Question

沉积成因水起源于沉积凹陷

Answer 1

含油气盆地内沉积成因水是沉积物在上覆地层重量所引起的地静压力作用下，压榨(实)出来的孔隙水。虽然在盆地不同部位都有可能形成沉积成因水，但大量的沉积成因水是在沉积凹陷内形成的，这是因为凹陷多数是盆地的沉积中心和沉降中心，不仅沉积物厚度大，泥质或细粒成分多，而且地静压力最大，所以凹陷是沉积成因水的源区，图5-37概括了凹陷内沉积成因水的形成和流动的基本特点。

图5-34 鄂尔多斯盆地奥陶系生气强度图

(据戴金星等，1997)

1—生气强度等值线(10⁸m³/km²)；2—气田范围

图5-35 鄂尔多斯盆地上古生界生气强度图

(据戴金星等，1997)

1—生气强度等值线(10⁸m³/km²)；2—气田范围

图5-36 四川盆地川东地区大、中型气田和志留系生气中心关系

(据戴金星等，1997)

1—生气强度等值线(10⁸m³/km²)；2—大、中型气田

图5-37 坳陷中的粘土岩层在其轴心部分从2000m下沉至2500m时被压缩的示意图

(上为平面图、下为剖面图，据布尔施格尔等，1970)

1—挤出沉积水相等水柱高度的等值线；2—平面与剖面图上挤出沉积水沿含水层的运动方向

沉积成因水的流动，主要是在地静压力差的作用下，从凹陷中心向周边(尤其隆起—地静压力最小)方向运动(包括含水岩系内由泥质层压入储集层的水及储集层本身的沉积水)。当孔隙流体承受的压力超过静水压力时，就形成剩余压力(亦称孔隙流体超压力或过剩压力)。剩余压力使孔隙流体排出，导致沉积成因水的运动，一般是从剩余压力大处向小处流动。

剩余压力的大小等于上覆新沉积的负荷与孔隙水的静水压力之差。计算公式和推导过程，见第二章第三节古水文地质条件。

根据前述，剩余压力或孔隙流体超压力公式：

(P_LO)a=(ρ_bO-ρ_w)g_LO

对于新沉积物厚度(L₀)横向均等时，横向剩余压力相等，不存在横向剩余流体压力梯度，只存在垂向剩余压力梯度：

含油气盆地水文地质研究

在这种情况下，沉积成因水的流动方向为垂直向上的，当新沉积层横向上厚度有变化时，则剩余压力在横向上也就发生变化，如从凹陷中心到边缘，同时代地层多表现为楔状沉积(图5-38)。设凹陷中心厚度为L₀，边缘厚度为H₀，两点垂向剩余压力梯度均为(ρ_b0-ρ_w)g，如果从凹陷中心到边缘的距离为x₀，则在横向上产生压力梯度

含油气盆地水文地质研究

计算结果说明，沉积成因水不仅在垂向上由深部向浅部运移，同时在横向上也发生由凹陷中心向边缘运动。

图5-38 在楔状沉积物负荷下压实流体排出方向

(据Magara，1997)

沉积成因水的垂向和横向运动不是单一或独立进行的，而是有机的联系在一起组成相互协调统一的流动系统。它们的流动速度一般比较缓慢，但在构造变动，尤其是断裂活动时，才会使运动速度加剧加快。

在碎屑岩沉积盆地内，从微观上讲，沉积成因水总是由泥岩向砂岩中流动，从宏观上看，沉积成因水总是由深部向浅部、由沉积凹陷中心向凹陷边缘运动。

济阳坳陷的各凹陷在古近纪就形成了相对独立的沉积体系，始新统和渐新统两套含水岩系的沉积成因水，都源于凹陷，其运动方向都是从沉积凹陷中心指向边缘(图5-39)。

图5-39 济阳坳陷各凹陷沙河街组沉积成因水的形成与运动方向图

(据杨绪充，1986，简化)