霸縣凹陷古近系地層水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚的關(guān)系

李榮耀，王鑫，張文杰

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

在含油氣盆地中，地層水作為盆地流體的一個(gè)主要組成部分，其活動(dòng)與循環(huán)樣式反映油氣與成礦物質(zhì)運(yùn)移的方向。地層水是油氣運(yùn)移、聚集的載體，它的形成及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與油氣的生成、運(yùn)聚及油氣藏的形成、保存和破壞有著十分密切的聯(lián)系。本文根據(jù)霸縣凹陷各油田大量地層水分析測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，研究霸縣凹陷地層水化學(xué)的垂向和平面分布特征，結(jié)合構(gòu)造發(fā)育、超壓分布情況，揭示地層水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚的關(guān)系，從而加深對(duì)霸縣凹陷油氣運(yùn)聚機(jī)理研究的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

霸縣凹陷位于冀中坳陷東部凹陷帶中央，西鄰牛駝鎮(zhèn)凸起，以牛東斷裂與凸起為界，向東過(guò)渡為文安斜坡，北以霸縣二臺(tái)階斷裂與廊固凹陷相隔，南以鄚州-長(zhǎng)豐鎮(zhèn)南橫向調(diào)節(jié)帶與饒陽(yáng)凹陷毗鄰。以基底形態(tài)為主，結(jié)合蓋層特征可以將霸縣凹陷劃分為：霸縣洼槽，淀北洼槽，岔河集、高家堡斷裂背斜帶，鄚州、二臺(tái)階斷裂帶，蘇橋、史各莊、長(zhǎng)豐鎮(zhèn)斷裂鼻狀帶等二級(jí)構(gòu)造帶。

霸縣凹陷新生代地層發(fā)育齊全，自下而上發(fā)育古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組和新近系的館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四系地層。霸縣凹陷古近系發(fā)育Es1下、Es3、Es4三套具有商業(yè)油氣供應(yīng)能力的有效烴源巖。霸縣凹陷古近系在Es1、Es3、Es4發(fā)育超壓，為油氣運(yùn)移提供動(dòng)力。霸縣凹陷古近系Es4、Es3、Es2、Es1、Ed均為含油氣層系，并在岔河集-高家堡、蘇橋-文安、二臺(tái)階、鄚州四個(gè)地區(qū)形成復(fù)式油氣聚集帶。

圖1 霸縣凹陷岔4 -蘇62地層水化學(xué)垂向分帶與油氣成藏剖面圖

2 地層水化學(xué)特征與油氣運(yùn)聚的關(guān)系

2.1 剖面關(guān)系

地層水化學(xué)特征反映了沉積、成巖和運(yùn)聚成藏過(guò)程中流體與圍巖作用的特征，壓力場(chǎng)作為油氣運(yùn)移的重要?jiǎng)恿?，斷裂作為油氣運(yùn)移的重要通道，均與水化學(xué)場(chǎng)具有一定聯(lián)系，可以共同揭示油氣運(yùn)聚、成藏規(guī)律。選取過(guò)岔河集斷背帶-霸縣洼槽-蘇橋斷鼻帶的岔4井-蘇62井油氣成藏剖面，分析地層水化學(xué)與油氣運(yùn)聚的剖面關(guān)系。霸縣凹陷洼槽區(qū)在沙三段、沙一段均發(fā)育超壓體系，按地層水礦化度垂向分帶和油氣分布特征得出如下關(guān)系。

泥巖壓實(shí)排水淡化帶：深層泥巖段地層發(fā)育超壓，泥巖段壓實(shí)排水在超壓驅(qū)動(dòng)下離心流動(dòng)，地層水礦化度較低，水動(dòng)力大，在保存條件好的區(qū)域聚集油氣。主要分布在凹陷洼槽區(qū)，易形成巖性、構(gòu)造-巖性油氣藏，油氣藏規(guī)模較小。

越流泄水濃縮帶：深層有直接溝通烴源巖-圈閉的油源斷裂，油氣隨壓實(shí)排出的淡水在斷層溝通作用下快速向淺層上涌泄壓越流，遇到蓋層遮擋，在合適圈閉內(nèi)聚集，地層水發(fā)生泄水濃縮作用，地層水礦化度較高。主要分布在凹陷斷裂背斜帶等正向構(gòu)造帶，易形成背斜、斷層等構(gòu)造油氣藏，油氣藏規(guī)模大（圖1）。

大氣水下滲淡化帶：淺層由于地層抬升剝蝕或斷層開啟，受地表大氣水下滲淋濾作用影響大，地層水礦化度較低。主要分布在凹陷邊緣，不易形成油氣藏（圖1）。

因此，洼槽區(qū)泥巖壓實(shí)排出淡水，礦化度較低，形成泥巖壓實(shí)排水淡化帶，地層水與油氣在超壓驅(qū)動(dòng)下離心流動(dòng)，沿?cái)嗔演攲?dǎo)體系從洼槽區(qū)向正向構(gòu)造帶向上越流，越流過(guò)程中地層水不斷泄水濃縮，礦化度增大，形成越流泄水濃縮帶，油氣遇到正向構(gòu)造帶內(nèi)合適的圈閉聚集起來(lái)形成油氣藏，剩余流體流動(dòng)到凹陷邊緣受到大氣水下滲淋濾淡化作用，礦化度減小，形成大氣水下滲淡化帶。

2.2 平面關(guān)系

霸縣凹陷古近系洼槽區(qū)普遍發(fā)育超壓，從洼槽區(qū)向正向構(gòu)造帶壓力遞減為弱超壓，在凹陷邊緣為常壓。從洼槽區(qū)向正向構(gòu)造帶方向，隨著壓力系數(shù)的減小，地層水礦化度有增大的趨勢(shì)。反映了在洼槽區(qū)由于發(fā)育超壓，地層水發(fā)生泥巖壓實(shí)排水淡化作用，隨著壓力系數(shù)減小、運(yùn)移動(dòng)力減弱，地層水在正向構(gòu)造帶發(fā)生泄壓濃縮作用。古近系地層水礦化度沿?cái)鄬幼呦蚓邘罘植继攸c(diǎn)，礦化度高值區(qū)集中在正向構(gòu)造帶的斷層上盤（下降盤）。反映了洼槽區(qū)地層水沿?cái)鄬虞攲?dǎo)運(yùn)移至斷層下降盤，在斷背帶、斷鼻帶等正向構(gòu)造帶發(fā)生濃縮作用。

根據(jù)霸縣凹陷地層水礦化度與地層壓力、構(gòu)造斷裂的關(guān)系，結(jié)合古近系油氣分布特征，發(fā)現(xiàn)霸縣凹陷古近系油氣主要沿礦化度遞增方向、壓力系數(shù)等值線的遞減凸面及斷層傾向發(fā)生優(yōu)勢(shì)運(yùn)移，并在礦化度高值區(qū)、弱超壓-常壓區(qū)和斷層下降盤域的岔河集斷背帶、高家堡斷背帶、史各莊斷鼻帶等正向構(gòu)造帶發(fā)生油氣聚集，說(shuō)明霸縣凹陷礦化度高值區(qū)、壓力低值區(qū)與斷層下降盤的疊合區(qū)域是油氣聚集的有利場(chǎng)所。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）霸縣凹陷地層水組成中陽(yáng)離子以Na+、K+為主，陰離子以Cl-為主。地層水礦化度隨深度變淺先增大后減小，水型以CaCl2型水為主，NaHCO3型水次之。地層水化學(xué)剖面具有明顯的階段性，從深到淺劃分為泥巖排水淡化帶、越流泄水濃縮帶和大氣水下滲淡化帶三個(gè)水化學(xué)帶。

（2）霸縣凹陷洼槽區(qū)泥巖壓實(shí)排出淡水，形成泥巖壓實(shí)排水淡化帶，地層水與油氣在超壓驅(qū)動(dòng)下離心流動(dòng)，沿?cái)嗔演攲?dǎo)體系向上越流，在正向構(gòu)造帶形成越流泄水濃縮帶，油氣遇到合適的圈閉聚集成藏，剩余流體流動(dòng)到凹陷邊緣形成大氣水下滲淡化帶。霸縣凹陷泥巖壓實(shí)排水淡化帶屬于超壓流體系統(tǒng)，易形成巖性、構(gòu)造-巖性油氣藏，油氣藏規(guī)模較??；越流泄水濃縮帶屬于弱超壓-常壓流體系統(tǒng)，易形成背斜、斷層等構(gòu)造油氣藏，油氣藏規(guī)模大；大氣水下滲淡化帶屬于常壓流體系統(tǒng)，不易形成油氣藏。

（3）霸縣凹陷古近系油氣主要沿礦化度等值線的遞增方向、壓力系數(shù)等值線的遞減凸面及斷層傾向發(fā)生優(yōu)勢(shì)運(yùn)移，并在礦化度高、弱超壓-常壓區(qū)和斷層下降盤的岔河集斷背帶、高家堡斷背帶、史各莊斷鼻帶等正向構(gòu)造帶發(fā)生油氣聚集。霸縣凹陷礦化度高值區(qū)、壓力低值區(qū)與斷層下降盤的疊合區(qū)域是油氣聚集的有利場(chǎng)所。