鄂尔多斯盆地镇原地区长8油层组古盐度分析

刘 犟，郑荣才，苟幸福，王昌勇

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石油天然气集团公司 长庆油田超低渗透油藏第四项目部，甘肃 庆阳745100）

研究区位于鄂尔多斯盆地西南部，靠近吴旗和白豹生油洼陷中心，区域构造主要以天环拗陷为主［1］（图1）。虽然湖泊水体性质的研究属于基础地质范畴，但因长8油层组埋藏深度相对较大，导致研究难度加大，相关研究较少。本文利用地球化学公式计算镇原地区长8油层组沉积时的古盐度，并且结合沉积相和古地理特征，恢复研究区的古岸线、古水道和古盐度，阐释古盐度的分带性，重现湖泊盐度特征和变化规律，对长8油层组储层特征研究及油藏勘探开发具有重要意义。

1 古盐度计算

在计算古盐度时，通常有3种方法：用于研究碎屑岩古盐度环境的微量元素法、适用区别淡水环境与咸水环境的同位素法、用于辨别半咸水环境的沉积磷酸盐法。其中微量元素法［2］因硼元素容易确定，且在反映盐度方面敏感性强，经常被当作确定盐度的指标元素；同位素法面向的是区别淡水环境与咸水环境，因而更多适用于研究海相碳酸盐岩［3，4］的盐度；沉积磷酸盐法容易受黏土或成岩作用影响［5］，因而在确定盐度时精确度较低。因此，为更准确地计算古盐度，本文采用微量元素法。

1.1 计算方法

在地球化学分析研究中，因硼的含量容易被确定，并且对沉积环境的古盐度敏感，因而在选取反映古盐度的指标［6］时，硼元素通常不可少。在自然水体中，硼含量与水体的总体盐度呈线性函数关系。但因自然水体中含有吸附硼的黏土，所以水体盐度最终与硼含量呈双对数关系，用如下方程［7］表示

式中：wB表示硼被吸附的质量分数（wB/10－6）；S表示盐度（盐度即为NaCl的质量分数：wNaCl/‰）；C1、C2为常数。在该方程表示的古盐度理论基础上，还可延伸出Adamas和Couch两种计算古盐度的公式。

图1 镇原地区构造位置及长8油层组沉积相图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］为

其中：S指古盐度；wB指“相当硼”的现实质量分数（wB/%），在实际计算中，通常要把其单位转换为wB/10－6。需注意的是，不同区域的“相当硼”计算公式不同。如在某泥岩样品中，伊利石含量居多，其所含有的“相当硼”则需用另一种公式，即Walker校正公式［9］来计算

其中：8.5作为常数存在，是指纯伊利石内所含有的K2O理论浓度；而wB－测和wK2O－测分别指实际测试的B含量、K2O含量。

本文主要采用了17个泥岩样本做微量元素分析和X射线衍射分析。分析结果显示，在镇原地区长8油层组区域的泥岩中，黏土矿物含量占据最大比例，平均质量分数达到47.76%；而石英、钾长石等含量相对较低（表1）。此外，微量元素分析结果表明，钾长石内部K的质量分数通常在3%左右，不会对古盐度计算产生明显影响，因而可不纳入计算；但钾长石内的K元素对黏土矿物的影响却较大，可直接作为黏土矿物中的K元素参与计算。同时，利用微量元素分析法对B元素与K元素的含量进行测算，结果表明，这2种元素的含量均可作为古盐度定量计算的依据。所以，计算镇原地区长8油层组整体的古盐度时最终可得出如表1所示的古盐度范围，其平均值达到41.57‰。

（2）Couch公式［9］为

式中：wB＊指 “校正硼”的现实含量（质量分数），在实际计算中，通常要把单位转换为wB＊/10－6。wB＊可以由Couch校正公式表示为

其中：wi、ws＊、wk分别指伊利石、蒙脱石、高岭石的实际测试的质量分数，各系数与硼元素的吸收强度呈正比关系。一般情况下，含复杂成分的泥岩多用该公式计算硼的含量；但需注意的是，该计算结果容易受成岩作用影响。

本文选用17个泥岩样本，并用X射线衍射定量分析结果对B元素和相关的黏土矿物含量进行公式计算。经过分析与计算，可确定该区域的古盐度为7.39‰～27.06‰，平均值可达到11.89‰（表2）。

表1 镇原地区长8油层组泥岩矿物成分和硼、钾、相当硼含量及Adams公式古盐度计算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 镇原地区长8油层组B、黏土矿物、“相当硼”含量和Couch公式古盐度计算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

在计算古盐度时，通常会将wSr/wBa与wB/wGa作为判别指标。而在实际的沉积物数据分析中，这2个比值也与古盐度呈现可靠的正比关系［5，10］。镇原地区的wSr/wBa为0.19～0.34，wB/wGa为2.33～27.28（表3）。利用 Adams公式和Couch公式对镇原地区长8油层组做古盐度定量分析，计算结果表明，古盐度、wSr/wBa和wB/wGa的趋势保持相似的一致（图2）。这也是说，在研究区长8油层组沉积期湖泊水体盐度测算方面，Adamas公式与Couch公式都具有很高的可信度。

图2 不同古盐度恢复方法结果对比Fig.2 Comparison of the results of paleosalinity recovery by different methods

1.2 计算结果讨论

通过对比表1和表2可以发现，采用Adamas公式与Couch公式定量计算得出的盐度范围与平均值都存在明显的差异。这主要是因为二者所适用的条件不同；加之黏土矿物成岩后生作用影响，导致差异进一步加剧。

镇原地区长8油层组泥岩的黏土矿物中含有较多的伊/蒙混层，其质量分数平均值达到49%（表2）。而在成岩演化中，伊/蒙混层中的蒙皂石会逐步变成伊利石，从而计算出的“校正硼B＊”含量低于原始沉积物中的换算值，使得到的古盐度值比原始沉积物中的真实值要小。研究区长8油层组泥岩黏土矿物内的伊利石校正含量（质量分数）平均达到了62%，属于以伊利石为主的黏土岩，更适合采用Adams公式进行古盐度的计算。同时，由于镇原地区在长8油层组沉积时期为浅水三角洲沉积体系，河流涌入湖泊促使湖水盐度被稀释，使盐度具有带状分布特征。利用Adamas公式定量计算出的水体古盐度横跨了半咸水盐度带和咸水盐度带，相比Couch公式可靠性更高。

表3 镇原地区长8油层组微量元素特征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 古盐度平面分布规律

利用Adamas公式和Couch公式对镇原地区长8油层组的古盐度进行计算，其最终的平面分布与变化规律呈现明显的相似性。根据对镇原长8油层组古湖泊水体的古盐度定量计算发现：研究区北部殷家城－合道一带、南部镇原－太平一带及东北部太白梁－贺旗一带水体盐度较高，局部如镇原－太平一带盐度明显大于其周边地区；郭塬－方山乡以及研究区东南一隅盐度值较低，其中郭塬－方山乡最低（图3）。湖泊水体盐度的这一分布特征与当时河流主要入注方向及位置有密切关系：郭塬－方山乡一带为主河道活动区，湖泊水体盐度稀释程度最高，因此水体盐度值最低，应该可以代表河流作用较强的方向，即主物源方向；而其余地区随着河流作用的减弱，湖泊水体盐度逐渐升高。

图3 镇原地区长8油层组古盐度平面分布与变化图Fig.3 The paleosalinity zone of Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhengyuan area

镇原地区长8油层组古盐度恢复后，其结果显示，高值盐度区域与此前观察岩心时所描绘的湖湾区分布位置几乎一致。在此次研究中，选取岩心的钻井共32口，只在18口井的岩心观察中找到错落有致的浪成交错层理（图4）。浪成交错层理的出现，主要是河口坝或者远砂坝受到河流长期波浪作用影响的水下沉积环境中形成的。而且，它的浪控带位置和Adamas公式所恢复的≥40‰的古盐度区域吻合。这也是说，当河流作用快速减弱时，半咸水—咸水的可能性会在湖湾区明显加大。

图4 镇原地区长8油层组浪控带与等盐度关系Fig.4 The relationship between paleosalinity zone and wave active zone of Member 8oil layer of Yanchang Formation in Zhengyuan area

3 研究意义

利用Adamas公式和Couch公式恢复镇原地区长8油层组所具有的古盐度，并且分析其平面分布和变化规律，可得出以下与岩相古地理和成岩期的流体性质相关的几点认识：①湖岸线位置的确定必须要将古盐度定量分析作为计算的前提。②不论是岩相古地理还是成岩期，在恢复古盐度时都必须先明确主次物源方向，精确掌握湖盆中心。③因镇原地区长8油层组所在的湖盆古盐度呈现明显的半咸水—咸水特性，所以成岩期的湖泊水或其他水体都具备盐水特质。而这种盐水特质，使得砂岩早成岩阶段可以获得较为丰富的富钠孔隙水，辅助较早时期的绿泥石环边及浊沸石能更好地实现胶结作用，从而保证原生粒间孔隙能够长期被有效保存［11］。同时，在中成岩时期，浊沸石被有机酸溶蚀后会产生较多的、能提高储层质量的次生孔隙［12，13］。所以，在寻找优质储层时，高盐度沉积环境通常是首选区域。

4 结论

a.镇原地区长8油层组古盐度恢复结果显示，该区域湖泊水质呈现半咸水—咸水的特点，Adams公式计算结果比Couch公式计算结果更为可靠。

b.不同方位湖泊水体盐度不同，平面分布有所差异，变化规律也不相同，盐度主要由北东、北西向中央与东南方向增大，与河流注入方向保持一致。

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