在长6 油层组中，K++Na+含量最高，平均质量浓度为18 457.4 mg/L，Ca2+次之，平均质量浓度为12 579.8 mg/L。各油层组地层水离子含量与海水相比差别较大，反映由于成岩作用的影响，地层水与岩石发生相互作用，导致地层水性质发生改变，从而引起地层水中离子质量浓度发生变化。

2.2.4 离子质量浓度与矿化度关系特征 地层水中主导阳离子组分的问题与围岩沉积矿物之间处于一种亚稳定热动力平衡状态。地层水中主要阳离子组分的质量浓度随主导阴离子质量浓度的增加而增大[10]。研究区主导阳离子为K++Na+和Ca2+，主导阴离子为Cl-[11-13]。分析发现，研究区长4+5、长6 地层水基本符合这一规律（见图4）。主要阴离子与矿化度之间存在线性关系，但主要阳离子K++Na+、Ca2+与矿化度之间却存在“门限浓度”。当K++Na+质量浓度低于17 000 mg/L、Ca2+质量浓度低于5 000 mg/L 时，相应离子质量浓度与地层水总矿化度无明显相关性。另外，在溶液中，Ba2++Sr2+与SO24-发生如下反应[14]：

式中，Ksp为溶度积。

图3 鄂尔多斯盆地长7 优质烃源岩分布Fig.3 High quality source rock distribution in Chang 7 pay zone,Ordos Basin

表1 子北-子长地区长4+5、长6 储层地层水主要化学成分Table 1 Main chemical composition of formation water in Chang 4+5 & Chang 6 pay zone of Zibei⁃Zichang area

图4 子北-子长地区长4+5、长6 地层水离子质量浓度相关图Fig.4 Ion concentration correlation of formation water in Chang 4+5 & Chang 6 pay zone of Zibei⁃Zichang area

在研究中发现，在研究区长4+5、长6 储层地层水中既能检测出Ba2++Sr2+，又能检测出SO24-，这种现象存在的主要原因可能是地层水溶液中盐效应的影响，盐效应的存在增大了地层水中BaSO4和SrSO4的溶解度，导致Ba2++Sr2+与SO24-共存[15]。非主导阳离子Ba2++Sr2+质量浓度与总矿化度存在一定的相关性证明了这一论述的准确性。研究发现，当Ba2++Sr2+质量浓度低于1 000 mg/L 时，其离子质量浓度与总矿化度之间无明显相关性，当Ba2++Sr2+质量浓度高于1 000 mg/L 时，其离子质量浓度与总矿化度呈不太明显的正相关，即随着总矿化度的增加，BaSO4和SrSO4的溶解度明显增大（见图5）。

图5 子北-子长地区长4+5、长6 地层水Ba2++Sr2+质量浓度与矿化度关系Fig.5 Relationship between Ba2++Sr2+ concentration and salinity of formation water in Chang 4+5 & Chang 6 pay zone of Zibei-Zichang area

2.2.5 密度与矿化度关系特征 通过对长4+5、长6 地层水密度与矿化度分析可知，地层水密度与总矿化度之间对数相关性最好，地层水密度随总矿化度的增加而增大（见图6）。

图6 子北-子长地区长4+5、长6 地层水密度与矿化度关系Fig.6 Relationship between density and salinity of formation water in Chang 4+5 & Chang 6 pay zone of Zibei⁃Zichang area

2.3 地层水特征系数

地层水化学各种参数的组合特征，可在一定程度上反映油气聚集于保存的特征，目前常用参数主要有钠氯系数、脱硫系数、氯镁系数、镁钙系数等。这些参数通常可用于判断地层水的移动方向、活动强度和封闭性等特征，与油气的生成、运移及聚集成藏密切相关[16-18]。一般而言，地层的封闭程度越好，油气的保存条件也相应越好，用于反映保存条件的钠氯系数、脱硫系数也相应比较小，而氯镁系数则比较大[19]。

研究区长4+5、长6 储层地层水钠氯系数主要分布范围小于0.65，平均0.34，表明地层封闭性较好；脱硫系数主要分布于0.02～8.64，平均2.93，表明研究区油藏保存具有一定的差异性；结合油田生产信息，产油井一般分布在脱硫系数的低值区，产水井脱硫系数则相对较高。根据统计结果，研究区长4+5、长6 储层地层水的氯镁系数均远大于6.7，平均5 556.2，反映地层水封闭性好，封闭时间长，浓缩变质作用深，有利于油气的聚集和保存。低的镁钙系数常与次生孔隙的发育密切相关，一般而言镁钙系数越低，表明储层受后期成岩改造作用越强，次生溶孔发育，反之，次生孔隙发育较差，原生孔隙发育较好。研究区长4+5、长6 地层水镁钙系数主要分布在0.001～0.019，镁钙系数很低，反映研究区储层受到较强的成岩改造作用，次生孔隙极为发育，有利于油气的保存。

3 结 论

（1）子北-子长地区长4+5、长6 储层地层水主要为CaCl2型，总体上矿化度较高，属于盐水和卤水范畴，为中高质量浓度地层水。

（2）纵向上长4+5 地层水矿化度整体低于长6储层，符合沉积盆地中地层水矿化度随深度增加而增大的特征。平面上，长4+5、长6 储层地层水矿化度总体上具有西南部矿化度较高、东北部较低的特征，符合沉积盆地内地层水矿化度以盆地中心区含盐量最高，向盆地边缘逐渐降低的一般规律。

（3）研究区长4+5、长6 地层水以偏中性为主，个别呈酸性或碱性，pH 与矿化度相关性较差。

（4）主要阴离子与矿化度之间存在线性关系，但主要阳离子K++Na+与矿化度、Ca2+与矿化度之间却存在“门限浓度”。研究发现，当K++Na+质量浓度低于17 000 mg/L、Ca2+质量浓度低于5 000 mg/L 时，相应离子质量浓度与地层水总矿化度无明显相关性。

（5）研究区长4+5、长6 地层水Ba2++Sr2+与SO24-可共存，其原因为地层水溶液中盐效应的影响，当Ba2++Sr2+质量浓度低于1 000 mg/L 时，其离子质量浓度与总矿化度之间无明显相关性，当Ba2++Sr2+质量浓度高于1 000 mg/L 时，其离子质量浓度与总矿化度呈不太明显的正相关。

（6）地层水密度与总矿化度之间对数相关性最好，地层水密度随总矿化度的增加而增大。

（7）钠氯系数、脱硫系数等地层水参数分析表明，研究区长4+5、长6 储层地层封闭性好，次生孔隙极为发育，有利于油气的保存。