霸县凹陷古近系地层水化学特征与油气运聚的关系

李荣耀，王鑫，张文杰

（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580）

在含油气盆地中，地层水作为盆地流体的一个主要组成部分，其活动与循环样式反映油气与成矿物质运移的方向。地层水是油气运移、聚集的载体，它的形成及其运动规律与油气的生成、运聚及油气藏的形成、保存和破坏有着十分密切的联系。本文根据霸县凹陷各油田大量地层水分析测试数据的统计分析，研究霸县凹陷地层水化学的垂向和平面分布特征，结合构造发育、超压分布情况，揭示地层水化学特征与油气运聚的关系，从而加深对霸县凹陷油气运聚机理研究的认识。

1 区域地质背景

霸县凹陷位于冀中坳陷东部凹陷带中央，西邻牛驼镇凸起，以牛东断裂与凸起为界，向东过渡为文安斜坡，北以霸县二台阶断裂与廊固凹陷相隔，南以鄚州-长丰镇南横向调节带与饶阳凹陷毗邻。以基底形态为主，结合盖层特征可以将霸县凹陷划分为：霸县洼槽，淀北洼槽，岔河集、高家堡断裂背斜带，鄚州、二台阶断裂带，苏桥、史各庄、长丰镇断裂鼻状带等二级构造带。

霸县凹陷新生代地层发育齐全，自下而上发育古近系孔店组、沙河街组、东营组和新近系的馆陶组、明化镇组以及第四系地层。霸县凹陷古近系发育Es1下、Es3、Es4三套具有商业油气供应能力的有效烃源岩。霸县凹陷古近系在Es1、Es3、Es4发育超压，为油气运移提供动力。霸县凹陷古近系Es4、Es3、Es2、Es1、Ed均为含油气层系，并在岔河集-高家堡、苏桥-文安、二台阶、鄚州四个地区形成复式油气聚集带。

图1 霸县凹陷岔4 -苏62地层水化学垂向分带与油气成藏剖面图

2 地层水化学特征与油气运聚的关系

2.1 剖面关系

地层水化学特征反映了沉积、成岩和运聚成藏过程中流体与围岩作用的特征，压力场作为油气运移的重要动力，断裂作为油气运移的重要通道，均与水化学场具有一定联系，可以共同揭示油气运聚、成藏规律。选取过岔河集断背带-霸县洼槽-苏桥断鼻带的岔4井-苏62井油气成藏剖面，分析地层水化学与油气运聚的剖面关系。霸县凹陷洼槽区在沙三段、沙一段均发育超压体系，按地层水矿化度垂向分带和油气分布特征得出如下关系。

泥岩压实排水淡化带：深层泥岩段地层发育超压，泥岩段压实排水在超压驱动下离心流动，地层水矿化度较低，水动力大，在保存条件好的区域聚集油气。主要分布在凹陷洼槽区，易形成岩性、构造-岩性油气藏，油气藏规模较小。

越流泄水浓缩带：深层有直接沟通烃源岩-圈闭的油源断裂，油气随压实排出的淡水在断层沟通作用下快速向浅层上涌泄压越流，遇到盖层遮挡，在合适圈闭内聚集，地层水发生泄水浓缩作用，地层水矿化度较高。主要分布在凹陷断裂背斜带等正向构造带，易形成背斜、断层等构造油气藏，油气藏规模大（图1）。

大气水下渗淡化带：浅层由于地层抬升剥蚀或断层开启，受地表大气水下渗淋滤作用影响大，地层水矿化度较低。主要分布在凹陷边缘，不易形成油气藏（图1）。

因此，洼槽区泥岩压实排出淡水，矿化度较低，形成泥岩压实排水淡化带，地层水与油气在超压驱动下离心流动，沿断裂输导体系从洼槽区向正向构造带向上越流，越流过程中地层水不断泄水浓缩，矿化度增大，形成越流泄水浓缩带，油气遇到正向构造带内合适的圈闭聚集起来形成油气藏，剩余流体流动到凹陷边缘受到大气水下渗淋滤淡化作用，矿化度减小，形成大气水下渗淡化带。

2.2 平面关系

霸县凹陷古近系洼槽区普遍发育超压，从洼槽区向正向构造带压力递减为弱超压，在凹陷边缘为常压。从洼槽区向正向构造带方向，随着压力系数的减小，地层水矿化度有增大的趋势。反映了在洼槽区由于发育超压，地层水发生泥岩压实排水淡化作用，随着压力系数减小、运移动力减弱，地层水在正向构造带发生泄压浓缩作用。古近系地层水矿化度沿断层走向具带状分布特点，矿化度高值区集中在正向构造带的断层上盘（下降盘）。反映了洼槽区地层水沿断层输导运移至断层下降盘，在断背带、断鼻带等正向构造带发生浓缩作用。

根据霸县凹陷地层水矿化度与地层压力、构造断裂的关系，结合古近系油气分布特征，发现霸县凹陷古近系油气主要沿矿化度递增方向、压力系数等值线的递减凸面及断层倾向发生优势运移，并在矿化度高值区、弱超压-常压区和断层下降盘域的岔河集断背带、高家堡断背带、史各庄断鼻带等正向构造带发生油气聚集，说明霸县凹陷矿化度高值区、压力低值区与断层下降盘的叠合区域是油气聚集的有利场所。

3 结语

（1）霸县凹陷地层水组成中阳离子以Na+、K+为主，阴离子以Cl-为主。地层水矿化度随深度变浅先增大后减小，水型以CaCl2型水为主，NaHCO3型水次之。地层水化学剖面具有明显的阶段性，从深到浅划分为泥岩排水淡化带、越流泄水浓缩带和大气水下渗淡化带三个水化学带。

（2）霸县凹陷洼槽区泥岩压实排出淡水，形成泥岩压实排水淡化带，地层水与油气在超压驱动下离心流动，沿断裂输导体系向上越流，在正向构造带形成越流泄水浓缩带，油气遇到合适的圈闭聚集成藏，剩余流体流动到凹陷边缘形成大气水下渗淡化带。霸县凹陷泥岩压实排水淡化带属于超压流体系统，易形成岩性、构造-岩性油气藏，油气藏规模较小；越流泄水浓缩带属于弱超压-常压流体系统，易形成背斜、断层等构造油气藏，油气藏规模大；大气水下渗淡化带属于常压流体系统，不易形成油气藏。

（3）霸县凹陷古近系油气主要沿矿化度等值线的递增方向、压力系数等值线的递减凸面及断层倾向发生优势运移，并在矿化度高、弱超压-常压区和断层下降盘的岔河集断背带、高家堡断背带、史各庄断鼻带等正向构造带发生油气聚集。霸县凹陷矿化度高值区、压力低值区与断层下降盘的叠合区域是油气聚集的有利场所。