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(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 延安 716001；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院 ，陜西 西安 710054)

地層水是含油氣盆地中流體的重要組成部分之一，將其定義為與油氣相伴生的存儲于儲層中的地下水。地層水與圍巖及油氣等周圍介質(zhì)發(fā)生能量與物質(zhì)交換的同時，也參與了整個油氣成藏的過程，是油氣生成、運移以及聚集的重要動力與載體(裘亦楠，2001)。

在盆地演化過程中，地層水的性質(zhì)以及其活動綜合反映了水-巖作用、流體的流動及其混合作用與水文地質(zhì)特征等，而上述作用過程恰與油氣藏在整個地史進(jìn)程中的聚集保存密切相關(guān)(孫向陽等，2001)。因此，針對地層水的化學(xué)性質(zhì)與分布特征所開展的專項研究對于油氣分布規(guī)律與油氣成藏過程的分析具有重要的理論意義，與此同時，研究成果對于進(jìn)一步尋找油氣也具有一定的實踐指導(dǎo)價值。榆林北部主力含氣層段為二疊系山西組山2段。近年來，隨著勘探開發(fā)進(jìn)程向西南推進(jìn)，一部分井產(chǎn)能較高，而部分井嚴(yán)重出水，且不同井之間的產(chǎn)能差別顯著。同時，在已開發(fā)區(qū)域也出現(xiàn)了越來越多的水井，嚴(yán)重地影響了開發(fā)效果和開發(fā)進(jìn)程。鑒于此，近年來研究人員在勘探部署中，通過水文地球化學(xué)分析了解氣田水的起源，推斷地層水化學(xué)成分形成的地質(zhì)、地球化學(xué)作用，分析油(氣)水的生成環(huán)境、分布關(guān)系以及氣藏的封閉情況，預(yù)測油氣富集的有利地區(qū)(徐國盛，2006年)，指導(dǎo)勘探部署。在氣田開發(fā)中，通過對地層水成因機(jī)理、分布規(guī)律及水體規(guī)模進(jìn)行研究，分析生產(chǎn)動態(tài)特征及影響產(chǎn)能的因素，提出富水區(qū)產(chǎn)水井生產(chǎn)管理與控水采氣措施(楊宇，2011)，取得較好的勘探開發(fā)效果。但目前研究區(qū)山西組氣、水分布關(guān)系復(fù)雜，氣、水分布主控因素不明確。筆者通過研究區(qū)山西組山2段地層水性質(zhì)及地球化學(xué)特征，分析目的層段地層水特征與天然氣運聚保存之間的關(guān)系，力求加深成藏規(guī)律的認(rèn)識理解，以期對研究區(qū)的天然氣勘探有一定的借鑒參考價值。

1 地質(zhì)背景

榆林北氣田區(qū)域構(gòu)造隸屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部，區(qū)內(nèi)地層十分平緩，僅在西傾單斜背景下發(fā)育部分低幅鼻狀隆起，不具備形成構(gòu)造圈閉的條件，主要發(fā)育巖性圈閉氣藏(趙靖舟等，2003)。上古生界儲層作為該區(qū)天然氣勘探開發(fā)的重要層位之一，其中山西組砂體主要為三角洲前緣水下分流河道沉積成因，其儲層砂巖類型主要為石英砂巖及部分巖屑石英砂巖，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)。因該區(qū)構(gòu)造平緩，加之缺乏構(gòu)造圈閉，導(dǎo)致在成藏過程當(dāng)中出現(xiàn)氣水分異不徹底，故在氣田范圍內(nèi)存在復(fù)雜的氣水分布關(guān)系。

2 地層水地球化學(xué)特征

2.1 地層水離子組成及礦化度特征

榆林北部氣田山2段地層水顏色多為無色、透明，水質(zhì)較清。地層水pH值范圍為4.3～9.53，酸性及堿性并存，但總體以弱酸性為主。在深盆地當(dāng)中，長期處于封閉承壓環(huán)境的高礦化度的變質(zhì)水通常以堿性水或弱酸性水為主，不存在酸性水。而地面溶蝕平衡水的pH值范圍為7.0～8.68，為堿性水，究其成因可能是地層水中溶蝕作用未達(dá)到平衡，殘余有機(jī)酸含量高，pH值低，也可能與低pH值的煤層水有關(guān)。

對榆林北部氣田地層水樣的分析測試結(jié)果表明，地層水總礦化度為0.2653～409.4927g/L，平均礦化度為29.2183g/L，遠(yuǎn)高于海水的鹽度3.5g/L，達(dá)鹵水級，明顯反映出該區(qū)具有總礦化度高、正變質(zhì)程度深的特點(表1)。

2.2 地層水類型

地層水類型作為重要的水化學(xué)因素，能夠很好地反映油氣運聚與保存條件。根據(jù)蘇林的分類(張厚福等，2008),研究區(qū)山西組地層水水型為氯化鈣(CaCl2)型地層水。博雅爾斯基又對氯化鈣(CaCl2)型地層水進(jìn)行了詳細(xì)的分類，按照博爾雅的分類方案(樓章華等，2006)，研究區(qū)目的層段地層水以氯化鈣Ⅴ型水為主，少數(shù)為氯化鈣Ⅳ型，該類水型有利于天然氣的聚集與保存。

表1 榆林北部氣田山2地層水與其他油氣藏地層水礦化度特征對比表(g/L)Tab.1 Compared the stratified water mineralization degree characteristics in Second member of Shaanxi formation in Yulin north gas field with other oil and gas reservoir(g/L)

圖1 子洲氣田陰、陽離子濃度投點圖Fig.1 The concentration of Anion and Cation in Zi Zhou gas field

2.3 水化學(xué)離子組成

地層水的陽離子組成中以堿土金屬離子Na+、K+、Ca2+離子為主，其中Na++K+以及Ca2+的平均含量分別為29.83 g/L、35.05 g/L，二者占陽離子總量的平均分別為41.35%、55.82%。Na+、K+、Ca2+離子的平均總含量占陽離子的97.17%。Mg2+離子含量為1.75 g/L，平均占陽離子總量的2.83%。

圖2 礦化度與主要陰陽離子濃度的關(guān)系圖Fig.2 Relationship between mineralization degree and main anion and cation concentration

3 地層水化學(xué)與天然氣成藏的關(guān)系

3.1 地層水礦化度與天然氣成藏

榆林北部氣田山西組地層水樣地層水總礦化度高，平均為29.2 g/L，地層水的高礦化度即為地層內(nèi)水-巖相互作用長期循環(huán)和濃縮貶值的結(jié)果。研究區(qū)目的層段地質(zhì)構(gòu)造平緩穩(wěn)定，儲層主要發(fā)育于三角洲前緣亞相砂體之中，砂巖巖石類型由石英砂巖及巖屑石英砂巖組成，廣泛分布裂縫，且受到上覆厚層蓋層的封蓋作用。因此，地層水在深層中不斷地循環(huán)，溶解較多的礦物質(zhì)且發(fā)生濃縮變化，從而具有較高礦化度的特征(李明瑞，2006)。

3.2 地層水水型與天然氣成藏

3.3 地層水化學(xué)特征參數(shù)與天然氣成藏

地層水化學(xué)指數(shù)在一定程度上可以反映水-巖相互作用強(qiáng)度以及地層水所處的水文地球化學(xué)環(huán)境。常用的地層水水化學(xué)特性參數(shù)有鈉氯系數(shù)、鎂鈣系數(shù)、脫硫系數(shù)、變質(zhì)系數(shù)等(楊冬等，2013)。上述特性參數(shù)?？捎糜谂袛嗟貙恿黧w移動的方向、地層水封閉性以及地層水活動的強(qiáng)弱等，與油氣運聚和保存之間具有一定的成因關(guān)系。

3.3.1 鈉氯系數(shù)(rNa+/Cl-)

鈉氯系數(shù)越小表明地層水的封閉越好，變質(zhì)越深。研究區(qū)目的層段地層水的Na+/Cl-值分布范圍為0.015～0.598，平均值為0.336，且絕大數(shù)井Na+/Cl-值小于0.5，表明地層水處于封閉還原的環(huán)境之中，對于氣藏的聚集與保存有利。因此， Na+/Cl-值呈低值(<0.5)的CaCl2型水分布區(qū)可作為榆林北部山西組油氣藏勘探的良好地帶。

3.3.2 鎂鈣系數(shù)(rMg2+/Ca2+)

含氣區(qū)鎂鈣系數(shù)一般小于0.3。研究區(qū)目的層段地層水Mg2+/Ca2+值平均為0.165，分布范圍0.004～0.910，表明封閉良好的儲層占絕大多數(shù)，有利于氣藏的聚集與保存。因此，Mg2+/Ca2+值呈低值(<0.1)為榆林北部山西組天然氣的有利富集區(qū)。

3.3.3 脫硫系數(shù)

脫硫系數(shù)越小表明地層水的封閉性越好(徐德英等，2010)。研究區(qū)目的層段地層水的脫硫系數(shù)平均為9.60，分布范圍為0.280～36.560，表明該區(qū)地層水處于封閉還原環(huán)境之中，有利于天然氣的聚集與保存。

3.3.4 變質(zhì)系數(shù)r(Cl--Na+)/2Mg2+

變質(zhì)系數(shù)越大反映了離子交換的程度與水巖作用的強(qiáng)度越大，油氣藏的封閉性越好，更有利于油氣的保存(楊婭敏等，2010)。研究區(qū)目的層段地層水變質(zhì)系數(shù)與砂體展布一致，呈帶狀分布，變質(zhì)系數(shù)r(Cl--Na+)/2Mg2+﹥10的高值區(qū)即為天然氣的有利富集區(qū)(圖3)，變質(zhì)系數(shù)分布圖與天然氣富集程度、產(chǎn)能大小相吻合。

4 結(jié)論

(1)榆林北部氣田山2段地層水pH值為4.3～9.53，以偏酸性為主，礦化度較高，以CaCl2水型為主，總體反映了目的層段地層水封閉條件較好，處于還原的阻滯-停滯水文地質(zhì)狀態(tài)，有利于天然氣的聚集與保存。

圖3 地層水變質(zhì)系數(shù)分布圖Fig.3 Distribution map of metamorphic coefficient of formation water

(2)地層水特征與天然氣藏關(guān)系研究表明，榆林北部氣田山2段地層水總礦化度高值區(qū)、CaCl2型水分布區(qū)、rNa+/Cl-低值區(qū)(<0.5)、rMg2+/Ca2+低值區(qū)(<0.1)、r(Cl--Na+)/2Mg2+高值區(qū)(>10)等均與天然氣富集區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)(References)：

裘亦楠,薛叔浩.油氣儲層評價技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.

QIU Yinan,XUE Shuhao. Oil and gas reservoir evaluation technology[M]. Beijing: Petrol-eum Industry Press, 2001.

孫向陽,劉方槐.沉積盆地中地層水化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 天然氣勘探與開發(fā),2001,24(4):47-53.

SUN Xiongyang, LIU Fanghuai. Water chemistry characteristics and geologic significance of stratigraphic strata in sedimentary basins[J]. Natural gas Exploration and Development, 2001,24(4):47-53.

徐國盛,宋煥榮,周文.鄂爾多斯盆地中部氣田水化學(xué)條件與天然氣聚集[J].石油實驗地質(zhì)，2000，22(04)： 330-335.

XU Guosheng,SONG Huanrong,ZHOU Wen.Hydrochemical conditions and Natural Gas ac-cumulation in the Central Gas Field of Ordos Basin[J].Petroleum Geology & Experiment, 2000，22(04)：330-335.

楊宇,周文.子洲氣田山2氣藏地層水分布模式[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報，2010，34(4):14-18.

YANG Yu,ZHOU Wen.Distribution model of gas reservoir formation water in Shan2of Zizhou Gas Field[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute，2010，34(4):14-18.

趙靖舟,王立.鄂爾多斯盆地東部構(gòu)造演化對上古生界大氣田的控制作用[J].天然氣地球科學(xué), 2010, 21(6): 875-880.

ZHAO Jingzhou. WANG Li. Control Effect of Tectonic Evolution in Ordos Basin on Upper Paleozoic Field [J]. Natural Gas Geoscience, 2010, 21(6): 875-880.

張厚福,方朝亮,高志先,等.石油地質(zhì)學(xué) [M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:27-31.

ZHANG Houfu, FANG Chaoliang, GAO Zhixian, et al. Petroleum geology[M]. Beijing: Petroleum Industry Press.2008:27-31.

樓章華,朱蓉. 中國南方海相地層水文地質(zhì)地球化學(xué)特征與油氣保存條件[J].石油與天然氣地質(zhì),2006,27(5):584-593.

LOU Zhanghua, ZHU Rong. Hydrogeological and hydrogeochemcal characteristics and hydrocarbon preservation conditions in marine strata in southern China[J]. Oil and Gas Geology, 2006,27(5):584-593.

李明瑞. 鄂爾多斯盆地北部上古生界主要含氣砂體沉積特征及儲層控制因素研究[D].四川:成都理工大學(xué),2011.

LI Mingrui. Depositional character and control factors of reservoir sandbody in major gas-bearing interval of upper Paleozoic in North Ordos basin[D].Sichuan: Chengdu University of Technology, 2011.

張文忠.蘇里格地區(qū)上古生界氣田異常低壓成因研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2009.

ZHANG Wenzhong.Study on the Genesis of Subnormal Formation Pressure in the Upper Paleozoic Strata of Sulige Gasfield[D]. Beijing:China University of Geosciences(Beijing), 2009.

楊冬,虞兵,唐浩.大宛齊油田地層水化學(xué)特征與油氣保存條件分析[J].石油地質(zhì)與工程,2013, 27(4):27-30.

YANG Dong,YU Bin,TANG Hao. Stratified Water chemistry characteristics and oil and gas preservation conditions in the Dawanqi Oilfield [J]. Petroleum Geology and Engineering, 2013, 27(4):27-30.

徐德英,周江羽,王華,等. 渤海灣盆地南堡凹陷東營組地層水化學(xué)特征的成藏指示意義[J].石油實驗地質(zhì),2010,32(3):285-288.

XU Deying,ZHOU Jiangyu,WANG Hua, et al. chemical characteristics of formation water significant to oil reservoir in Dong Ying formation,nan pu sag,bo hai bay basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2010,32(3):285-288.

楊婭敏,趙桂萍,李良. 杭錦旗地區(qū)地層水特征研究及其油氣地質(zhì)意義[J].中國科學(xué)院大學(xué)報,2016, 33(4):519-527.

YANG Yamin,ZHAO Guiping,LI Liang.Chemical characteristics of the formation water in Hang jin qi area and their petroleum and gas geological significance[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2016, 33(4): 519-527.