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油田水文地质特征与油气关系班级：资勘13-3学号：2013440420姓名：李杰 指导教师：李光云重庆科技学院石油与天然气工程学院2014-11-05目录1 油田水文地质研究现状41.1 油田水文地质的概念41.2 油田水文地质的发展历程41.3油田水文地质的一些研究成果实例51.3.1吐一哈盆地温吉桑现代水文地质条件与油气聚集51.3.2中国海相地层水文地质地球化学与油气保存条件研究62 水化学特征与油气关系72.1地层水垂直分带性72.1. 1地层水垂直分带原则72.1. 2地层水垂直分带特征82.2地层水横向分区性82.3地层水化学性质与油气保存的关系93 水动力条件与油气关系103.1高矿化度NaHC03型水成因与油气运聚关系104 结论134.1 水文地质研究的进展134.2 水地球化学特征与油气关系134.3 水动力条件与油气聚集规律13摘要：油气田水文地质学是研究含油气地区地下水的科学，即研究该地区地下水的形成条件、运动规律、分布及埋藏条件、动态变化规律，以及研究地下水在油气运聚、油气藏形成、保存和破坏、油气勘探和开发过程中的作用等。因此，油气水文地质学研究的范围及其广泛，所以它与其他学科的关系也是非常密切的。油气田水文地质学是水文地质学、更是地质学的一部分、与地质学的发展有着密切的联系；尤其是与地貌学、第四纪地质学、构造地质学、矿物岩石学及矿床学等学科的关系非常密切。在地壳上部进行着岩浆、变质、内生成矿、成岩等作用。在这些作用中都有地下水参与，并对这些作用产生各种不同的影响。关键词：研究现状 研究展望 水化学 水动力条件1 油田水文地质研究现状1.1 油田水文地质的概念油气田水文地质学是水文地质学的一个分支学科，是在水文地质学发展的基础上发展并独立而成的，因此，在研究油气田水文地质学的发展历史时，必须从研究水文地质学的发展历史开始。利用水文地质学基本原理解决油气水文地质学方面的问题，研究含油气地区地下水的形成条件、运动规律、分布及埋藏条件、动态变化规律以及在油气运移、聚集、油气藏形成、保存和破坏、油气勘探和开发过程中的作用。油气田水文地质学与水力学、地下水动力学、钻井工程、采油工程、测井、物探等也有一定联系。1.2 油田水文地质的发展历程  水文地质学是研究地下水的科学，是劳动人民与地下水进行斗争（包括利用地下水和排除其危害）的经验总结。水文地质学形成一门独立的科学是比较晚的。但关于地下水方面的知识，在国外和我国很早以前就有了。约在公元前54世纪期间成书的、我国也是世界上最老、内容相当丰富的矿产地质文献山海经中，就有了关于地下水的记载。例如经中写道“又东五百八十里曰南禺之山。其上多金玉，其下多水。有穴焉，水出。辙又夏乃出，冬则闭”（南山经）；“积石之山，其下有石门,河水冒以西流”（西山经）。经中还记载了其他许多丰富的科学材料。所以这些关于利用自然的思想，都远远超出了同时期其他国家的水平。这些思想在欧洲几乎在文艺复兴时期，才陆续出现。  随着国民经济建设的需要，各部门都先后建立了专门机构从事水文地质工作，到1982年为止，全国总计约有水文地质技术人员（包括科研、生产和教学）10000人左右。  据阎锡屿等（1982年）研究，解放30多年来，我国水文地质科学的发展，大致经历了以下三个阶段：  第一阶段（50年代）。主要是学习国外的经验，从无到有的建立我国的水文地质事业，主要是配合一些铁路和大、中型水库建设进行了水文地质工程地质勘察研究，并在广大地区先后开展了中比例尺的区域水文地质普查和一些其他专门型的水文地质工作，如工矿企业个大、中城市供水水文地质调查工作。  第二阶段（60年代）。由于我国自然环境和地质、水文地质条件错综复杂，生产建设中新的问题不断出现。为了发展农业，在我国东部的几个大平原，如黄淮海平原等，陆续开展了与农田有关的农田水文地质和改良盐渍化土壤的水文地质工作。为了发展牧业、消灭缺水草场，60年代初期曾以生产、科研和教学三结合的方式在内蒙古进行过大规模找水工作。以后为了配合内地建设需要，广泛开展了在山区基岩中寻找水源的供水水文地质工作，解决了部分缺水山区人畜饮用水困难问题。  第三阶段（70年代以后）。在区域水文地质方面完成了1:2000001:500000的水文地质普查约3500000k,填补了很多空白地区，在过去一直认为干旱缺水的地区（如河西走廊北山地区）找到了一定数量的地下水源。目前我国除青藏高原、沙漠腹地、大片森林覆盖地区和部分高山地区约2600000 k面积尚未开展工作外，其他地区基本上都有了系统的区域水文地质资料。全国大部分省（市、区）都编制出版了该省（市、区）的综合水文地质图件。特别是中华人民共和国水文地质图集和说明书的正式编制出版，标志着中国区域水文地质研究已达到了一个新的水平，为今后的水文地质区划和研究工作打下了良好的基础。  在国外，例如苏联，十月革命后，由于社会主义建设的需要，水文地质学发展也很快，目前已经发展成为若干门独立的实用学科。油气水文地质学就是其中之一。60年代及其以后，苏联公开出版有关油气水文地质方面的专著和文章都是比较多的，说明油气水文地质学在苏联发展较快。在这方面，B.A.苏林、A.A.卡尔采夫、T.M.苏哈列夫等的贡献较大。苏林在1935年著了苏联油田水一书，书中对苏联大量油田地下水资料进行了第一次系统的整理，为以后继续研究苏联油田水，打下了良好的基础。在他后来的著作，如天然水系中的油田水、油田水文地质学中，也阐述了很多关于油田水的重要理论。这些理论在研究油田水下水方面具有很大意义，对我国也有一定影响。尤其是苏林关于油田水的化学分类，更是广泛地被我国油气田水文地质工作者所采用。1.3油田水文地质的一些研究成果实例1.3.1吐一哈盆地温吉桑现代水文地质条件与油气聚集 吐一哈盆地温吉桑地区自侏罗纪以来的水文地质作用可划分为2个旋回和4个阶段。晚侏罗世晚期至白坐纪以渗透水文地质作用为主，流体交替积极，是油气运移、聚集及油气藏形成的重要时期。温吉桑地区的断裂带附近地层水遭到了渗透水的改造，而远离断裂带的地层水封闭较好。温吉桑地区自三叠纪末印支运动之后，岩石圈趋于稳定，地壳因热收缩作用导致均衡沉降，开始接受侏罗纪的沉积物并不断被埋藏，当埋深不太大时(处于正常压实段)，地层中的流体压力将保持正常静水压力，其梯度与孔隙流体的密度有关。当岩石的渗透率降低到所产生的毛管压力大于或等于孔隙流体压力时，孔隙流体不再能够顺畅地排驱和交替，流体压力将逐渐高于正常静水压力，产生异常孔隙流体压力。1.3.2中国海相地层水文地质地球化学与油气保存条件研究我国海相地层的油气藏被构造运动改造的强度较大，油气保存条件较差。地下水动力场的分布特征在油气藏的形成与演化过程中起着重要的作用。本文通过对比研究四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地已知海相油田与南方海相地层的水文地质地球化学特征，揭示了水文地质地球化学性质与油气保存条件的密切关系。沉积埋藏阶段是油气生成运移、聚集的主要时期;抬升剥蚀时期水文地质的最大特点是地层压实排水作用停卜，沉积埋藏水被大气水驱替、淡化。不整合而附近的封存大气水可能是油气藏被破坏和保存条件差的标志，也可能是有机质尚未进入二次生烃的重要指标。通常水文地质开启程度随着深度的增加而减弱。交替停滞带是不受地表水影响的水文地质带，有利于油气保存;自由交替带受地表水强烈影响，不利于油气保存。并且初步总结了一套比较系统的油气保存条件的水文地质地球化学综合判别指标体系。 含油气沉积盆地地下水动力场的理想模式可以归纳为两种，即对称型和不对称型(图1)。2 水化学特征与油气关系（以中扬子区海相地层水化学特征与油气保存为例说明）2.1地层水垂直分带性 根据中扬子区g6口海相探井地层水测试成果的总结与分析，结合盖层分布状况、水动力条件以及地表热液、热水、油气苗等流体的分布规律，中扬子区被划分为鄂西渝东、湘鄂西以及江汉平原3个相对独立的水化学系统。在3个水化学系统中，地层水化学特征又具有相似性即地层水垂直分带性和横向分区性。2.1. 1地层水垂直分带原则 主要依据中扬子区地层水的矿化度、变质系数、脱硫系数等标志性指标，将地层水纵向上分为3个带:自由交替带、交替阻滞带和交替停止带。2.1. 2地层水垂直分带特征中扬子区主要含水层自新到老，埋藏由浅入深，具有自由交替带一自由交替带、交替阻滞带一交替阻滞带、交替停滞带一交替停滞带变化的规律。由于构造活动改造程度的不同，鄂西渝东区、湘鄂西区及江汉平原区地层水垂直分带特征又具有差异性。2.2地层水横向分区性中扬子区上组合含水层主要包括有下三叠统、石炭系，下组合含水层主要包括中、上寒武统和上震旦统。在鄂西渝东、湘鄂西以及江汉平原3个相对独立的水化学系统中含水层水化学性质存在明显的分区性，各含水层矿化度变化趋势均为复向斜高于复背斜，矿化度由中心向周缘降低。根据其变化特性，各含水层横向上又分为3个区，即开启区、封存区以及次封存区。 1)开启区含水层完全暴露在地表，为供、泄水区或邻近供、泄水区，水位高，为自由交替水，地层水化学性质具有自由交替带的特点;地表广泛分布热液、热水、油气苗等流体。 2)封存区含水层未出露地表，具有盖层遮挡，或由于岩相变化以致与地面隔离;也没有使水能流到地面的通道和断裂，因此水不能泄出。即使有泄水区，地层水泄出的速度也极其缓慢，在很多情况下甚至是完全停滞的;远离供、泄水区，水位中等，并承受静水压力，为沉积承压水，地层水化学性质具有交替停滞带的特点;地表没有热液、热水、油气苗等流体分布。 3)次封存区界于以上二区之间，为它们的过渡区，地层水化学性质具有交替阻滞带的特点;有少量的热液、热水、油气苗等流体分布。鄂西渝东区石柱复向斜龙驹坝一建南构造一带，远离三叠一二叠系露头区，含水层具有侏罗系-中三叠统盖层覆盖，且厚度大，大于1200m;且分布连续，断层大多向上消失在嘉陵江组上部膏岩层内。地层水为沉积承压水，具有交替停滞带特点，目前已发现建南气田和龙驹坝含气构造。属于封闭区。石柱复向斜内邻近齐岳山、方斗山复背斜的茶园坪一青岗坪、茨竹娅一马鞍槽一双河口一带、张家祠-栗子湾一带以及利川复向斜中部。虽然侏罗系一中三叠区域盖层覆盖，但由于受到高陡背斜深大断层和三叠一二叠系露头区地表渗入水的侧向影响，飞三段地层水具有交替阻滞带特点。由于自上而下渗入水的交替程度逐渐减弱，黄龙组地层水具有交替停滞带的特点，总体认为该区为次封存区。其他地区，由于靠近方斗山、齐岳山高陡构造带碳酸盐岩裸露区，受淡水作用强烈，处于淡水供水区和泄水区内，水文地质条件呈现开启环境，盐1、卷1井地层淡水也可证实，所以该区为开启区。2.3地层水化学性质与油气保存的关系现代地层水地球化学特征取决于地质体演化过程中的溶解作用、阳离子交替吸附作用、生物化学作用、扩散作用、浓缩作用以及混合作用等。通过对中扬子区现代地层水化学特征研究，认为以上一系列物理化学作用都基于地质体环境的开启与封存状态，而这种状态又受控于构造活动改造的强弱。受构造活动改造程度弱的地区，盖层连续分布，断裂不发育，地质体封闭;受构造活动改造强的地区，盖层被剥蚀或剥蚀始尽，断裂发育，盖层被切割，地质体半封闭或开启。因此，地层水化学性质是油气保存条件的表征。从中扬子区地层水化学性质与油气保存的相关性分析来看，气层一般保存于地层水交替停滞带(封存区);含气层跨越交替阻滞带(次封存区)和交替停滞带(封存区);水层虽然存在于3个带中，但自由交替带(开启区)中仅存在水层，无气层或含气层。从建立的江汉平原地层水化学性质剖面分析可知，下组合地层水主要为交替停滞带，如海4井寒武系、奥陶系、志留系地层水矿化度分别为52. 55, 102. 14, 45. 4g /L，变质系数分别为0. 98,0. 35, 0. 59，脱硫系数分别为0.059, 0.016, 0.13，属于交替停滞带。从江汉平原区周缘的台2井震旦系地层水分析，属于交替阻滞带，主要是受构造活动改造较为强烈所致，而平原主体受构造活动改造相对较弱，下组合地层水可能具有更为封闭的环境。因此，下组合是油气分布的有利区。而上组合地层水交替阻滞带与交替停滞带交替出现，石炭系、泥盆系、上二叠统一中三叠统地层矿化度小于35g /L,属于交替阻滞带，下二叠统、上三叠统一白至系变质系数大于35g几，属于交替停带，表明上组合环境处于开启或半开启，油气保存较差，不利于油气保存。3 水动力条件与油气关系以准噶尔盆地陆梁地区水动力条件与油气运聚关系为例3.1高矿化度NaHC03型水成因与油气运聚关系在石南地区的侏罗系和夏盐地区的石炭系、二叠系都发现高矿化度NaHC03型水，如基001井西山窑组石南15井三工河组瓜及夏盐4井石炭系等。王仲侯认为，高矿化度NaHCO2:型水与深层潜伏的深断裂有关，是深层高浓度CO2进入地层水中，造成水中使地层水括化”，并把它作为寻找隐伏连通大断裂的一种依据匡。研究区内这种高矿化度的NaHC03型水分布在侏罗系的正断裂附近，且在石南地区的Jzx出现高矿化度的Na2S04型水或混合成因的Na2S04型水和MgClz型水。一方而这可能与岩层中存在长石矿物有关，或与溶有大量CO:的地表水的淋滤有关，另一方而与油气的运移有关。因此，工区内的NaHC03型水是有机成因CO2形成的，是烃源岩过成熟、高成熟阶段的伴生气体。研究表明，斜坡区油气是烃源岩在高成熟阶段通过不整合而运移聚集而成的，原油主要为轻质原油。3.2古水文地质旋回与油气运聚关系 卡尔采夫4969)指出，水文地质旋回即区域水文地质发展的一段时期，从区域下沉和海侵开始包括其后的隆起和海退)到下一次沉降和海侵前结束。一个水文地质旋回分为两个阶段，即沉积水文地质阶段和淋滤水文地质阶段，前者包括从区域沉降和海侵开始，并包括沉积作用和埋藏沉积水的整个时期;当区域隆起、海退含水岩石遭受剥蚀并发生地表水的渗入形成渗入水的整个时期则属淋滤水文地质阶段。当下次沉降来临，海水盖住了含水层的露头，较新的地层开始沉积，淋滤作用停i h:。汪蕴璞4980 1982)认为，随着地壳升降运动往复交替进行，在地史过程中可以相应地形成上述沉积作用和淋滤作用水文地质期的交替发展。因此，沉积作用旋回的划分可以反映地壳的构造运动和对油气运移聚集的控制作用。根据研究区内总矿化度、氯离子质量分数、钠氯比及碳酸盐平衡系数等的变化趋势及水型的变化特点，可将工区地史划分为三个地质旋回:第一水文地质旋回:C-T，属于深层静比开放的滞流型水动力系统，总矿化度、氯离子质量分数都呈下降趋势，钠氯比、碳酸盐平衡系数增大，反映深层水向上运移，越向上，封闭性变得越差，主要发育高矿化度的CaCl2水型。 第二水文地质旋回:J1bJ2x，属于中层弱开放的压实驱动型水动力系统，该系统从下到上，总矿化度、氯离子质量分数增大，钠氯比、碳酸盐平衡系数减小，封闭性变好，发育NaHC03型水。第三水文地质旋回:J2tK，属于浅层强开放的重力驱动型水力系统，该系统从下到上总矿化度、氯离子减小，钠氯比增大，碳酸盐平衡系数变小，封闭性变差，发育中一低矿化度的CaCL2型水。可以看出，沉积阶段是油气生成和初次运移的有利时期，淋滤期前的一段时间是油气二次运移和成藏的较好时期，淋滤期是油气藏破坏及次生油气藏形成3.3区域流体势特征 地下流体的渗流过程是一个机械运动过程，流体总是自发地由高能区向低能区运动，而流体势是对地下流体运动时所受到作用力及所具有的能量的综合反映，故对流体势的分析有助于判别油气运移方向 从流体势平而分布图可以看出，总体上流体势都是从西南向东北方向降低，但从早期到晚期，等值线在西部延伸方向有从西北向延伸向东西向延伸的变化趋势。说明从早期到晚期，西南向东北方向都是流体运移的较好路径，即盆1井西凹陷始终是油气运移路径较好的生油凹陷。而在早期仁叠纪到三叠纪，流体势从夏盐2、夏盐3陆8有降低趋势码湖凹陷方向;在晚期株罗纪及白至纪，等值线已变得平行于东西方向，说明早期玛湖凹陷的原油可以向夏盐凸起及陆中地区运移，而到晚期，这个方向对油气运移不太有利。4 结论4.1 水文地质研究的进展由于大多数生油岩含有大量水,而水又处于运动状态。我们通常假设这种压实水的运动对于生成烃类的运移是重要的。如果这种假设是正确的,为了更好的认识油气的运移,就必须仔细查明水源及其运动原因。对于上述水的运动,人们希望考虑水运移的体积、方向(垂直的或水平的)和时间(真柄钦次,191)。沉积盆地中运动的水主要有两种不同的类型: 大气水和压实水。尽管大气水和压实水在沉积盆地中存在各自不同的特点,但是作为油气运移的载体,它们起着相同的作用。石油的运移和聚集发生在地质历史时期,而受到隆起或剥蚀的地层中的地层水会产生相应的水动力条件,因此对现今流体环境的研究对于盆地区域内石油的运移和聚集有很大的帮助。随着石油勘探技术的不断进步和完善, 勘探成本也向降低的方向发展。但是,尽管水文科地质研究也在不断进步,但目前在盆地超压、烃类运移及其盆地水动力场等方面的研究还不是很深人,而且也存在不同的意见。4.2 水地球化学特征与油气关系(1)侏罗系地层水化学特征表明该区为陆相湖泊沉积体系特征。(2)侏罗系八道湾组和三工河组地层水矿化度低是构造运动频繁所致,地层封闭性差,不利于油气的保存;西山窑组封闭性较好,有利于油气的保存。(3)侏罗系三工河组、头屯河组、白垩系呼图壁河组地层水具有北高南低的特点,北部地层的封闭性较好,为油气有利聚集区。4.3 水动力条件与油气聚集规律(1)吐哈盆地侏罗系三间房组和西山窑组的地下水运动可分为两个阶段。第一阶段为沉积水渗入水运动,第二阶段为渗入水运动。第一阶段的地下水运动形成原生油藏,而第二阶段的地下水运动可以破坏原生油藏,使油气再次运移,也可以在原生油藏基础上再次聚集,增大其规模。如柯柯亚油田就是破坏的古油藏,而温吉桑油田就是得到再次聚集的、增大的原生油藏。(2)通过剖面二维有限元数值模拟显示,当边界条件一定时,渗透介质的性质决定了流场的形态,断裂带在地下水的运动中起着十分重要的作用。通过模拟得出的地下水排泄区位置与油藏的分布是一致的,计算压力与实测压力比较,除个别点外,相对误差均小于10%,说明模拟结果是可信的。(3)根据地下水的运动特征,预测了吐哈盆地的4类油气有利聚集区。参考文献（1）.油气水文地质（2）.新疆石油地质第24卷 第6期准噶尔盆地陆梁地区水动力条件与油气运聚关系（3）.石油与天然气地质第33卷 第5期苏里格气田西区致密砂岩储层地层水分布特征（4）.石油与天然气学报第29卷 第2期中扬子区海相地层水化学特征与油气保存 胡晓凤，王韶华，盛贤才(江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北潜江433124)（5）.地质学报第82卷 第3期 中国海相地层水文地质地球化学与油气保存条件研究楼章华，李梅，金爱民，朱蓉，浙江大学水文与水资源工程研究所，杭州，310028