水文地质区带的划分及其与油气的关系
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发布时间：2023-07-13 07:32
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时间：2024-01-13 04:17
前述讨论了我国不同构造类型、不同自然地理环境下，几个有代表性含油气盆地的区域水文地质条件，从中可以看出，不论是几十万平方千米的大盆地、还是千余平方千米的小盆地(凹陷)；不论是多含油气层系的叠合盆地，还是单一含油气层的盆地；不论是海相沉积，还是陆相沉积；不论是地下水由周边向内部运动的闭流型盆地，还是地下水由内部向四周径流的敞开型盆地，它们都有相同或类似的水文地质规律，即地下水循环系统中，水动力与水化学是两个有联系的统一体。在区域水动力条件的背景上，水化学成分发生相应的变化，换句话说，地下水循环条件的变更，必然伴随着水化学成分的变化，并且具有空间上分区，纵向上分带的特点。水动力与水化学的相互关联或时空场的一致性，为研究油(气)水之间的关系，揭示油气聚集、分布的有利区带奠定了基础。
根据上述认识与成果，进一步研究分析、归纳总结含油气盆地的区域水动力场与水化学场的统一性及其规律是非常必要的。水文地质区带是概括水动力场与水化学场区域规律的一种方法。区域规律是认识(或解决)具体地质问题的前提，尤其是作为认识性的石油地质科学而言。如果区域规律不清楚，必然导致对局部或具体事件认识上的混乱。
我国石油水文地质工作者在研究水文地质区带时，都力图结合具体含油气盆地的实际资料，从不同的角度，以各自的依据提出许多有意义的方案(表5-5)。
从上述实例可知，含油气盆地内地下水，从盆地边缘向内部随着埋藏深度的增加，都存在着水动力条件与水化学环境相匹配的水文地质分区、分带现象。我国水文地质区带应用与研究，在划分依据、具体命名、涵盖内容等方面存着一定差异与分歧，有待进一步完善与规范。水文地质区带同油气聚集、保存有密切的关系，深入研究是十分必要的。
表5-5 我国主要盆地油田水文地质区带划分统计表
作者认为，在研究盆的构造条件，沉积特征的基础上，根据水动力条件和水化学环境两个方面建立统一的水文地质区带，在油气勘探开发中具有较高的意义。水文地质区带的建立，要考虑地下水流动速度，水化学成分(矿化度、水型、离子组合、
含量、rSO4/rCl、rNa/rCl)，地下水温度及水交替强度等因素。
地下水的流动速度，一般通过计算求得。根据等水位线图(或等折算水位线图)先确定地下水流向，即从高水位(或高折算压力)向低水位(或低折算压力)方向流动。沿地下水流向确定计算流速的地段与距离(长度)。
含油气盆地内地下水通常多为层流运动，其运动规律一般符合达西渗透定律，根据达西公式可以算出地下水的流速。
达西渗透定律的表示式如下：
含油气盆地水文地质研究
式中：Q为水流量，即单位时间内通过地层的水量；F为水通过地层的横截面积；K为渗透系数，相当于渗透率；H为地下水上、下断面的水位差，相当于水流动方向任意两点的折算水位(压力)差用P1，P2代替；L为水流径地层长度。
达西渗透定律是在实验室用装满砂的金属圆筒让水通过试验求得的。在实际应用中，尤其是计算油田水或含油气盆地地下水流速时，还应考虑液体黏度(μ)较高这个因素的影响，故上述计算公式可变为
含油气盆地水文地质研究
因为渗透速度
V=Q/F (5-3)
所以
含油气盆地水文地质研究
渗透速度V并不代表水在地层中运动的真正速度，而是一个引用数值，是通过断面F的平均流速，相当于在整个断面内不存在颗粒骨架的条件下所产生的流速。而实际速度(u)是与整个岩石断面中的孔隙和裂隙的面积有关，即与孔隙度φ有关。所以，实际速度(u)可用下式表示：
含油气盆地水文地质研究
比较公式(5-3)和公式(5-5)，则得
含油气盆地水文地质研究
从公式中不难看出，由于岩石孔隙度φ永远小于1，故渗透速度V总是小于实际流速u。已知V和φ便可求得实际速度u。
以刘方槐先生在川东南阳新统的实际探例，说明现代地下水实际流动速度的计算过程。
首先，在等折算水位线图上，查得最高折算水位为3000m(P1)、最低水位为420m(P2)，水位差值为2580m，近似等于258atm，(按10米淡水水柱重等于1atm计算)。高、低水位之间流径的距离为95km(L)。
其次，将实用单位换算为法定单位：1atm=101325 Pa；1泊=0.1 Pa·S。
经实验测定，阳新统地层的渗透率K=0.01×10-13cm2。孔隙度φ=0.01。地层水的黏度μ=0.001 Pa·S。
将上面求得的K，P1，P2，μ，L法定单位值代入(5-4)式，就得到所求方向上地层水引用渗透速度。
含油气盆地水文地质研究
将φ值代入(5-6)式求得实际流速。
含油气盆地水文地质研究
川东南阳新统地层地下水流动速度平均大约为0.01m/a或1cm/a。
不同含油气盆地地下水流动速度差别较大(表5-6)。同一盆地的不同地区也有一定的差异，因此，在划分水文地质区带时，要做大量、细致的计算工作。
表5-6 原苏联不同地区地层水运动速度
(据古列维奇，1972)
前已述及，我国油田水化学成复杂多变，在不同盆地各指标含量变化幅度较大，在划分水文地质区带时，用具体数值界线，难以建立通用的含量标准。作者主张用数理统计和地质统计方法，分别确定不同盆地水化学参数的分带值。例如，矿化度可分为相对的：极低值(地表水的均值)、低值(低于盆地内地下水均值)、中等值(地下水均值)、高值(大于地下水均值)。以这四个值域相对应的矿化度含量作为水文地质区带的分带值时，在不同盆地其绝对含量是不相同的。如松辽盆地地下水(K1)矿化度的极低值小于1g/L，低值1～4g/L、中等值为4～6g/L，高值大于6g/L。准噶尔盆地地下水(C)的矿化度值域分别是：小于4g/L、20～30g/L、35～50g/L，大于50g/L。
地下水的温度可通过实测求得。冀中坳陷古潜山地下水温度(2000m深)从供水区的29.3～43℃，到泄水区增高至91.8～101℃，在不同的水文地质区带内有特定的温度范围值。许多含油气盆地地温梯度都比较高(表5-7)。地温是划分水文地质区带及其研究与油气关系的重要参数。
表5-7 我国某些含油气盆地地温梯度对比表
根据上述依据，作者主张在含油气盆地内可分为四个水文地质区带。
1.水交替活跃-氧化环境区带(简称活跃-氧化带)
该带是盆地内研究目的层地下水的供水区，水量大，水交替作用最活跃，地下水与大气降水或地表水联系密切，多处于开启的氧化环境。矿化度低，水中离子含量变化较大，Cl-含量普遍低，形成以
H
C
O
3
-
为
主
的
顺序，水化学成分显示冲刷、淡化作用的特点(表5-8)。地温梯度一般接近或低于正常值。该带内可偶见油气苗外，大部分地区不利于油气聚集和保存，属于无油气勘探远景的地区。
表5-8 活跃-氧化带水化学特征 单位：g/L
2.交替滞缓-氧化、弱还原区带(简称滞缓-弱氧化带)
此带地下水交替作用减弱，比较缓慢，大气降水与地表水的直接补给已结束，转而变为以渗入成因水入渗作用为主，在区域上形成比较完整统一的地下水流线。矿化度沿主流线方向开始有序增高，离子组成发生变化，其中Cl-增高速率较快，rSO4/rCl开始变小，离子组合在以
—Na+为主的前提下，出现
·Cl-—Na+型(表5-9)。由于储水层的孔隙结构(孔隙度和渗透率等)较好，有利于地下水流动，地下水连通性较好，径流畅通。地下水化学成分趋向富集作用，处于半开启的氧化与还原过渡的水文地球化学环境。地温梯度普遍大于正常值。总体来讲，水动力条件和水化学环境对油气聚集与保存条件尚好。在圈闭较好的前提下，可发现一定储量的油气藏。该带是寻找重质油(稠油)的有利区带，也是水压驱动作用下天然气赋存的有利地带。如松辽盆地中部组合含水岩系的西部斜坡区、下部组合含水岩系朝阳沟阶地区；东营凹陷古近系含水岩系的周边地区；泌阳凹陷核三段含水岩系的北部斜坡区；辽河坳陷的西部凹陷；二连盆地次级构造的凹陷边缘地区及吐哈盆地巴喀—丘陵西等地区。
表5-9 滞缓-弱氧化带水化学特征 单位：g/L
3.交替阻滞-弱还原区带(简称阻滞-弱还原带)
此带处于渗入成因水与沉积成因水交界面的内侧，交替作用进一步减弱，地下水径流条件变差，流速变缓。水化学成分向浓缩变质方向发展，矿化度增高速率较快，离子含量与组合发生变异，其中氯离子和钠离子明显增高，
降低，
相对稳定或减少rSO4/rCl和rNa/rCl比值变小，趋向稳定的还原环境(表5-10)，地温梯度较高，有利于油气的储集与保存。我国许多盆地油气产量和储量大都分布在该带中。如松辽盆地大庆油田周边的外围油田、吉林油田、二连盆地已发现的油气田；渤海湾盆地的诸多油气田；塔里木盆地许多油气田(柯克亚等)均位于该带内；吐哈盆地的丘陵东区块及鄯善构造带上等油气田。汪义先(1983)高级工程师统计了泌阳凹陷不同水文地质区带内的油气储量，认为该带内石油储量最大，占核三段已探明储量的65.9%(表5-11)。
表5-10 阻滞-弱还原带水化学特征 单位：g/L
表5-11 泌阳凹陷各水文地质区带内探明的油气储量
4.交替停滞带-还原区带(简称停滞-还原带)
该带水交替极其微弱，地下水径流极慢，基本处于停止状态，以沉积成因水为主。矿化度增高很快，多达到各自盆地的最高值，Cl-，Na+进一步富集浓缩，基本上不含
或很低，
明显降低，rNa/rCl朝着趋向于1或小于1的方向发展，水化学成分进入浓缩变质阶段(表5-12)。处于还原程度较高的封闭环境，地温梯度一般达到最高阶段。有利于油气成藏。如松辽盆地的主力油田；二连盆地的主要油田；渤海湾盆地的诸多油田；我国西部大型盆地的多数油田等均位于此带内。地下水的主要富集离子、矿化度等同原油相对密度、黏度、含蜡量等多呈相反的消长关系，原油性质好，多为原生型的常规原油。
表5-12 停滞-还原带水化学特征 单位：g/L
上述四个水文地质区带，在我国含油气盆地均见及，它们在横向和纵向上的分布及其同油气藏的良好配置关系如图5-28，29，30，31，32所示。
沉积盆地在形成过程中的阶段性发育特征，为有成生联系的水动力条件和水化学成分形成一致性的水文地质区带奠定了地质基础，切合实际而科学地划分水文地质区带，在油气勘探开发中具有一定的理论意义和应用价值。在不同的水文地质区带内，分布着原油成分和性质有差异的油气藏。在含油盆地内，一旦发现某种性质的原油，可以依据所处的水文地质区带推测和预测进一步勘探的方向和有利靶区(纵向上与横向)例如，如果在滞缓—弱氧化带发现重质油，则向盆地内与深部的阻滞—弱还原带或停滞—还原带继续进行勘探，是找到正常原油或大型油气藏的有利场所。从水文地质观点，根据水文地质区带特点，可为部署油气勘探工作提供一方面的证据。
图5-28 松辽盆地北部水文地质区带平面图
图5-29 泌阳凹陷核三段水文地质区带平面图
(据汪义先等，1982～1988)
Ⅰ—活跃-氧化带；Ⅱ—滞缓-弱氧化带；Ⅲ—阻滞-弱还原带；Ⅳ—停滞-还原带
图5-30 吐哈盆地台北凹陷中侏罗统水文地质区带剖面图
图5-31 塔里木盆地水文地质区带剖面图
图5-32 冀中坳陷古潜山水文地质区带剖面图
(据汪蕴璞，1987，改编)
