鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組古鹽度分析

劉 犟，鄭榮才，茍幸福，王昌勇

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司 長慶油田超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅 慶陽745100）

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，靠近吳旗和白豹生油洼陷中心，區(qū)域構(gòu)造主要以天環(huán)拗陷為主［1］（圖1）。雖然湖泊水體性質(zhì)的研究屬于基礎(chǔ)地質(zhì)范疇，但因長8油層組埋藏深度相對(duì)較大，導(dǎo)致研究難度加大，相關(guān)研究較少。本文利用地球化學(xué)公式計(jì)算鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組沉積時(shí)的古鹽度，并且結(jié)合沉積相和古地理特征，恢復(fù)研究區(qū)的古岸線、古水道和古鹽度，闡釋古鹽度的分帶性，重現(xiàn)湖泊鹽度特征和變化規(guī)律，對(duì)長8油層組儲(chǔ)層特征研究及油藏勘探開發(fā)具有重要意義。

1 古鹽度計(jì)算

在計(jì)算古鹽度時(shí)，通常有3種方法：用于研究碎屑巖古鹽度環(huán)境的微量元素法、適用區(qū)別淡水環(huán)境與咸水環(huán)境的同位素法、用于辨別半咸水環(huán)境的沉積磷酸鹽法。其中微量元素法［2］因硼元素容易確定，且在反映鹽度方面敏感性強(qiáng)，經(jīng)常被當(dāng)作確定鹽度的指標(biāo)元素；同位素法面向的是區(qū)別淡水環(huán)境與咸水環(huán)境，因而更多適用于研究海相碳酸鹽巖［3，4］的鹽度；沉積磷酸鹽法容易受黏土或成巖作用影響［5］，因而在確定鹽度時(shí)精確度較低。因此，為更準(zhǔn)確地計(jì)算古鹽度，本文采用微量元素法。

1.1 計(jì)算方法

在地球化學(xué)分析研究中，因硼的含量容易被確定，并且對(duì)沉積環(huán)境的古鹽度敏感，因而在選取反映古鹽度的指標(biāo)［6］時(shí)，硼元素通常不可少。在自然水體中，硼含量與水體的總體鹽度呈線性函數(shù)關(guān)系。但因自然水體中含有吸附硼的黏土，所以水體鹽度最終與硼含量呈雙對(duì)數(shù)關(guān)系，用如下方程［7］表示

式中：wB表示硼被吸附的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wB/10－6）；S表示鹽度（鹽度即為NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：wNaCl/‰）；C1、C2為常數(shù)。在該方程表示的古鹽度理論基礎(chǔ)上，還可延伸出Adamas和Couch兩種計(jì)算古鹽度的公式。

圖1 鎮(zhèn)原地區(qū)構(gòu)造位置及長8油層組沉積相圖Fig.1 The sedimentary facies of Member 8oil layer of Yanchang Formation in the Zhengyuan area and the location of study area

（1）Adamas公式［8］為

其中：S指古鹽度；wB指“相當(dāng)硼”的現(xiàn)實(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wB/%），在實(shí)際計(jì)算中，通常要把其單位轉(zhuǎn)換為wB/10－6。需注意的是，不同區(qū)域的“相當(dāng)硼”計(jì)算公式不同。如在某泥巖樣品中，伊利石含量居多，其所含有的“相當(dāng)硼”則需用另一種公式，即Walker校正公式［9］來計(jì)算

其中：8.5作為常數(shù)存在，是指純伊利石內(nèi)所含有的K2O理論濃度；而wB－測和wK2O－測分別指實(shí)際測試的B含量、K2O含量。

本文主要采用了17個(gè)泥巖樣本做微量元素分析和X射線衍射分析。分析結(jié)果顯示，在鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組區(qū)域的泥巖中，黏土礦物含量占據(jù)最大比例，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到47.76%；而石英、鉀長石等含量相對(duì)較低（表1）。此外，微量元素分析結(jié)果表明，鉀長石內(nèi)部K的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在3%左右，不會(huì)對(duì)古鹽度計(jì)算產(chǎn)生明顯影響，因而可不納入計(jì)算；但鉀長石內(nèi)的K元素對(duì)黏土礦物的影響卻較大，可直接作為黏土礦物中的K元素參與計(jì)算。同時(shí)，利用微量元素分析法對(duì)B元素與K元素的含量進(jìn)行測算，結(jié)果表明，這2種元素的含量均可作為古鹽度定量計(jì)算的依據(jù)。所以，計(jì)算鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組整體的古鹽度時(shí)最終可得出如表1所示的古鹽度范圍，其平均值達(dá)到41.57‰。

（2）Couch公式［9］為

式中：wB＊指 “校正硼”的現(xiàn)實(shí)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在實(shí)際計(jì)算中，通常要把單位轉(zhuǎn)換為wB＊/10－6。wB＊可以由Couch校正公式表示為

其中：wi、ws＊、wk分別指伊利石、蒙脫石、高嶺石的實(shí)際測試的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，各系數(shù)與硼元素的吸收強(qiáng)度呈正比關(guān)系。一般情況下，含復(fù)雜成分的泥巖多用該公式計(jì)算硼的含量；但需注意的是，該計(jì)算結(jié)果容易受成巖作用影響。

本文選用17個(gè)泥巖樣本，并用X射線衍射定量分析結(jié)果對(duì)B元素和相關(guān)的黏土礦物含量進(jìn)行公式計(jì)算。經(jīng)過分析與計(jì)算，可確定該區(qū)域的古鹽度為7.39‰～27.06‰，平均值可達(dá)到11.89‰（表2）。

表1 鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組泥巖礦物成分和硼、鉀、相當(dāng)硼含量及Adams公式古鹽度計(jì)算Table 1 X-ray diffraction data of mudstone，the data of B，K and the calculated data of equivalent boron and paleosalinity by Adams method in Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhenyuan area

表2 鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組B、黏土礦物、“相當(dāng)硼”含量和Couch公式古鹽度計(jì)算Table 2 The data of B and clay minerals and the calculated“equivalent boron”content and paleosalinity by Couch method in Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhenyuan area

在計(jì)算古鹽度時(shí)，通常會(huì)將wSr/wBa與wB/wGa作為判別指標(biāo)。而在實(shí)際的沉積物數(shù)據(jù)分析中，這2個(gè)比值也與古鹽度呈現(xiàn)可靠的正比關(guān)系［5，10］。鎮(zhèn)原地區(qū)的wSr/wBa為0.19～0.34，wB/wGa為2.33～27.28（表3）。利用 Adams公式和Couch公式對(duì)鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組做古鹽度定量分析，計(jì)算結(jié)果表明，古鹽度、wSr/wBa和wB/wGa的趨勢保持相似的一致（圖2）。這也是說，在研究區(qū)長8油層組沉積期湖泊水體鹽度測算方面，Adamas公式與Couch公式都具有很高的可信度。

圖2 不同古鹽度恢復(fù)方法結(jié)果對(duì)比Fig.2 Comparison of the results of paleosalinity recovery by different methods

1.2 計(jì)算結(jié)果討論

通過對(duì)比表1和表2可以發(fā)現(xiàn)，采用Adamas公式與Couch公式定量計(jì)算得出的鹽度范圍與平均值都存在明顯的差異。這主要是因?yàn)槎咚m用的條件不同；加之黏土礦物成巖后生作用影響，導(dǎo)致差異進(jìn)一步加劇。

鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組泥巖的黏土礦物中含有較多的伊/蒙混層，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值達(dá)到49%（表2）。而在成巖演化中，伊/蒙混層中的蒙皂石會(huì)逐步變成伊利石，從而計(jì)算出的“校正硼B(yǎng)＊”含量低于原始沉積物中的換算值，使得到的古鹽度值比原始沉積物中的真實(shí)值要小。研究區(qū)長8油層組泥巖黏土礦物內(nèi)的伊利石校正含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）平均達(dá)到了62%，屬于以伊利石為主的黏土巖，更適合采用Adams公式進(jìn)行古鹽度的計(jì)算。同時(shí)，由于鎮(zhèn)原地區(qū)在長8油層組沉積時(shí)期為淺水三角洲沉積體系，河流涌入湖泊促使湖水鹽度被稀釋，使鹽度具有帶狀分布特征。利用Adamas公式定量計(jì)算出的水體古鹽度橫跨了半咸水鹽度帶和咸水鹽度帶，相比Couch公式可靠性更高。

表3 鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組微量元素特征Table 3 The data of trace elements and calculated paleosalinity data by Couch method in Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhenyuan area

2 古鹽度平面分布規(guī)律

利用Adamas公式和Couch公式對(duì)鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組的古鹽度進(jìn)行計(jì)算，其最終的平面分布與變化規(guī)律呈現(xiàn)明顯的相似性。根據(jù)對(duì)鎮(zhèn)原長8油層組古湖泊水體的古鹽度定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)北部殷家城－合道一帶、南部鎮(zhèn)原－太平一帶及東北部太白梁－賀旗一帶水體鹽度較高，局部如鎮(zhèn)原－太平一帶鹽度明顯大于其周邊地區(qū)；郭塬－方山鄉(xiāng)以及研究區(qū)東南一隅鹽度值較低，其中郭塬－方山鄉(xiāng)最低（圖3）。湖泊水體鹽度的這一分布特征與當(dāng)時(shí)河流主要入注方向及位置有密切關(guān)系：郭塬－方山鄉(xiāng)一帶為主河道活動(dòng)區(qū)，湖泊水體鹽度稀釋程度最高，因此水體鹽度值最低，應(yīng)該可以代表河流作用較強(qiáng)的方向，即主物源方向；而其余地區(qū)隨著河流作用的減弱，湖泊水體鹽度逐漸升高。

圖3 鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組古鹽度平面分布與變化圖Fig.3 The paleosalinity zone of Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhengyuan area

鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組古鹽度恢復(fù)后，其結(jié)果顯示，高值鹽度區(qū)域與此前觀察巖心時(shí)所描繪的湖灣區(qū)分布位置幾乎一致。在此次研究中，選取巖心的鉆井共32口，只在18口井的巖心觀察中找到錯(cuò)落有致的浪成交錯(cuò)層理（圖4）。浪成交錯(cuò)層理的出現(xiàn)，主要是河口壩或者遠(yuǎn)砂壩受到河流長期波浪作用影響的水下沉積環(huán)境中形成的。而且，它的浪控帶位置和Adamas公式所恢復(fù)的≥40‰的古鹽度區(qū)域吻合。這也是說，當(dāng)河流作用快速減弱時(shí)，半咸水—咸水的可能性會(huì)在湖灣區(qū)明顯加大。

圖4 鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組浪控帶與等鹽度關(guān)系Fig.4 The relationship between paleosalinity zone and wave active zone of Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhengyuan area

3 研究意義

利用Adamas公式和Couch公式恢復(fù)鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組所具有的古鹽度，并且分析其平面分布和變化規(guī)律，可得出以下與巖相古地理和成巖期的流體性質(zhì)相關(guān)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①湖岸線位置的確定必須要將古鹽度定量分析作為計(jì)算的前提。②不論是巖相古地理還是成巖期，在恢復(fù)古鹽度時(shí)都必須先明確主次物源方向，精確掌握湖盆中心。③因鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組所在的湖盆古鹽度呈現(xiàn)明顯的半咸水—咸水特性，所以成巖期的湖泊水或其他水體都具備鹽水特質(zhì)。而這種鹽水特質(zhì)，使得砂巖早成巖階段可以獲得較為豐富的富鈉孔隙水，輔助較早時(shí)期的綠泥石環(huán)邊及濁沸石能更好地實(shí)現(xiàn)膠結(jié)作用，從而保證原生粒間孔隙能夠長期被有效保存［11］。同時(shí)，在中成巖時(shí)期，濁沸石被有機(jī)酸溶蝕后會(huì)產(chǎn)生較多的、能提高儲(chǔ)層質(zhì)量的次生孔隙［12，13］。所以，在尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層時(shí)，高鹽度沉積環(huán)境通常是首選區(qū)域。

4 結(jié)論

a.鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組古鹽度恢復(fù)結(jié)果顯示，該區(qū)域湖泊水質(zhì)呈現(xiàn)半咸水—咸水的特點(diǎn)，Adams公式計(jì)算結(jié)果比Couch公式計(jì)算結(jié)果更為可靠。

b.不同方位湖泊水體鹽度不同，平面分布有所差異，變化規(guī)律也不相同，鹽度主要由北東、北西向中央與東南方向增大，與河流注入方向保持一致。

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