霸縣凹陷古近系地層水化學特征與油氣運聚的關系

李榮耀，王鑫，張文杰

（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東 青島 266580）

在含油氣盆地中，地層水作為盆地流體的一個主要組成部分，其活動與循環樣式反映油氣與成礦物質運移的方向。地層水是油氣運移、聚集的載體，它的形成及其運動規律與油氣的生成、運聚及油氣藏的形成、保存和破壞有著十分密切的聯系。本文根據霸縣凹陷各油田大量地層水分析測試數據的統計分析，研究霸縣凹陷地層水化學的垂向和平面分布特征，結合構造發育、超壓分布情況，揭示地層水化學特征與油氣運聚的關系，從而加深對霸縣凹陷油氣運聚機理研究的認識。

1 區域地質背景

霸縣凹陷位于冀中坳陷東部凹陷帶中央，西鄰牛駝鎮凸起，以牛東斷裂與凸起為界，向東過渡為文安斜坡，北以霸縣二臺階斷裂與廊固凹陷相隔，南以鄚州-長豐鎮南橫向調節帶與饒陽凹陷毗鄰。以基底形態為主，結合蓋層特征可以將霸縣凹陷劃分為：霸縣洼槽，淀北洼槽，岔河集、高家堡斷裂背斜帶，鄚州、二臺階斷裂帶，蘇橋、史各莊、長豐鎮斷裂鼻狀帶等二級構造帶。

霸縣凹陷新生代地層發育齊全，自下而上發育古近系孔店組、沙河街組、東營組和新近系的館陶組、明化鎮組以及第四系地層。霸縣凹陷古近系發育Es1下、Es3、Es4三套具有商業油氣供應能力的有效烴源巖。霸縣凹陷古近系在Es1、Es3、Es4發育超壓，為油氣運移提供動力。霸縣凹陷古近系Es4、Es3、Es2、Es1、Ed均為含油氣層系，并在岔河集-高家堡、蘇橋-文安、二臺階、鄚州四個地區形成復式油氣聚集帶。

圖1 霸縣凹陷岔4 -蘇62地層水化學垂向分帶與油氣成藏剖面圖

2 地層水化學特征與油氣運聚的關系

2.1 剖面關系

地層水化學特征反映了沉積、成巖和運聚成藏過程中流體與圍巖作用的特征，壓力場作為油氣運移的重要動力，斷裂作為油氣運移的重要通道，均與水化學場具有一定聯系，可以共同揭示油氣運聚、成藏規律。選取過岔河集斷背帶-霸縣洼槽-蘇橋斷鼻帶的岔4井-蘇62井油氣成藏剖面，分析地層水化學與油氣運聚的剖面關系。霸縣凹陷洼槽區在沙三段、沙一段均發育超壓體系，按地層水礦化度垂向分帶和油氣分布特征得出如下關系。

泥巖壓實排水淡化帶：深層泥巖段地層發育超壓，泥巖段壓實排水在超壓驅動下離心流動，地層水礦化度較低，水動力大，在保存條件好的區域聚集油氣。主要分布在凹陷洼槽區，易形成巖性、構造-巖性油氣藏，油氣藏規模較小。

越流泄水濃縮帶：深層有直接溝通烴源巖-圈閉的油源斷裂，油氣隨壓實排出的淡水在斷層溝通作用下快速向淺層上涌泄壓越流，遇到蓋層遮擋，在合適圈閉內聚集，地層水發生泄水濃縮作用，地層水礦化度較高。主要分布在凹陷斷裂背斜帶等正向構造帶，易形成背斜、斷層等構造油氣藏，油氣藏規模大（圖1）。

大氣水下滲淡化帶：淺層由于地層抬升剝蝕或斷層開啟，受地表大氣水下滲淋濾作用影響大，地層水礦化度較低。主要分布在凹陷邊緣，不易形成油氣藏（圖1）。

因此，洼槽區泥巖壓實排出淡水，礦化度較低，形成泥巖壓實排水淡化帶，地層水與油氣在超壓驅動下離心流動，沿斷裂輸導體系從洼槽區向正向構造帶向上越流，越流過程中地層水不斷泄水濃縮，礦化度增大，形成越流泄水濃縮帶，油氣遇到正向構造帶內合適的圈閉聚集起來形成油氣藏，剩余流體流動到凹陷邊緣受到大氣水下滲淋濾淡化作用，礦化度減小，形成大氣水下滲淡化帶。

2.2 平面關系

霸縣凹陷古近系洼槽區普遍發育超壓，從洼槽區向正向構造帶壓力遞減為弱超壓，在凹陷邊緣為常壓。從洼槽區向正向構造帶方向，隨著壓力系數的減小，地層水礦化度有增大的趨勢。反映了在洼槽區由于發育超壓，地層水發生泥巖壓實排水淡化作用，隨著壓力系數減小、運移動力減弱，地層水在正向構造帶發生泄壓濃縮作用。古近系地層水礦化度沿斷層走向具帶狀分布特點，礦化度高值區集中在正向構造帶的斷層上盤（下降盤）。反映了洼槽區地層水沿斷層輸導運移至斷層下降盤，在斷背帶、斷鼻帶等正向構造帶發生濃縮作用。

根據霸縣凹陷地層水礦化度與地層壓力、構造斷裂的關系，結合古近系油氣分布特征，發現霸縣凹陷古近系油氣主要沿礦化度遞增方向、壓力系數等值線的遞減凸面及斷層傾向發生優勢運移，并在礦化度高值區、弱超壓-常壓區和斷層下降盤域的岔河集斷背帶、高家堡斷背帶、史各莊斷鼻帶等正向構造帶發生油氣聚集，說明霸縣凹陷礦化度高值區、壓力低值區與斷層下降盤的疊合區域是油氣聚集的有利場所。

3 結語

（1）霸縣凹陷地層水組成中陽離子以Na+、K+為主，陰離子以Cl-為主。地層水礦化度隨深度變淺先增大后減小，水型以CaCl2型水為主，NaHCO3型水次之。地層水化學剖面具有明顯的階段性，從深到淺劃分為泥巖排水淡化帶、越流泄水濃縮帶和大氣水下滲淡化帶三個水化學帶。

（2）霸縣凹陷洼槽區泥巖壓實排出淡水，形成泥巖壓實排水淡化帶，地層水與油氣在超壓驅動下離心流動，沿斷裂輸導體系向上越流，在正向構造帶形成越流泄水濃縮帶，油氣遇到合適的圈閉聚集成藏，剩余流體流動到凹陷邊緣形成大氣水下滲淡化帶。霸縣凹陷泥巖壓實排水淡化帶屬于超壓流體系統，易形成巖性、構造-巖性油氣藏，油氣藏規模較小；越流泄水濃縮帶屬于弱超壓-常壓流體系統，易形成背斜、斷層等構造油氣藏，油氣藏規模大；大氣水下滲淡化帶屬于常壓流體系統，不易形成油氣藏。

（3）霸縣凹陷古近系油氣主要沿礦化度等值線的遞增方向、壓力系數等值線的遞減凸面及斷層傾向發生優勢運移，并在礦化度高、弱超壓-常壓區和斷層下降盤的岔河集斷背帶、高家堡斷背帶、史各莊斷鼻帶等正向構造帶發生油氣聚集。霸縣凹陷礦化度高值區、壓力低值區與斷層下降盤的疊合區域是油氣聚集的有利場所。