川西坳陷须二气藏气田水成因、运移及其成藏演化

康保平，黄小燕，郭淑萍，李 振

(1. 中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院 ，四川 成都 610041； 2.成都信息工程大学，四川 成都 610001；3. 中国石化集团 西南石油局有限公司 培训中心，四川 成都 610081；4.中国石油 东方地球物理勘探有限责任公司 西南物探分公司，四川 成都 610213)

川西坳陷经历了早期的被动大陆边缘盆地、印支期的局限前陆盆地、燕山期的类前陆盆地和喜马拉雅期构造残余盆地演化[1]，形成了“三带两凹”的构造格局，即大邑-鸭子河构造带、新场构造带、知新场-中江-回龙构造带、成都凹陷和梓潼凹陷。西南油气分公司先后在新场、大邑构造带建成了须家河组二段气田，即：新场气田和大邑气田。投产后，新场和大邑气田气井出水时间、水量、水型均不相同，表现为气水关系复杂[2]。

本文以新场、大邑须二气藏为研究对象，利用气田水动态运移为直接介质，对新场、大邑须二气藏气田水成因、动态运移和成藏演化等方面进行对比，弄清造成新场、大邑须二气藏差异的根本原因，为西南油气分公司探区须二气藏提供理论依据，为进一步拓宽勘探开发提供导向。

1 川西坳陷须二气藏气田水类型

流体是联系各种地质要素和过程最为直接和活跃的媒介，流体的流动为油气的运移和聚集提供动力、通道和场所[3]。水总是与生烃母岩和油气相伴生的，它们在地史过程中互相依存、相伴演化。水是油气生成、运聚的载体，油气运聚成藏是水在地史进程中循环活动的结果,水也是油气现代分布和保存条件评价预测的重要内容[4]。

理论上，地层水来源有3个主要相应端元：原始沉积水、海相成因地层水和后期渗入淡水[3]。本文引用美国水文地质学家洛瓦克(Novk)相图分析法来判定川西须二气藏气田水的产层及类型[5]。该方法能快速有效地判别气田( 卤) 水产层及其化学特征，分析气田( 卤) 水运移的受控条件及有关组分的分布源点，是一种方便经济，又快速有效的方法[5]。

1.1 新场须二气藏气田水类型

新场构造位于四川盆地西部坳陷中段孝泉-新场-合兴场-丰谷北东东向构造带中段。2000年X851井在上三叠统须家河组须二(T3x2)获得了高产工业气流，发现了新场须二气藏。

对比新场须二气藏各井气田水的洛瓦克(Novk)相图与四川盆地标准剖面，新场须二气藏气田水对应的端元为海相成因地层水，即中三叠统雷口坡组(T2l)的海相成因地层水(图1)。

图1 新场、大邑须二气藏各井洛瓦克相图Fig.1 Novk’s phase diagrams of wells in Xinchang,Dayi gas reservoir

1.2 大邑须二气藏气田水类型

大邑构造位于龙门山冲断带内前缘隐伏构造带，是龙门山前缘隐伏构造带内的局部构造。2005年Y1井在上三叠统须家河组须二(T3x2)段获得工业气流，发现了大邑气藏。

对比大邑气藏各井气田水的洛瓦克(Novk)相图与四川盆地标准剖面，大邑气藏气田水对应的端元为原始沉积水和海相成因地层水，即须家河组原始沉积水和须下盆雷口坡组的海相成因地层水(图1)。

1.3 新场、大邑须二气藏气田水氘、氧同位素特征

通常情况，气田地层水与油气共存于同一个地质体形成气水同产现象，但因气田地层水因赋存层系和沉积演化等不同，其水化学及同位素地球化学特征各异[6]。前人研究表明新场须家河组二段水离子组合特征显示出海相地层水(沈忠民等，2010)。为了进一步识别新场、大邑气田水成因类型，利用地层水氘、氧同位素分析值，以雨水氘、氧同位素变化规律遵循全球大气降水直线方程(δD=δ18O+10)关系，视气田地层水的δD和δ18O值的落点判断其成因。大邑须二气藏提产后的气田水氘、氧同位素与新场须二气藏气田水落在相同区间，表明均为海相地层水；大邑须二气藏提产前的气田水氘、氧同位素值落点位于大气降水线左边，表明保存了初始同位素值，代表原始沉积赋存水(图2)。说明成藏后次生水的冲刷影响小，也可能代表未被构造运动破坏的原生气藏[7]。

图2 川西坳陷新场、大邑须二气田水氘、氧同位素关系Fig.2 Diagram of deuterium and oxygen isotopes of Xu 2 gas reservoir in Xinchang and Dayi in western Sichuan Depression

对比发现，洛瓦克(Novk)相图分析结果与气田地层水氘、氧同位素特征的结果是相吻合。

2 川西坳陷须二气藏气田水成因

流体(地层水和油气)的流动是沉积盆地内物质和能量传输的重要过程。油气田地层水可以提供流体成因、流动和水-岩相互作用的重要信息[8]。在油气生成、运移、聚集、保存和散失过程中，地层水与油气之间存在物质与能量的交换，蕴含了许多与油气藏形成和保存的相关信息[9]。地层水化学特征与油气的生、运、聚、散过程有着十分密切的关系[10]，能直接反映油气保存条件的好坏。本文采用钠氯系数、肖勒系数和脱硫系数(系数中的r为摩尔浓度)判断新场、大邑须二气藏气田水成因[8-11]。

1) 钠氯系数(rNa+/rCl-)

通常地下水封闭性越好、越浓缩、变质越深，其比值就越小，反映保存越有利。当rNa+/rCl-大于0.85时地层水为CaCl2Ⅰ型，反映保存条件差；当rNa+/rCl-为0.85～0.75时地层水为CaCl2Ⅱ型，反映保存条件较差；当rNa+/rCl-比值小于0.5时地层水为CaCl2Ⅴ型，属于原始沉积-高度变质水，反映保存条件好。

2) 肖勒系数(IBE)

当水中Cl->(Na++K+)时，水中的Na++K+与岩石吸附的Mg+或Ca+发生交换，使Na++K+减少，所以Na+

(1)

资料统计表明，古沉积水的油气田水IBE大于0.129；油气田水中含有渗入水时，IBE值小于0.129。

通常认为脱硫系数越小，反映地层水封闭性越好，越有利于油气的保存。脱硫系数小于1，认为地层水还原彻底，埋藏于封闭良好的地区；反之，则认为还原作用不彻底，可能受浅表层氧化作用的影响。

2.1 新场须二气藏气田水成因

新场须二气藏气田水rNa+/rCl-为0.50～0.63，表明其保存条件较差；IBE值为0.34～406.17，大于0.129，属于典型的古沉积水；脱硫系数均为小于1，反映气田水形成时封闭性好(表1)。

地层水蕴含的与油气藏形成和保存的相关信息及地层水的活动和性质直接或间接指示了流体系统的开放性和封闭性[10]。川西前陆盆地形成和演化过程中经历了多次构造运动，导致各层系间流体混合作用强烈(李巨初等，2001；刘树根等，2005)，不同层位之间气水存在一定的联系。新场须二气藏气田水为须下盆雷口坡组的海相成因地层水，是因为雷口坡组海相成因地层水后期保存条件较差而运移至须二气藏，使得新场须二气藏气田水为雷口坡海相成因地层水。

2.2 大邑须二气藏气田水成因

大邑须二气藏气田水rNa+/rCl-为0.20～0.49，属于保存条件好的原始沉积-高度变质地层水；IBE为4.07～84.88(远远大于0.129)，属于典型的古沉积水；脱硫系数为0.004～0.97(<1)，表明其形成时埋藏于封闭良好的地区，还原彻底，属于典型的古沉积水(表1)。试采中，大邑须二气藏气田水由须家河的古沉积水变化为须下盆雷口坡组的海相成因地层水。以Y1井为例分析其动态变化。

Y1井生产阶段分为稳产阶段和提产阶段。稳产阶段，气田水钠氯系数为0.2～0.28，脱硫系数为0.87～0.81，肖勒系数为35.74～72.92，化学特征表现为典型的须家河组原始沉积水 (图2;表1)。提产后，气田水钠氯系数变化从0.36升至0.6，脱硫系数为0.06～0.11，肖勒系数变化从73.59降为13.98。地层水由须家河原始沉积水变化为须下盆雷口坡组的海相成因地层水。与须家河原始沉积水相比，海相成因地层水其形成时保存条件较差。在这一点上，新场和大邑地区海相成因地层水是一致(图3)。由此可见，Y1井提产打破了原有的稳定生产状态，使两种原本隔离的地层水发生了纵向联系,雷口坡组的海相成因地层水随着断层上窜[12]，逐渐替代了须家河原始沉积水。

川西坳陷为龙门山推覆构造带的前陆盆地，其基底为中三叠统海相灰岩，向上依次为上三叠统马鞍塘组、小塘子组、须家河组、陆相煤系地层及侏罗系至白垩系陆相红层[13]。一方面，控制大邑构造的断层向上均未断开下侏罗统区域盖层，保存条件好；成藏期间，烃源岩生成的天然气沿孔隙性通道和断层等运移,在须二段、须三段和须四段内聚集[10],此时，气藏伴生水为须家河组原始沉积水；另一方面，控制大邑构造的断层向下断过须家河组进入三叠系含盐系地层，沟通了三叠系海相和陆相的主要烃源岩地层，对深埋地腹的气源垂向运移乃至油气聚集成藏都起到了非常重要的通道作用。提产破坏了气藏平衡，须下盆雷口坡组的海相成因地层水随着断层上窜并产出[12](图4)。

表1 大邑、新场须二气藏各井气田水化学特征参数Table 1 Chemical characteristic parameters of produced gas field water of Xu2 gas reservoir in Xinchang and Dayi

图3 大邑须二气藏Y1井采气曲线及洛瓦克相图(①,②原始沉积水;③—⑤海相成因地层水)Fig.3 Gas productivity curve and Novk’s phase diagram of well Y1 of Xu 2 gas reservoir in Dayi(①,②original formation water；③—⑤the marine formation water)

图4 大邑须二气藏流体运移图Fig.4 Fluid migration of Xu 2 gas reservoir in Dayi

3 川西坳陷须二气藏成藏演化

3.1 川西坳陷须二气藏断裂发育情况

据前人研究，川西坳陷经历了多次构造运动，最具影响的构造活动有印支(晚)期构造、燕山期和喜马拉雅期构造运动[14]。构造运动中形成的断裂有4期[14-15]：第一期，印支早中期形成的EW向断裂系统，主要分布于孝泉-新场-合兴场-丰谷及回龙地区，断裂比较简单，规模不是很大；第二期，印支晚期-燕山中期形成的NE向断裂系统，是川西前陆盆地发育最多、分布最广的断裂，对川西前陆盆地的形成和演化影响深刻；第三期，燕山晚期-喜马拉雅早期形成的断裂系统。断层规模小，主要分布于知新场、大邑构造等局部地区。新场地区发育NNE断裂系统，大邑地区发育EW和SN断裂系统；第四期，喜马拉雅晚期形成的断裂系统，在孝泉-新场-丰谷等地为SN断裂系统，而大邑地区该期构造运动表现为扭构造运动，未形成新的断裂[16](图5)。因此，川西坳陷新场、大邑须二气藏构造形变、裂缝影响均不同。

3.2 川西坳陷须二气藏成藏演化

有机包裹体是油气生成、运移和聚集的直接标志，是油气运移聚集过程的原始记录，这些记录一般不会因后期继承性的叠加改造而消失[17]。通过对这些流体包裹体中的烃类组分分析，可大致推断其聚集时期。前人研究表明：川西坳陷三叠统须家河组生烃期开始于印支晚期，主要排烃期是燕山中、晚期[5，14，18]，主要成藏期在燕山期-喜马拉雅期[19]。依据浙江大学鉴定有机包裹体均一温度，将川西坳陷须二段气藏主成藏期细化为T3末、J1—J3，J3晚期—K2。

图5 川西坳陷须二气藏断裂分布Fig.5 Fracture distribution of Xu 2 in the western Sichuan Depression

地层水与油气的运移、聚集和保存关系非常密切[19]。由于地层水运动是油气运移聚散的动力和载体，油气的生成、运移、聚集、保存和散失都是在地层水的环境里或是在地层水的参与下进行的，地层水与油气在地质历史进程中的活动是相互依存、制约的因果关系[20]。结合新场、大邑构造埋藏史、热史、生烃史及川西构造演化、油气运移期次[14，18]，川西坳陷须二气藏经历了3个成藏期，即：印支中期—燕山早期(J1)，燕山早期(J2)—燕山晚期和喜马拉雅期。第一成藏期，印支晚期开始生烃，有机质演化已进入石油窗阶段，油气为低熟油，流体为含有脱羧基酸性有机水和部分低熟油的混合流体。此时，新场、大邑构造处于雏形阶段，印支期构造运动形成是NE构造裂缝为含有低熟油的混合流体泄压排放和运移聚集提供通道，使油气原地聚集形成自生自储的小型原始油气藏，即自生自储为主的原生油气藏阶段；第二成藏期，燕山中期生烃达到高峰，此时油气由低熟油变为成熟油，流体为小型原始油气藏由构造初始隆升过程中释放的载烃油田水。此时，新场、大邑构造为发展阶段，印支晚期—燕山中期在新场、大邑形成的NNE和EW，SN断裂系统为原始油气藏的油气就近运移、聚集和形成较大规模的原生油气藏提供了通道条件；来自深部的高盐度地层水(来自中三叠统雷口坡组蒸发岩系)与原生油气藏泄压释放的载烃油田水混合物对原生油气藏进行破坏[18]，形成二次运移异地聚集形成早期次生油气藏，即油气二次运移、聚集和形成更大规模深部次生油气藏阶段；第三期成藏期，喜马拉雅晚期构造运动强烈，在新场形成SN向断裂系统，分支断层、褶皱和裂缝系统发育[21]，对储层具有很好的改造作用，对深部次生油气藏进一步改造，深部的高盐度地层水流体沿该期构造裂缝由深部向浅部运移和聚集[15]，对深层早期形成的气藏进行了调整、改造(秦胜飞等，2007)。现今新场须二气藏的气田水为雷口坡组海相成因地层水(也可能存在未被构造破坏的原生气藏)，佐证了喜马拉雅晚期构造对深部次生油气藏的改造。大邑地区该期构造运动表现为压扭构造运动，没有形成新的断裂，只是对早期形成的“X”型剪切缝进行了改造形成复合压扭性缝，多为封闭性断裂[16]。大邑须二气藏气田水稳产期为须家河组原始地层水，佐证了该期构造对大邑须二气藏未进行改造(图1，图6)。

图6 川西坳陷须二气藏成藏演化Fig.6 The evolution of Xu 2 reservoir gas accumulation in the western Sichuan Depression

总体上，川西坳陷须二气藏形成及分布主要受控于早期构造(印支—燕山期)，而晚期构造(主要是喜马拉雅期)仅对早期气藏起改造作用[22]。新场须二气藏经历了早期成藏、后期深盆气叠加和晚期裂缝改造；大邑须二气藏只经历了早期成藏和后期深盆气叠加。由此可见，燕山成藏期为川西坳陷须二气藏的主要成藏期，喜马拉雅期仅对早期的气藏起调整、改造作用，川西坳陷须二气藏是多期影响的产物[19]。

4 结论

1) 新场须二气藏气田水为雷口坡组的海相成因地层水，其形成时封闭性较好，但因后期保存条件变差雷口坡组海相成因地层水运移至须二气藏，造成现今的气田水为海相成因地层水。

2) 大邑须二气藏气田水由须家河组原始沉积水逐渐变为雷口坡组的海相成因地层水，其形成时封闭性，还原彻底，为典型的古沉积水，但因提产致使雷口坡组的海相成因地层水沿控制大邑构造的断层运移至须二段，须家河组原始沉积水逐渐被雷口坡组的海相成因地层水替代，与大邑须二气藏气田水动态变化特征相吻合。

3) 成藏演化表明,新场须二气藏经历了早期成藏、后期深盆气叠加和晚期裂缝改造；大邑须二气藏只经历了早期成藏和后期深盆气叠加，由于经历的成藏阶段和构造运动影响不同，造成了新场、大邑须二气藏气田水类型及动态特征不同，是成藏演化的结果。

参 考 文 献

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