地层水的开启度与油气保存
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发布时间：2022-04-22 14:12
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时间：2023-10-06 20:30
油气在其生成、运移、聚集、演化和保存过程中与水的活动密切相关，因此，地层水中必然会保留油气活动的诸多信息，在常规水化学研究的基础上，进一步开展了与油气有直接关系的水中微量有机质分析及水中氧同位素测定，以评价地层水的开启度与油气的保存条件。
图4-4 塔北地区储层沥青成因类型划分参数关系图 Fig.4-4 Relationships of genetic types division parameter of asphalt in Northern Tarim reservoirs
一、地层水的常规水化学特征
（一）地层水的水化学类型
塔北地区海陆相层系含水层所采集水样，按苏林成因分类都属CaCl2型，Cl-化物组Na亚组水化学类型。地层水的pH值范围为5～9，其中90%以上呈弱酸性水，pH值为5～7，少量呈弱碱性水，pH值为8～9，且都分布在沙9井奥陶系。
（二）地层水的离子组合特征
1.阴离子组合特征
由于地层水在漫长的地史过程中浓缩变质，离子分异现象显著，普遍富集Cl-和Na+，我国东部二者占总盐分的85%以上，在塔北地区此现象更为显著，其含量达90%以上。在阴离子中向着富集Cl-抑制
和
的方向发展，塔北地区地层水的Cl-绝对含量平均为86550mg/l。塔北地区地层水中
含量不多，其均值仅483mg/l。有机物质与RSO4的还原反应导致
在非膏盐沉积层系地层水中普遍较低。局部
的绝对含量较高达2500mg/l，这除与含膏砂泥岩地层有关（如沙5井N1j地层水）外，还与地层水浓缩咸化和变质有关，NaCl的大量积累，提高了矿化程度，即高浓度的NaCl溶液提高了对石膏的溶解能力，使地层水具有
型较盐化的特征（沙5井下奥陶统、沙参2井下奥陶系、沙6井上寒武统的地层水
含量达1000～2500mg/l）。有机质与硫酸盐的还原反应，普遍导致
在非膏盐沉积层系地层水中的降低，而在一些油气藏附近，如雅克拉沙5井T/C，沙13井T/O不整合面上下，稠油沥青层附近，由于油气对硫酸盐的还原消耗和微生物的脱硫作用，
浓度较邻井、邻层有所降低或仍显现出较平均值浓度为高及
的特征。
2.阳离子的组合特征
地层水总的演化趋势是由酸性向碱性演化，在阳离子中向着富集离子势低、电负荷小的Na+排斥Ca2+、Mg2+的方向发展（王义先、刘崇禧，1981），故保持了Na+＞Ca2+＞Mg2+的顺序。塔北地区海陆相地层水中上述三种离子的绝对平均值及百分含量的变化亦如此。
铵
是还原条件下有机质中的蛋白质经厌氧细菌分解而形成的产物，研究表明越靠近油藏水中
含量越高，可作为一种指示含油性的指标。塔北地区寒武系、奥陶系、石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系卡普沙良群等层系，分别在不同构造有较高的
含量，表明有较好的成油条件。如阿克库勒凸起三叠系平均水中
含量达91.25mg/l，雅克拉断凸寒武系、奥陶系、侏罗系及白垩系卡普沙良群也有较高的
含量（40～90mg/l）。而沙西凸起则
含量相对低些（30～40mg/l），但也高于肥水标准下限25mg/l。
3.特征离子
碘（I）在地层水中的含量与有机物质有关，碘的聚集和油气的形成过程有一定的关系，塔北地区地层水碘的平均含量为18mg/l，海相层碘含量平均值为15.4mg/l，大于陆相层平均值11.85mg/l。碘含量在纵横向上分布不均。
溴（Br）在油田水中的含量可由少于50mg/l～6000mg/l,Br含量愈高，表明地层的封闭保存条件愈好。塔北地区地层水Br含量最高值达412.5mg/l，平均值115mg/l，且海相层Br含量高于陆相层。
（三）地层水的矿化程度
塔北地区地层水矿化程度普遍较高（4.93g/l～275.5g/1），具封闭型油（气）田水的特征。奥陶系、石炭系、三叠系、下白垩统卡普沙良群和新第三系中新统等层位地层水平均矿化度较高，而前震旦、寒武系、志留系、侏罗系、上白垩—老第三系及上新统等层系平均值相对较低（图4-5、表4-6），矿化程度较高层位均属塔北地区的重要油气产层，矿化度的差异也说明各层系间液体的相对封闭好，层间水的联系差，有利于油气保存。
图4-5 塔北地区地层水矿化度垂向变化曲线 Fig.4-5 The vertical variability curve of stratigraphic water mineralizaton intensity in Northern Tarim
二、地层水的同位素特征
通过对地（油、气）层水中氢氧同位素特征可以判断油气层的保存条件，“八五”期间共采集了油气层及近地表潜水样21个进行了氧同位素测定（表4-6）。
表4-6 塔北地区地层水矿化度及稳定同位素组 Table 4-6 Composition of stratigraphic water mjneralizaton intensity and stable isotope in Northern Tarim
续表
＊为平均值。
地表潜水（Q）δ18O值在-8‰左右，可作为塔北地区地层水的背景值。另外，根据
δD=8δ18O+1O
计算出δD值为-54‰左右；阿克库勒凸起地（油、气）层水矿化度明显高于雅克拉断凸，氧同位素（δ18O）值则较雅克拉断凸为轻，阿克库勒凸起δ18O值一般在-3‰左右，雅克拉断凸则一般在O.55‰～2.35‰之间（沙15井K1kp为-5.O7‰除外），从整体讲都属封闭保存范围之内（图4-6）；雅克拉构造沙7井白垩系卡普沙良群（K1kp）水样的氧同位素值随深度增加而增大（图4-7），表明油气的保存条件随深度增加而变好的趋势。位于同一构造上的沙参2井奥陶系水样（井深5363～5391m）的δ18O值为3.33‰，也符合这一趋势。
图4-6 塔北矿化度—氧同位素关系图 Fig.4-6 Relation of mineralizaton intensity and oxygen isotope in Northern Tarim
图4-7 塔北雅克拉凸起氧同位素随深度变化 Fig.4-7 Variation of oxygen isotope with depth in Yakela uplift of Northern Tarim
三、油气开启与封闭保存的水化学指标
上述各项水化学指标表明，塔北地区油气的保存条件较为理想。水化学、同位素组成与油气保存关系的评价参数见表4-7。
表4-7 塔北地区地层水开启度的水化学指标 Table 4-7 Parameters of water chemistry of stratigraphic water opening intensity in Northern Tarim
四、地层水中微量有机质的地化特征与油气保存条件
（一）水中有机质的饱和烃组成特征
塔北地区地层水中有机质的饱和烃组成较为复杂，表现在不同来源（主要是海相、陆相）不同层位间的地层水，具有不同特征的展布，反映了有机质的水溶系列随着水的运动过程中介质环境的变迁和多源、多期混合的复杂背景。纵观塔北地区地层水的总体面貌，它们都保留了由正构烷烃—类异戊二烯烃—支链烷烃的正常组合分布序次（表4-8），表现为它们具有相对稳定和具有较好的封闭保存条件。对于不同地区的地层水，它们具有如下的特点（图4-8）：
塔里木盆地北部油气成因与保存
表4-8 塔北地区地层水中有机质饱和烃结构总组成表 Table 4-8 Total composition of organic saturated hydrocarbon structure of stratigraphic water in Northern Tarim
1.雅克拉断凸区
具有两种不同类型的地层水。
轮台地区沙3井K2—E、提1井N1s产层水，有机质饱和烃组成表现为陆相来源的特征，具有高含量的正构烷烃，低含量的类异戊二烯烷烃，其中在
结构总组成中正构烷烃含量＞68%，类异戊二烯烷烃含量＜9%。饱和烃分布曲线呈平滑对称型，主峰碳为nC16，支链烷及环烷烃亦基本呈对称型分布，表明地层水具有良好的封闭保存条件。
雅克拉地区地层水表现为海相有机质的特征，饱和烃组成中都具有中等含量的正构烷烃，中等含量类异戊二烯烷烃，其中
结构总组成中正构烷烃含量59%～62.5%，类异戊二烯烷烃含量12%～16%。饱和烃分布曲线多呈前峰型，主峰碳为n13-nC16，支链烷和环烷烃亦多呈前峰—对称型分布，表明了有机质成熟度相对较高，并有良好的封闭保存条件。
2.阿克库勒凸起区
阿克库木的沙9井（K1），阿克库勒的沙17井（T）、沙18井（C），达里亚的沙32井（T）、沙36井（T），桑塔木的沙40井（T），艾丁的沙30井（T）产层水，其饱和烃组成基本与雅克拉相似，类异戊二烯烷烃含量较高，在
结构总组成中类异戊二烯烷烃含量达12%～24.5%，艾丁构造沙30井三叠系产层地层水，饱和烃分布呈平缓—后峰型，类异戊二烯烷烃含量高，支链烷烃呈后峰型，表明遭受一定的水洗作用，封闭保存条件差，这可能与沙30井处于该构造区的地层水边界有一定的联系。
3.塔北地区地表潜水
有机质饱和烃组成具有低含量的正构烷烃、高含量的支链烷和环烷烃，饱和烃分布曲线基本呈后峰型，主峰碳为nC19，
碳峰呈锯齿状，支链烷及环烷烃亦基本呈后峰型，表明其为开启性环境的产物。
（二）水中有机质的芳烃组成特征
芳烃作为一种活跃的亲水极性化合物，极易为水所溶而随之迁移，但其具抗氧化的能力相对较强、化学性质相对稳定的特点。塔北地区水中有机质的芳烃总组成与原油芳烃总组成相似，具有以萘、菲、芴为主的组成3个基本主次峰的组合特征，但又有其自身的组合特点，它反映了地史发展过程中各种作用的综合结果，因其处于水溶系统中，因此首先是反映环境与其存在有成因联系的水洗作用的强弱及随后随水的迁移过程中介质的变异而可能发生的后生改造和渗混。在芳烃组成中以亲水极性最强的三芴系列，尤其是硫芴在水溶系统中最为敏感，其次是苊菲、荧蒽、蒽、芘、联萘等，萘系列化学稳定性相对较差，易受水洗而损失，在水溶系统中不易保存。萘系列的异常，多半是反映次生运移富集叠加的成因，亦可反映后生封闭保存信息，而菲系列优势主要是反映演化程度。
塔北地区地层水中有机质的芳烃总组成分布（表4-9），具有如下特点：
1.雅克拉断凸
芳烃总组成基本分为两种类型，一种是以轮台地区沙3井（K2-E）、提1井（N1s）产层水为代表，以中等—高含量萘、菲，高芴、氧芴，低硫芴为基本特征。反映物质来源是以陆相为主的成因特点，表现为良好的封闭保存条件；一种是以雅克拉地区以高萘，中等—高含量菲，高芴、硫芴，低氧芴为基本特征，高含量的萘一方面表明有机质是由于次生运移富集所致，另一方面表明其封闭保存条件良好，高硫芴、低氧芴，表现为物质来源以海相为主的成因特点。
2.阿克库勒凸起
芳烃总组成中，虽然保留了高萘、菲的基本面貌，但由于水质环境的变迁特别是所在产层中陆源物质水质的渗混，改变了芴、氧芴、硫芴的含量分布，部分样品则出现以烷基芳烃（AA）为次峰的现象。总体表现为封闭保存条件相对雅克拉地区较差的特点，其中阿克库木的沙9井（K1）产层水以高萘、高菲、高氧芴为特征；阿克库勒地区沙17井（T）、沙18井（C）产层以中等含量萘、高菲、高芴、中等—低含量硫芴为特征，达里亚地区沙32井（T）、沙36井（T）以高萘、菲，中等含量芴、氧芴，中等—低含量的硫芴为特征；以上地区的地层水表现为封闭性较差的特点。艾丁构造区沙30井（T）也表现为低含量的萘、高芴、低硫芴封闭性差的特征。
3.塔北地区地表潜水（主要是第四纪）
其芳烃总组成以低—中等含量萘、高菲、高芴为基本特点，表明为开启环境。
表4-9 塔北地区地层水中有机质芳烃总组成表 Table 4-9 Total composition of organic aromatic hydrocarbon of stratigraphic water in Northern Tarim
（三）塔北地区封闭保存条件指标探索
由于水中有机质的地化信息出现了十分复杂的面貌，因此有关有机地化封闭保存指标的选取将遵循由已知到未知的原则。根据前人总结的经验，结合塔北地区地层水与浅表水的地化特征，我们选择了下列大类指标（表4-10）：
1.水中有机质的正构烷烃和类异戊二烯烷烃的轻重比
选择了3个指标：nC17/nC18-20与iC18/iC20、iC15+16+18/iC19-21。它们反映了水中轻烃的保存情况，水中轻烃越多封闭保存条件越好。图4-9、图4-10反映了塔北地区以上3种指标的对应关系，可以看出，塔北地区地层水基本处于良好的封闭保存环境，相对而言雅克拉断凸区更具有较好的封闭性，阿克库勒凸起区的封闭性次之，艾丁地区沙30井区封闭保存条件相对较差，塔北地区的地表潜水作为开启性水质环境明显的区别于塔北地区的地层水。塔北地区地层水开启与封闭的界限参数为：nC17/nC18-20=0.30、iC18/iC20=0.30、iC15+16+18/iC19-21=0.20。
表4-10 塔北地区地层水有机质开启与保存参数值 TabIe 4-10 Parameters of opening and preserving for organic matter of stratigraphic water in Northern Tarim
图4-9 塔北地区地层水中有机质开启与封闭参数关系图（Ⅰ） Fig.4-9 Relation of opening and sealing parameters for organic matter of stratigraphic water in Northern Tarim（Ⅱ）
图4-10 塔北地区地层水中有机质开启与封闭参数关系图（Ⅱ） Fig.4-10 Relation of opening and sealing parameters for organic matter of stratigraphic water in Northern Tarim（I）
2.芳烃中三芴组成特征
对于芳烃组成中的三芴化合物芴（F）、氧芴（OF）、硫芴（SF）在其三点端元图中，按封闭程度的差异呈规律性的展布，对于相同成因类型的油田水封闭性越差，在三芴组成三元图中越远离硫芴（SF）的区域，对于不同成因类型的地层水，其可比性较差。图4-11表明了塔北地区地层水相对开启与封闭性质。
图4-11 塔北地区地层水中有机芳烃芴-硫芴-氧芴组成分布图 Fig.4-11 The distribution of composition of fluorene-sulfurfluorene-oxyfluorene for organic aromatic hydrocarbon of stratigraphic water in Northern Tarim
