Question

地下水峰面与油气藏的关系

Answer 1

在含油气盆地内，地下水峰面是不同成因水的分水岭。从石油地质角度看，地下水峰面是不同性质原油地理分布的分界线。地下水峰面内侧是烃源岩发育的最佳地区，油气的生成、运移、聚集主要是在该区内完成的。例如前述的东营凹陷沙河街组沉积中心在凹陷内部，其中沙四段和沙三段生烃量占本区总量的95%左右，排烃量占总排量的90%以上，说明地下水峰面内侧是该凹陷最主要的油气来源。在峰面内侧的范围内，只要具备良好的圈闭和储盖组合，沉积水的势能，足以携带油气从高势能区向低势能区运移(包括水平与垂向)聚集成藏。从水文地质条件上讲，凹陷的峰面内侧是沉积作用期和埋藏封闭作用期发育时间最长、最强的地段，而淋滤作用水文地质期相对最弱、最短的地段。地下水动力场的滞流环境，不仅有利于油气的生成，而且也有利于油气藏的保存。表现在水化学场上，处于高度浓缩-变质阶段和还原环境，矿化度高，一般大于60g/L，最高超过200g/L(凹陷中心)，

趋向消失，富集Cl^-，Na⁺，rNa/rCl比值超越海水的平均值(0.87)，多在0.63～0.84，形成单一的CaCl₂型水。原油为比重较低、黏度较小的普通(轻质)油。

地下水峰面外侧，石油地质特征和水文地质景观与上述有很大的区别。不仅油气藏数量少，而且主要是重质油(稠油)。我国许多含油气盆地(凹陷)的都发现重质油(表5-23)，主要发育在古代与现代地下水峰面外侧或附近。重质油的形成除决定于有机质成熟度与地质构造背景等因素外，与渗入成因水的活动密切相关。

表5-23 我国主要含油气盆地重质油特征

续表

(据张厚福、黄第藩等，2003)

起源于大气降水，地表水及潜水的渗入成因水，其化学成分的稳定性比较差，含有较多的“活性”组分，对于原油来讲，是一种很强的溶剂和氧化剂。渗入成因水的径流带，一般也是水化学元素迁移急剧变化的地方，处于强渗滤带和强透水带。由于渗入水的不断淋滤，使之从生油凹陷(即地下水峰面内侧)运移来的原油或已形成的油藏因蚀变而形成重质油。以济阳坳陷东营凹陷等为例，讨论地下水峰面附近重质油或油藏形成的水文地质特征及蚀变作用。

1.生物降解作用

渗入成因地下水中含有能够对原油发生代谢作用的真菌、喜(厌)氧细菌及硫酸盐还原菌等。由于处于开启和半开启的水文地质环境(包括古代和现代)，地下水温度一般不超过60℃，含有较高的氧(本身可直接氧化原油)，宜于细菌生存。细菌对原油中某些烃类选择性的代谢，其降解顺序一般为：正构烷烃＞异构烷烃＞C₂₇—C₂₉甾烷＞三环萜烷(Connan，1983)。形成具有低饱和烃、低饱/芳比、芳烃中相对富集稠环化合物及胶质、沥青质含量高的特点。生物降解作用，首先使正构烷烃消失(图5-48B)，随降解作用增强，姥鲛烷和植烷大量消失，(图5-48C)，再进一步降解，重排甾烷丰度增加，正常藿烷降解为甲基藿烷系列，甚至完全取代正常藿烷(图5-48D)。

宋一涛(1989)作了很有意义的试验，一是用东营凹陷南斜坡莱5-4井检测出来的能分解烃类的细菌，降解面7井正常原油；另一个是采用硫酸盐还原菌，降解孤东59井正常原油。30天后，面7井原油的正构烷烃绝大部分损失，类异戌二烯烃大部分消失，开始出现25降藿烷。而在厌氧条件下，硫酸盐还原菌降解烃类的速度远慢于喜氧细菌，在同样的时间内，主要消耗了C₁₃-C₂₅的正构烷烃及C₁₄-C₁₅的异构烷烃，甾烷R构型明显减少，而S构型相对增加(图5-49)，未出现25-降藿烷。

由于渗入成因水补给来源的差异，使凹陷不同构造部位的细菌种属与活动强度有所差异，如位于东营凹陷南斜坡东段的八面河稠油田，以硫酸盐还原菌降解为主，不仅直接检测出硫酸盐还原菌，而且该油田的原油含硫较高，一般为1.5%～3.0%，属高硫原油。这种富硫原油的形成，既与生油母质类型有关，也与细菌活动有关，因为硫酸还原菌降解烃类形成不同形式的硫，如元素硫，金属硫化物等。而位于南斜坡西段的金家稠油田，以喜氧细菌降解作用为主，且原油含硫量极低，降解程度最高的金10井(检测出去甲基藿烷系列)，含硫量只有0.56%，在原油中检测出数目较多的喜氧细菌。

图5-48 东营凹陷金家油田原油生物降解顺序与程度

(据任发琛，1991)

由地下水蚀变中生物降解作用引发的上述地球化学特征，在其他油区也普遍存在，从表5-24中看出，族组成以高非烃、高沥青质、低饱和烃与芳烃为特征，即杂环化合物含量较高，总烃含量低。三维荧光的主峰位置出现在激发和发射波长对为232～256nm和347～367nm，主波长明显增高(长)，荧光强度较高(表5-25)。同步荧光主峰位置红移现象突出，长波长的峰强度增高速率较快。这些特征表明，芳烃中的较轻组分均被生物降解和氧化。

图5-49 东营凹陷硫酸盐还原菌对原油的降解作用

(据宋一涛，1989)

表5-24 下辽河西部凹陷稠油族组分特征 单位：%

表5-25 稠油与普通原油荧光主峰强度

辽河坳陷西部凹陷斜坡曙一区杜84断块原油，在饱和烃色谱图上显示严重的生物降解稠油，正异构烷烃基本消失，尤其是杜53和杜67井的样品(图5-50)。色质总离子流图出现双峰(图5-51)，经色谱、质谱鉴定，第一个峰的化合物主要是二环倍半萜烷(C₁₅-C₂₂)和长链三环萜烷(C₁₉-C₂₉)(图5-52A)；第二个峰的主要组成是去甲基藿烷系列，即25降藿系列(C₂₇-C₃₅)和四环的重甾烷系列(C₂₇-C₂₉)(图5-52B)；还有丰富的8.14 断藿烷系列(C₂₇-C₃₁)(图5-52C)。

图5-50 下辽河西部凹陷稠油饱和烃色谱图

二环倍半萜烷是微生物源，即细菌作用的产物，长链三环萜烷是菌藻来源；8.14-断藿烷是来源于早期成岩过程中的生物降解和热演化过程中的产物。从生物标志物的特征分析，8.14-断藿烷系列主要与细菌作用有关。

去甲基藿烷系列是饱和烃中最主要的化合物，它们的存在是原油严重降解的证据。本区饱和烃中，规则的藿烷系列基本消失，但存在较高的去甲基γ-蜡烷。

本区稠油的饱和烃组成中，主要化合物为去甲基藿烷系列，8.14-断藿烷系列、重排甾烷系列、长链三环萜烷系列和二环半萜烷系列等高碳数烃类，反映了微生物对原油有重要的影响。同时原油中γ-蜡烷含量比较高，但以去甲基γ-蜡烷丰富，姥鲛烷/植烷比(Pr/Ph)比值低，这些特点说明，可能来源于同层位的烃源岩，但它是分期运移到储层后，经降解稠化而成藏的。

图5-51 下辽河西部凹陷稠油色质总离子流图(RIC)

2.氧化作用

在地下水峰面附近，氧化作用过程中氧的来源，一是在近地表开启和半开启的环境下，渗入成因水(包括气态水等)比较丰富，含有较高的游离和侵蚀性CO₂，阴离子组成中以

和

为主，具有一定的氧化能力；二是自由氧广泛存在。这些外来氧的介入，将原油氧化成为酸、醇、酮，使饱和烃减少，胶质—沥青质增加，甚至氧化成焦油和沥青。准噶尔盆地黑油山三叠系克拉玛依组油田中稠油和沥青的形成，与氧化作用有一定的关系。氧化作用在原油饱和烃色谱图和色质总离子流图(RIC)上有别于其他蚀变或未蚀变的重质油。其特点是正构烷烃分布完整、基线平直、主峰碳为C₂₁或C₂₃，异构烷烃含量特别低，CPI接近于1，具有典型的成熟油特征，如辽河油田曙1-0-017井稠油等，其形成是饱和烃被氧化、丰度整体减少所致。

图5-52 下辽河西部凹陷稠油色谱、质谱鉴定图谱

3.水洗作用

可溶性烃类被未达到饱和状态的地下水选择性的溶解，发生萃取式的蚀变，称为水洗作用。水洗作用主要是地下水溶解了某些易溶的成分，如苯、甲苯、二甲苯等；使原油化学成分发生改变。由于渗入成因水所携带的溶解氧及细菌对原油进行蚀变，往往与生物降解作用相伴进行，加速了原油密度和黏度的增高。

水洗作用及其强度与烃类在水中的溶解度密切相关，对于已知碳数的烃类化合物而言，芳香烃在水中的溶解度高，环烷烃次之，而正构烷烃最低。从图5-53看出，低碳数烃类的水溶性能高于高碳数烃类，同碳数的芳香烃高于正构烷类。Kuo(1994)在实验室里对储集岩中的烃类组成进行了水洗作用研究，Lafa rgue(1988～1996)进行了水洗作用对原油轻烃组成的研究。一般而言，水洗作用对原油C₁₅以上饱和烃产生局部影响，不会明显影响正构烷烃的分布以及姥鲛烷、植烷、甾烷及萜烷类。但水洗作用对原油中C₁₅以下芳烃化合物影响较大，使之部分损失，而硫化芳烃，尤其是二苯并噻吩常被损耗殆尽。因此，原油中二苯并噻吩含量的相对降低、C₁₅以上芳烃含量相对增加和C₁₅-C₂₀饱和烃的相对稳定，可作为水洗作用的证据。

图5-53 正构烷烃和芳烃在水中的溶解度

(据Aulke，1980)

张敏等(2000)对塔里木盆地塔中北斜坡的塔中10井油层和水层的地球化学参数进行了对比(表5-26)。认为水洗作用导致储集岩含油率低、总烃含量低，而非烃和沥青质的含量增高；水洗作用消耗了二环倍萜烷，明显地降低了三环萜烷和五环三萜烷的含量(图5-54)，藿烷类化合物也有所降低；水洗作用还对甾烷类化合物分布有一定的影响，降低了孕甾烷和升孕甾烷及重排甾烷的含量；水洗作用对芳烃组成尤其是含硫化合物影响较大，导致二苯并噻吩系列化合物和苯并萘噻吩含量显著下降，二环和三环芳烃化合物含量降低，而四环以上化合物尤其是苯并萤蒽和苯并芘化合物含量明显增加；而γ-蜡烷的含量则相对增高，属于抗水洗作用较强的化合物。

表5-26 塔中10井石炭系储集岩地球化学参数

(据张敏，2000)

在水文地质研究中，地下水峰面位置(不同时代的)可以作为预测油气潜力、确定不同性质原油分布范围的准绳和界线，即在峰面内，是寻找油气藏，尤其是轻质油的有利区；而峰面附近的构造斜坡、低凸起等是勘探稠油的有利区带。从而为油气勘探决策提供了一方面依据。

图5-54 塔中10井储集岩烃类m/z191质量色谱图

• 官方服务
  • 官方网站