Question

地下水峰面的含义与形成

Answer 1

渗入成因水和沉积成因水是含油气盆地内两种主要的地下水。它们在成因、径流特征、驱动能量、水化学成分等方面有很大的区别。对油气的运移、聚集、分布及成藏产生不同的影响。

沉积成因水的形成与地层的压实作用有关，地层压力以沉积盆地的沉降中心最大，压力系数最高，逐渐向盆地周边减小，地下水位或测势面也是在盆地沉降最深的部位最高，向盆地边缘逐渐降低，形如凸状，与盆地中现在地层的埋藏深度成影像关系。所以，地下水的横向流动方向是从盆地中心或较深的部位，指向盆地边缘；在垂向上地下水沿阻力最小的方向向上或向下流动。其水源的补给主要来自泥岩与泥质地层内的沉积水随上覆地层负荷增加而不断被挤出来的水。

沉积物中的水被挤出的动力是压实作用产生的地层压力。地层压力一般随地层埋藏深度的增加而增高，图5-41是东营凹陷，图5-42是东濮凹陷第三系原始地层压力与深度的关系图，图中斜线表示正常静水压力梯度，线上的各点压力系数(地层压力与静水压力之比)为1(或压力梯度为10⁴Pa/m)。从图中看出，两个凹陷在纵向上都可分为三个带，即浅部静水压力带(Ⅰ)，相当于正常压实带，地层压力值多位于静水压力曲线附近或略向左侧偏，深度为2200m(东营)和2000m(东濮)以内；中部为压力过剩带(Ⅱ)，相当于混合压实带，许多地层压力值均明显的向右偏离静水压力曲线，超压层(点)逐渐增多，分布深度为2200～3200m(东营)和2000～3500m(东濮)内；深部为异常高地层压力带(Ⅲ)，相当于欠压实带，绝大部分为超压力点，测得的最高压力值明显向着地静压力方向(右)偏移，大致位于3200m(东营)和3500m(东濮)深度以下。

图5-41 东营凹陷实测第三系原始地层压力与深度的关系图

(据杨绪充，1985，修改)

图5-42 东濮凹陷实测第三系原始地层压力的纵向变化

(据杨绪充，1989)

原始地层压力在纵向上的变化及深层高与异常高地层压力在含油气盆地中普遍存在，它不仅是流体(包括沉积成因水和石油、天然气)流动的能量与动力，而且是沉积成因水继续获得储量或补充水源的主要动力。我国水文地质学者刘方槐、邸世祥、杨绪充等对四川盆地、松辽盆地、济阳坳陷等地区地下水动力环境及其与地层压力的关系，进行了较深入细致的研究，本书不再重复。

渗入成因水的流动特性，在盆地周边主要受地形和重力作用的影响。在基岩出露区的潜水由高处往低处流动；大气降水和地表水在势能作用下，向地下渗水而运动。渗入成因水的流动方向由盆地边缘沿孔隙度较大的地层向下渗入到盆地内部的一定深度范围内，在通道条件比较好(断裂带、构造天窗等)的地段以越流形式向上泄出。所以渗入成因水的流动的总方向是向盆地中心和上方。在含油气盆地内渗入成因水的流动，主要受动水压力系统的控制。从山区的补给区到盆地内的排泄区，地形的高低相差极大，是形成水压头的重要因素，其折算压力(水位)总是补给区大于排泄区，渗入成因水沿着测势面的倾斜方向流动。渗入成因水的测势面形如凹状，与盆地的地貌形态及含水岩系的埋藏深度基本一致。从图5-43中看出，渗入成因水的水位，在补给区随深度增加而降低，即水向下渗入；在泄水区随深度增加而升高，即地下水向上流动；在盆地的中心区，水位与深度基本上没有线性关系，即地下水处于水平渗流状态。

图5-43 盆地内渗入成因水位随深度的变化

(据托斯，1980)

从水文地质观点讲，含油气盆地内的上述两种不同成因的地下水，是两股流动方向完全相反的地下水。刘方槐先生早在1973年就用地下分水线的概念描述不同类型水在地下相互交汇的特点：当地层水由盆地内部移向边缘时，在一定距离内与渗入水相遇，在相遇处，两者的折算水位值相等，将水位相等的各点连接成线，即构成所谓的地下分水线(图5-44)，这一概念具有理论意义和应用价值。

含油气盆地内两种不同成因的地下水，在一定的范围或深度内相遇是普遍存在的现象。从水动力方面讲，它们相遇形成对立统一的混合带；从水化学方面讲，构成相互混溶的立体空间区。孙世雄教授将盆地内不同成因水的相遇与混合带称为地下水峰面。作者认为，地下水峰面是水流系统之间的分水界面。被地下水峰面分开的两股水流，分别向着各自的水位较低处流动；渗入成因水不可能直接渗入到峰面靠盆地内部一侧被沉积成因水已充满的区域。反过来，沉积成因水也不能跨过峰面而直接进入盆地外部由渗入成因水所占领的区域。因此，峰面两侧的地下水处于动平衡的状态。

图5-44 四川盆地二叠系阳新统地层水与潜水之间的地下分水线示意

(据刘方槐，1986)

a—平面图；b—剖面图。1—地表；2—含水层；3—隔水层；4—潜水面(b)及等水位线(a)，m；5—折算水位面(b)及等折算水位线(a)，m；6—潜水及渗入水流动方向；7—沉积水流动方向；8—地下分水线；9—水位值相等点；10—下降泉

促使地下水流动的动力因素——压实作用引起的异常高压、重力作用引起的流体动压等，在地下水峰面附近，均处于能量极小或无能量的状态，致使地下水基本上为静止的不流动状态。此时水动力参数的特点是：地下水的侧势面近似水平、折算压力均衡、垂向压力梯度(单位深度内压力的增加值)等于静水压力梯度、动力增量(动压力与静水压力之差)为零。水化学成分开始发生变异。作为油气运移的重要载体，并与油气朝夕相处的地下水，在峰面附近呈现滞流状态，必然对油气藏特征与空间分布产生一定的影响。利用地下水峰面在凹陷内的变化规律，可为油气勘探提供有价值的水文地质信息和依据。