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东营凹陷热流体活动及其对水—岩互相作
用的影响
第25卷第2期
3月
地球科学——中国地质大学
EarthScience?--JournalofChitinUniversityofCmoscicnces
25No2
Mar20I_0
3一f3l{
东营凹陷热流体活动及其对水一岩互相作用的影响
曾溅辉'.
2-口6?I0?
(油大学盆地京102200)102200
岁/?2(石油大学盆地与油藏研究中
心,北京
摘要:从气体地球化学,有机质热变,包裹体均,温度,古地温梯度,成岩矿物,重金属元素和
断裂运移至浅部并以删向强迫对流为主,同时含有多期次活动的特点热流体通过变化温度
场和地温梯度以及带人某些无机物质,造成水一岩互相作用强度和类型的差别 蓍蠼672,蜩::AP6182P314气辰中图分类号:l—r文献标记鸫:U/r八 文章编号:1000,2383()02—0133—04
作者介绍:,,1994年毕业于中国地质科学院,获博士学位,现主
要从事盆地流体分析,油气运移和聚集及水/岩互相作用教学和研究工作
1沉积盆地热流体的含义
沉积盆地中的热流体,特别是含烃热流体的活 动,不仅对盆地的温度场,压力场和化学场产生重要 的影响,并且对盆地中的水/岩互相作用和油气的生 成,运移和聚集及某些层控矿床的形成含有重要 的作用近十几年来,盆地热流体活动与地质作用研 究已成为国内外地学界的研究热点,并获得了大量 的研究成果.
现在,对沉积盆地热流体的含义还没有,个统 一
和明确的认识大多数学者认为热流体是指温度 和压力低于水临界点的流体,但在,些文献中将超 临界流体也涉及在热流体范畴之内[1』某些人认为 热流体重要指来自深部的流体,重要涉及深部壳源 的变质水,幔源的岩浆水及其它流体,如烃气,H1, coz,],陈红汉等3l,龚 再升等认为凡温度高于75,8O?且含有,定化 含义:一是所谓"热",即温度高于表生大气水,且又 含有与地表水不同化学活泼性的流体,诸如粘土矿 物脱水,来源于上地壳变质水或地幔的岩浆水及其 收稿日期:1999—07—07
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(N. GI9990433D9):中国石油天然气集团公司九五重点科技攻关项E1
(No960007)
他流体如烃气,H2,cO)等;二是将温度下限定义为 75-80?,正好与粘土矿物蒙皂石第一脱水带的起 始温度和干酪根热解释放出有机酸起作用的最低温 度一致该热流体含义将热流体与研究的问题有机
地结合起来,:(1)75, 8O?的温度仅为热流体的下限温度;(2)"热"是一 100?时,那么只有温度不不大于100?的流体才干称 之为热流体.
2东营凹陷热流体活动的证据
东营凹陷属于渤海湾裂谷盆地济阳坳陷内的一 个次级构造单元,为一北断南超,西陡东缓的中新生 代断陷盆地,其基底为古生界地台沉积东营凹陷在 新生代经历了两个大的发展演化阶段老第三纪为 断坳阶段,该阶段东营凹陷断裂活动加强,盆地加速 陷落,扩大,一侧断陷,另一侧超覆或尖灭,并发展成 为单断式的,统一的断坳盆地;新第三纪为坳陷阶 段,由于受喜马拉雅运动第三幕的影响,该阶段断裂 活动削弱, 界发育齐全,涉及下第三系, 第三系是本凹陷最重要含油气层系和最重要的生油 层系,上第三系和前第三系是次要的含油层系由于 东营凹陷上述构造和沉积特点,造成其热流体恬动
地球科学——中国地质大学第25卷
图1郝科1井镜质体反射率随井深变化 Fig1ChangesofRwiththedepthin‰keNo1well 比较强烈,重要证据有:
(1)气体地球化学异常气体地球化学研究表 明,东营凹陷有十余个}k异常有些异常比地壳He 平均丰度高出好几个数量级,其中幔源He达20% -
40%.另外沿高青一平南断裂分布有七八个co,
气藏,如平方王,平南,青城和花淘等,现已拟定重要 为无机成因,来源于深部J.
(2) 3200--5800rrl的沙河街组第四段泥岩和孔店组泥 岩中的镜质体反射率普通随深度增加而增大,但在 埋深3900rll左右,%骤增至约16%, 然后至5200m又落在区域变化线上(图1).东营凹 陷其它地区也出现类似的状况
(3) 科1井矿物包裹体均一温度数据, --
均随深度增加而增大将郝科1井3700121下列的 包裹体均一温度校正值与东营凹陷1700,3300rll 实测井温数据一同绘于图2能够看出,包裹体温度 和实测井温基本位于同始终线上,但是在井深3800 -
4800rll之间,出现一高温包,该高温包很可能是 深部热流体作用所致.
东营凹陷第三系流体包裹体均一温度测定成果 表明,同一口井或同一地区在同一埋藏深度或埋藏 深度相差不大的地层中, 76井埋深2898m处的沙三段中砂岩sjn胶结物 流体包裹体的均一化温度变化范畴很大,出现110 ?,140?,158?,165?,170?和173?几组不同 的温度这种现象在牛l4井,,坨 71井和坨74—1井等许多钻井中出现,这很可能是 由于热流体活动的影响.
图2东营凹陷实测温度与郝科1井包裹体均一温度比较 ~tmofme~*uredtcmperatumsinDong3.
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sagwithhn瑚tetl~ct'aturnsoffluidinctusions
inHaokeNo1weft
(4) 一
带,沙二至沙四段泥岩和砂岩层埋藏深度浅,大多 在1000m左右,R值低(%,%),处在 早成岩作用阶段的A或B期,但出现晚成岩阶段A 期的成岩现象,例如粘土矿物中伊利石的含量达 20%,45%,I/S混层矿物中蒙脱石占6O%,90%, 另外在不大于l300m,最浅928m的储层出现铁方解 石,其含量不不大于l0%,%.由于草桥和金 家自沙河街组沉积以来始终位于凹陷的边沿,沉积 和岩浆活动,能够认为草桥和金家一带成岩史与埋 藏史之间存在的矛盾是由于热流体的作用. (5) 水,原油及下第三系泥岩和砂岩中发现Au,Cu,Pb 和zn等金属元素异常富集,其质量分数明显超出 基性,中性及酸性岩浆岩各自的平均值,有的已达成 开采运用的工业品位(表1).这些金属元素很可能 是深部流体带上来的L.
(6) 广泛分布着第三纪火成岩,这些岩浆活动首先对 地温场构成影响,另首先将造成深部热流体沿多 期活动的张性正断裂上升至浅部.
3东营凹陷热流体活动特性
根据东营凹陷温压场和化学场特性,率区热流
第2期曾溅辉:东营凹陷热流体活动及其对水岩互相作用的影响135 表1东营凹陷泥岩/砂岩微量元素质量分敞与重要岩类对比 Table1ComparisonofmassfraetlorLsofso,lieminorelemmmin0memagmatit<'sandsha
les【1eswiththcxsein
sandstonesandinudstonminDongyingsagl[I
*转引自张义纲等
四-
图3平方王0油气藏热流体活动示意(剖面国引自帅德福等) F3Skvtehofthermalfluidflow0f0—beangoil— 1闪长玢岩;2辉绿岩;;4页岩;5灰岩;6含烃热流体运移方向;7幔源和岩浆成因吉cO:热流体运移方向;
含CO2热流体运移方向;9CO2气层;10袖气层
体活动重要体现为下列特性:(1)热流体以侧向强迫
对流运动为主,,在平方王
coe油气藏,热流体以侧向强迫对流运动为主一方
面来自幔源和岩浆成因含coe热流体沿括动断裂
上升,侧向运移进入油气藏,另首先来自利津洼陷
的含烃热流体亦沿断层和输导层侧向运移,进入油
侵人体穿过寒武系页岩垂向进入油气藏(图3)
(2)热流体运移的重要通道为活动性较强的深
大断裂,
起带和北部斜坡带的胜坨,东辛等地区,即弧形断裂
和近EN向断裂交会处,古地温梯度较高,平均达
4_82,?/100m,?/100m,说
明该构造交会带为深部热流体运移的重要通道.
(3)热流体活动含有多期次的特点根据包裹体
均一温度统计直方图能够发现,本区许多地区发生
,出
现了3期热流体活动,温度分别为90,110?,140 ,
160?和170,180?,其中温度为140,160?的 热流体活动最为强烈,在许多井中都发现这组温度 的流体包裹体.
地球科学——中国地质大学第25卷
4热流体活动对水/岩互相作用的影
响
热流体活动对水/岩互相作用的影响重要涉及 ,第一效应是变化了原 来的热传导温度场,在原先热传导型温度场之上叠 加了侧向(或垂向)强迫热对流(forcedconvection)温 度场,造成侧向或垂向热对流活跃,地温梯度增高 第二效应是高温热流体将某些无机物质带入砂岩层 体一岩石互相作用构成重要的影响.
在平方王油气田,首先由于高温热流体的上涌, 变化了原来的热传导温度场,?/ 100m,浅层蒙脱石提迈进人脱水带,并缺失I/S混 浅部出现, 加大出现在平方王地区埋深1500m处,比胜坨油 田某些井出现的最浅深度浅600m之多,为东营凹 潜在烃源岩受热流体烘烤,部分进人成熟窗,从而导 致在深部发生的某些有机/无机互相作用在浅部出 现另首先,随着热流体的上涌,使某些高温无机物质, ,使Es上部
储集层——礁灰岩和部分碳酸盐胶结物溶解,造成 次生溶孔十分发育,孔隙度可高达35%,42%根 据该区地层水化学分析成果,地层水中有机酸含量 不大,因此造成储层溶蚀的溶剂重要是?,和碳 ,高温(幻与铝硅酸盐发生热液变质作用, 生成片钠铝石矿物(c(OH)2)这种矿物仅
发现于平方王油田沙四段c02气顶油藏的砂岩中 它在砂岩中有两种产状:一是呈放射状集合体充填 孔隙;二是以纤维状和毛发状等集合体交代陆源碎 屑,同生泥屑和粘土杂基及先期形成的成岩矿物方 解石,白云石,自生高岭石等, C02的酸性溶液进人储层,还使部分长石发生地下 风化, 营凹陷东辛,草桥,羊角沟等油田的水/岩互相作用 也受热流体活动的影响,例如这些油田的浅层气为 生物一热成因混合气,浅部成岩矿物异常等,只但是 影响程度相对平方王油田小某些
热流体活动还对泥岩和砂岩层中微量元素的含 ,东营凹陷某些泥岩和 砂岩中的Cu,Zn,Co,Ni和v等微量元素呈现很高 的异常,普通均高于页岩的世界平均值,某些火成岩 的含量甚至比海底热液沉积物还高但是多种微量 元素的分布范畴较大,反映了凹陷内的不均一性混 岩和砂岩微量元素平均质量分数的异常,批示了沙 河街组沉积时和沉积后,热液长久侵人东营凹陷湖 盆, 元素的加八,造成凹陷泥岩和砂岩层流体一岩石相 互作用的复杂性.
5结论
地球化学,有机质热变,包裹体均一温度,古地温梯 度,成岩矿物,重金属元素和岩浆活动留下了证据 热流体以侧向强迫对流运动为主,垂向运动较弱,活 动性较强的深大断裂和热流体运移的重要通道,同 时热流体含有多期次活动的特点热流体对水一岩 互相作用的影响重要体现在两个方面:首先变化 了原来的热传导温度场,产生地温梯度很高的热传 导与热对流相叠加的温度场;另首先是高温热流 体将某些无机物质带人,其成果将造成水一岩互相 作用强度和类型的差别
石油大学(北京)邱楠生博士和胜利油田地质研 究院郑和荣副院长和蔡进功副总地质师等提供了有 关分析资料,对此表达衷心感谢
参考文献:
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