鄂尔多斯盆地寨科地区和双河地区长2油层组地层水特征及差异

强 倩，李爱荣，欧明轩

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065)

0 引言

在油气成藏系统中，地层水作为驱动力和载体，在油气生成、运移、聚集和散失的全过程中，自始至终起着重要的作用。为此，众多学者对地层水性质与油藏关系进行了研究，普遍认为地层水矿化度、水型、特征参数、同位素特征等地球化学指标及特征可有效判识沉积盆地流体系统的开放性和封闭性，以及不同程度的反映油气藏的封闭性和保存条件[1-6]。前人在延长组中成藏组合(长4+5～长7)和下成藏组合(长8～长10)地层水性质与油藏的关系方面取得了一定的研究成果，但针对上成藏组合(长1～长3)，尤其是上成藏组合中的主要产油层长2油层组还缺少地层水性质与油藏关系方面的系统研究。因此，本文旨在通过对盆地寨科地区和双河地区长2油层组地层水性质及分布研究，分析两地区之间地层水性质及分布规律之间的差异，以期为盆地中生界延长组流体系统研究提供依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地是我国面积第二大的内陆沉积盆地，根据盆地构造形态及沉积演化历史，将盆地划分为六个二级构造单元，分别为：西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、伊盟隆起及渭北隆起[7-9]。研究区志丹油区属陕北斜坡中段，地理位置属陕西省延安市志丹县境内(图1)，区域构造简单、地势平缓，向西倾斜，倾斜角度小于1度，局部具有差异压实形成的鼻状隆起。

中生界三叠系延长组为主要的含油层系，依据凝灰质或炭质泥岩等标志层，结合沉积旋回、岩性组合等，将延长组自下而上划分为10个(长10～长1)油层组。其中，长2油层组由两个半沉积旋回组成，沉积厚度大约在90～121 m，电性特征明显，自然电位曲线均为明显的箱状负异常[10-12]。延长组地层水总体处于封闭的流体动力环境，但延长组顶部特别是长1、长2地层受剥蚀暴露期大气水淋滤作用的影响，地层相对开启，油气保存条件较差，如研究区的双河地区就位于侏罗纪古河谷地区，寨科地区则处于延长组古高地[13-15]。

图1 鄂尔多斯盆地构造区划及研究区位置图

2 地层水性质

2.1 地层水水样筛选

为了更好的研究志丹地区长2油层组地层水的性质及地层水特征与水文地质环境的关系，本文收集了大量研究区地层水的的分析数据。随着油井的不断开采，地层水的物理化学性质均会越来越偏离其原始地层水的性质，甚至在分析其与所处地质环境的关系时也会产生一定的影响。为此，在进行数据筛选时，对于有多个时期地层水分析数据的井，选择其最早的分析数据，进而在一定程度上减少不必要的影响。

储层改造过程中可能受到残酸影响，所取水样的离子组成、水型等会失真，用受残酸影响的地层水分析结果来判断地层情况必然会产生错误结论[16]。正常地层水的返排率较高，pH值为 6～8，离子组成以 Cl-，Na+，K+离子为主，ρ(Cl-)>ρ(Na+)[1]，变质系数为正值。受残酸影响或遭到破坏的地层水，pH值<6，地层水偏酸性，ρ(Na+)>ρ(Cl-)，变质系数为负值。综合上述影响因素，建立了简单的地层水水样筛选标准，最终在研究区筛选出272口井的长2地层水数据进行分析(寨科地区144口井，双河地区128口)。

2.2 地层水的化学组成与分类

2.2.1 地层水的化学组成

志丹地区长2油层组地层水主要离子组成为：Cl-、SO42-、HCO3-、Na++k+、Ca+、Mg+，各离子的含量关系为：Cl->Na++k+>Ca+>SO42->Mg+>HCO3-。长2双河地区的Cl-离子含量主要分布在6 630～79 168 mg/L，平均值为17 663 mg/L，占阴离子总量的87.4%；SO42-离子含量主要分布在97～7 238 mg/L，平均值为2 098 mg/L，占阴离子总量的10.9%；HCO3-离子含量主要分布在10.6～1 182 mg/L，平均值为255 mg/L，占阴离子总量的1.5%；Na++k+离子含量主要分布在1 976～3 1 084 mg/L，平均值为7 531 mg/L，占阳离子总量的67.3%；Ca+离子含量主要分布在653～7 776 mg/L，平均值为3 095 mg/L，占阳离子总量的25.8%；Mg+离子含量主要分布在123～2 203 mg/L，平均值为740 mg/L，占阳离子总量的6.7%(表1)。

长2寨科地区的Cl-离子含量主要分布在7 445～41 228 mg/L，平均值为26 826 mg/L，占阴离子总量的92.5%；SO42-离子含量主要分布在72～4 725 mg/L，平均值为1 743 mg/L，占阴离子总量的6.3%；HCO3-离子含量主要分布在54～854 mg/L，平均值为290 mg/L，占阴离子总量的1.1%；Na++k+离子含量主要分布在4 377～22 775 mg/L，平均值为15 421 mg/L，占阳离子总量的87.0%；Ca+离子含量主要分布在651～3 865 mg/L，平均值为1 956 mg/L，占阳离子总量的10.9%；Mg+离子含量主要分布在10～1 236 mg/L，平均值为356 mg/L，占阳离子总量的2.0%(表1)。

研究表明，研究区地层水中各离子的含量关系为：Cl->Na++k+>Ca+>SO42->Mg+>HCO3-。双河地区和寨科地区各离子浓度存在明显的差异，双河地区各离子浓度均低于寨科地区，表明两地区地层水的水—岩相互作用强度以及受后期改造程度差别较大。Cl-由于迁移性强不易被其它矿物表面吸附，也不为生物所积累，经常被用于反映海(咸)水入侵最敏感的水化学指标[17]。双河地区的Cl-离子含量不仅明显低于寨科地区且低于现今海水Cl-离子含量(19 324 mg/L)[18]，表明其可能受到海(咸)水入侵，由此可见双河地区长2油层组的封闭性差于寨科地区。

2.2.2 地层水的分类

地层水类型是反映油气运聚与保存条件的重要因素[19]。按照苏林(1946)分类法，可将油田中的地层水分为4种类型：CaCl2型、NaHCO3型、MgCl2型和Na2SO4型。一般认为，CaCl2型地层水处于水动力停滞区，封闭性较好，有利于油气的聚集成藏，而NaHCO3或 MgCl2型地层水则处于过渡性构造条件下，封闭性差，不利于油藏的聚集和保存。寨科地区长2油层组地层水的类型均为CaCl2型；而双河地区长2油层组地层水的类型则既有CaCl2型，又有MgCl2型，其中MgCl2型占5.4%。研究表明，寨科地区长2油层组的封闭性好于双河地区，更有利于油藏的保存。

表1 油层组地层水主要化成成分表

3 地层水矿化度及化学特征参数

3.1 矿化度

地层水的矿化度可以体现储层封闭性及蒸发浓缩的程度，储层封闭条件好，地层水蒸发浓缩程度大，矿化度相对较高。根据对志丹地区长2油层组272口井的272份水样分析统计，寨科地区地层水矿化度主要分布在14 356～70 761 mg/L，平均为46 596 mg/L，其中卤水(>50 000 mg/L)占40.3%；双河地区地层水矿化度主要分布在12 110～120 140 mg/L，平均为31 385 mg/L，其中卤水(>50 000 mg/L)占3.9%。寨科地区长2油层组地层水的矿化度平面展布图(图2a)所示，卤水主要分布在砂地比小于0.3的浅湖区域，盐水则主要分布在砂地比大于0.3的滨湖区域。浅湖地区，地层水矿化度有向湖中心不断增大的趋势；砂地比介于0.3～0.4的区域，矿化度分布最为复杂，可能由于该区域的水动力关系最为复杂所导致。根据矿化度的分布特征可知，寨科地区长2油层组浅湖区域的封闭性好于滨湖区域。双河地区长2油层组地层水的矿化度平面展布图(图3a)所示，地层水矿化度值整体低于寨科地区，卤水主要分布在浅湖区域，矿化度无其他明显的分布规律。研究表明，寨科地区长2油层组的封闭性好于双河地区，浅湖区域的封闭性好于滨湖区域，更有利于油藏的保存。

3.2 变质系数

变质系数即地层水中Cl-、Na+当量数值之差与Mg2+离子的当量数值比，是表征变质作用和阳离子吸附交换作用强弱的重要参数。变质系数越大，说明地层封闭性越好，油气保存条件越好。当为负值时，表明地层曾受过淋滤作用的影响。寨科地区地层水变质系数主要分布在10.5～213，平均为36.5；双河地区地层水变质系数主要分布在4.9～64.1，平均为14.5。寨科地区长2油层组地层水的变质系数平面展布图(图2b)所示，变质系数主要分布在30～40，变质系数大于40的区域主要分在砂地比小于0.3的浅湖区和砂地比大于0.4的滨湖区。根据变质系数的分布特征可知，寨科地区长2油层组砂地比小于0.3的浅湖区封闭性最好，其次为砂地比大于0.4的滨湖区，最后为砂地比介于0.3～0.4的区域。双河地区长2油层组地层水的变质系数平面展布图(图3b)所示，地层水变质系数值整体低于寨科地区，主要分布在10～20，变质系数分布无其它明显分布规律。研究表明，寨科地区长2油层组的封闭性好于双河地区，浅湖区域和砂地比大于0.4的滨湖区域封闭性更好，更有利于油藏的保存。

图2 寨科地区地层水矿化度和变质系数平面展布图

图3 双河地区地层水矿化度和变质系数平面展布图

3.3 钠氯系数

钠氯系数是反应地层封闭性、地层水变质程度以及地层水活动性的重要参数。一般认为，钠氯系数越大，表明其受渗入水的影响越大，地层封闭性越差，越不利于油气的保存，反之，钠氯系数越小，说明其受渗入水的影响越小，地层封闭性越好，越有利于油气保存。寨科地区地层水钠氯系数主要分布在0.44～0.63，平均为0.58；双河地区地层水变质系数主要分布在0.16～0.63，平均为0.44。寨科地区长2油层组地层水的钠氯系数平面展布图(图4a)所示，钠氯系数主要分布在0.55～0.60，变质系数分布无明显规律。双河地区长2油层组地层水的钠氯系数平面展布图(图5a)所示，地层水钠氯系数值整体低于寨科地区，主要分布在0.40～0.50，钠氯系数也无明显分布规律。研究表明，寨科地区长2油层组的封闭性好于双河地区，但钠氯系数与沉积相之间无明显关系。

3.4 脱硫系数

脱硫系数是指示地下水氧化还原程度的重要参数[21]。理论上，当脱硫系数<3时，说明地层水保存条件良好；当脱硫系数介于 3～10 时，表明地层可能受到浅、表层渗入水的影响；当脱硫系数>10 或者为负值时，表明封闭条件曾遭到破坏，可能受到大气降水淋滤作用的影响[22]。寨科地区地层水脱硫系数主要分布在0.37～26.3，平均为6.95；双河地区地层水脱硫系数主要分布在0.38～57.3，平均为13.3。寨科地区长2油层组地层水的脱硫系数平面展布图(图4b)所示，脱硫系数主要分布在3～10，脱硫系数大于10的区域主要分布在砂地比大于0.3区域，且在砂地比介于0.3～0.4的区域所占百分比最大。双河地区长2油层组地层水的脱硫系数平面展布图(图5b)所示，地层水脱硫系数值整体高于寨科地区，大部分区域的脱硫系数大于10。研究表明，寨科地区长2油层组的封闭性好于双河地区，更有利于油藏的保存。

图4 寨科地区地层水钠氯系数和脱硫系数平面展布图

图5 双河地区地层水钠氯系数和脱硫系数平面展布图

4 结语

(1)研究区长2油层组地层水的离子组成主要以Cl-、SO42-、HCO3-、Na++k+、Ca+、Mg+为主。双河地区和寨科地区各离子浓度存在明显的差异，双河地区各离子浓度均低于寨科地区，表明两地区地层水的水—岩相互作用强度以及受后期改造程度差别较大。

(2)研究区长2油层组浅湖区域的封闭性好于滨湖区域，砂地比介于0.3～0.4的区域由于水环境最为复杂，封闭性最差。

(3)寨科地区的矿化度、变质系数和钠氯系数高于双河地区，脱硫系数小于双河地区，说明寨科地区的封闭性好于双河地区，结合区域的地质条件，分析认为这种现象的发生，可能是由于双河地区长2油层组的顶部受到河谷侵蚀而具有一定的开启性，进而导致浅表水渗入而引起的。