Question

　水-岩相互作用

Answer 1

一、寒武系—奥陶系

塔中地区寒武系—奥陶系为碳酸盐岩地层，对其成岩作用已有较深入的研究，但对其内幕流体-岩石相互作用报道较少。从塔中一井水文地球化学剖面上看，油田水中c（Ca）/c（Mg）值高于4、总矿化度（TDS）均高于120g/L，说明油田水封闭性较好，变质程度较高。在埋深超过5700m处，TDS值升到180g/L以上，c（Ca）/c（Mg）值增至9。δ¹⁸O都随埋深加大而有规律地增大（图7-2）。这些特征可能与方解石发生白云石化或灰岩白云岩化作用有关。

塔里木盆地流体-岩石相互作用研究

剖面上由奥陶系向寒武系白云岩逐渐增多，灰岩、泥岩减少，与油田水化学特征一致。δ¹⁸O_SMOW值随埋深增大，由-0.40‰上升至2.92‰，反映在相对封闭、水/岩体积比小的体系中，随古地温增大，水-岩反应增强，¹⁸O逐渐从矿物相转移到流体相中，使得埋藏白云石δ¹⁸O_PDB。值明显负偏移，低者可达-14.32‰。而油田水中氢同位素δD_SMOW则先增大，由-50.10‰升高为-45.60‰，至6450～6503.3m反而降为-51.30‰；其总矿化度也降低，

/TA比值（TA为无机阴离子总浓度）升高，具有淡化的特征。淡化现象可能主要与深埋过程中粘土矿物层间水的脱失（Land和Macpherson,1992）有关，但其δ¹⁸O_SMOW为2.92‰，这种具有负值很高的δD、正值偏大的δ¹⁸O值被认为是烃-水氢同位素交换和水-岩氧同位素交换平衡的综合反映（Fisher和Boles,1990）。在5700～6500m深度范围，

/TA比值明显增大，可能还与较强的碳酸盐矿物溶解有关。5984～5994m井段白云岩孔渗较上覆层好，对应于高的中途测试日产流体量，为505.73m³，而5785～5800m仅1.96m³,5139～5260.9m井段为9.9m³（孔隙度仅为0.9%）。6124.4m井深处细晶白云岩中发育晶间溶孔。可见，5984m以下油田水化学、储层物性、岩矿观察均说明存在深部碳酸盐岩溶蚀作用。这种溶蚀作用需要浓度足够高的酸性流体H₂S、CO₂或有机酸，以克服碳酸盐岩体系中流体的缓冲效应和方解石溶解度随地温升高总体上降低的特点。但是，白云石的溶解度可能增高（杨俊杰等，1995b）。

图7-2　塔中1井剖面上水文地球化学变化

岩矿观测还发现，TZ1井白云岩中石膏被方解石或白云石交代而形成含石膏假晶的白云岩或去白云石化灰岩。13个全岩样分析也显示，深埋的寒武系还原硫可高达2.56%。塔中12井奥陶系、志留系油田水中也检测出高达600～780mg/L的溶解H₂S气体，说明硫酸根离子或硬石膏矿物被还原成硫化物，分布于储层或生油岩中。同时还观测到白云岩晶间溶孔和流体包裹体中含黑色固态沥青，后者均一化温度为80～130℃，可高达180～200℃，高于热化学硫酸盐还原作用温度下限100～140℃（Machel等，1995）。5956～6125m井段油田水有机酸浓度实测值达到1217mg/L。在碳酸盐岩内幕中出现这组高温下岩石-流体平衡的产物，被认为是热化学硫酸盐作用（TSR）造成的，而区别于碎屑岩地层不整合面附近的BSR作用。可以预测，深埋的、含膏盐的碳酸盐岩地层中的TSR作用是很普遍的。TSR产生的H₂S、有机酸及高温有机脱羧作用产生的CO₂是导致碳酸盐矿物溶解、油田水HCO₃浓度增高、储层物性变好的直接原因。

二、石炭系

塔中地区石炭系C_Ⅲ、C_Ⅰ油组为碎屑岩，C_Ⅱ油组为碳酸盐岩。从实测的13个油田水样上看，有机酸浓度都低于100mg/L，远低于塔北地区，据此可认为该区矿物-水溶液平衡可能受二氧化碳分压影响较大，使得碳酸盐矿物交代、溶解现象较常见。TZ4井C_Ⅲ油组可见方解石交代石英、长石颗粒，铁方解石交代方解石，铁白云石交代铁方解石，方解石溶蚀作用等现象。二氧化碳分压的增高还可引起长石的溶蚀。另一组成岩作用则是受氧化还原电位控制的，在成岩作用中晚期充氧环境下沉淀硬石膏、重晶石；而烃类侵位后造成的还原环境则使硫酸盐胶结物还原，沉淀黄铁矿，并可交代铁白云石。改善储层物性的成岩作用包括方解石的白云石化和方解石的溶解作用，两者都可导致油田水中c（Ca）/c（Mg）比值升高，高c（Ca）/c（Mg）比值与次生孔隙的发育有关。如TZ4井C_Ⅲ油组3625～3640m井段c（Ca）/c（Mg）比值高达12.37,3683～3688m以及3712～3720m井段也都大于11.4，对应于相对高的孔隙度（13%～19%），而TZ421井3478.0～3494.5m井段c（Ca）/c（Mg）比值低，仅为0.66，孔隙度也仅3.0%～8.3%（表7-1）。溶解及交代后产生的Ca、Si等离子也可迁移出。东河砂岩上倾尖灭带岩性致密，碳酸盐胶结物含量高达15.7%～23%，二氧化硅含量达5%，孔隙度仅为1%～3%，应与Ca、Si等迁移再沉淀有关。

表7-1　塔中地区油田水c（Ca）/c（Mg）比值与孔隙度的关系

综上所述，可得到以下两点认识。

（1）塔中地区寒武—奥陶系碳酸盐地层增高的c（Ca）/c（Mg）比值、δ¹⁸O是较高温度下碳酸盐矿物交代、溶解的产物。黑色固态沥青、高的流体包裹体均一温度、石膏假晶和还原硫化物的出现、较高的有机酸丰度被认为与烃类氧化-硫酸盐还原作用有关。

（2）石炭系碎屑岩储层有机酸丰度较低，成岩作用受二氧化碳分压和氧化还原电位影响较大。C_Ⅱ、C_Ⅲ油组油田水c（Ca）/c（Mg）比值与孔隙度具有较好的相关关系，应与次生孔隙发育有关。