川西坳陷中段须家河组地层水成因及水岩作用研究

摘要

川西坳陷须家河组2段和4段是坳陷内深层天然气勘探的重要层位，因其储层的致密化使得水岩作用备受关注。本文通过水岩作用的地层水和岩石学记录综合分析，结合工区基本地质背景，全面阐述了工区地层水成因、水岩相互作用，建立了工区水岩作用序列，并探讨了水岩作用机制，提出了自生铝硅酸盐和碳酸盐矿物转化和胶结的水岩作用概念模式。
　　 首先分析了地层水基本地化特征，须2地层水矿化度具有高、低矿化度双峰分布特征，主要为Cl-～Na+型，低矿化度属于HCO3-～Na+或HCO3-～Na+～Ca2+型水；而须4 矿化度则介于须2高低矿化度双峰之间，水型单一，基本上为Cl-～Na+型。
　　 地层水的多种化学参数，如，钠氯系数、变质系数、脱硫系数等显示地层水高浓缩，深变质的特征，油气保存条件佳。
　　 基于地层水基本的地化特征分析，给出地层水中不同离子（或同位素）6类组合关系，这6类组合关系全面概括了工区地层水来源（成因）、生物化学、水岩反应等的全貌。须2和须4地层水来源主要为原始的沉积水、煤层或泥页岩压释水、海相地层水和大气淡水。Cl-～Br-～Na+组合的相似性是地层水初次混合的结果，Br-仅可作为泥页岩层或煤层压释水初次混合的标志。地层水的Caexcess～Nadeficit和Cl-～K+关系显示须2具有浓厚的海相地层水特征，相反，须4则具有明显的淡水背景。Cl-～HCO3-～SO42-组合、Ca2+～Mg2+～Fe2+组合、Li+～Cl-～δ18O组合和Caexcess～Nadeficit 关系则说明地层水受不同水岩反应类型的影响，成岩研究为上述关系的正确性提供了有力证据。
　　 利用Petromod 10恢复了工区埋藏和热史演化，在此基础上结合成岩演化，重建了工区水岩演化序列，并划分出水岩序列的三个阶段：（1）泥页岩（或煤层）压释水混合阶段；（2）流体的成岩演化阶段；（3）流体的构造演化阶段，流体成岩演化基本定型，流体演化开始进入由于构造挤压和抬升造成的大规模重新分布和混合时期。
　　 通过工区及其它地区大量的实例分析，全面总结和探讨了Ca2+、Mg2+、Fe2+、K+、SiO2、CO2（HCO3-）、Br-和CH3COOH等的来源和循环、与其相关的水岩作用类型及相应的水岩作用机制，建立了工区铝硅酸岩和碳酸盐岩水岩作用概念模式。模式中泥页岩并不是水成岩体系中封闭性因素，相反是水岩体系的第一开放对象，泥页岩（煤层）同时是物质提供者和接受者，是整个水岩体系不可或缺的部分。
　　 由于须2地层水较大的K+/H+活度比，其大部分长石得到有效保存；而须4长石的缺失主要归结为大地构造控制下的来源因素，其较低的K+/H+活度比更加深了须4和须2段长石含量的差别，但须4 顶高岭石到得保存。工区长石溶蚀、高岭石沉淀、石英胶结和伊利石化等自生矿物的组合及地层水组合关系说明上述过程是系统性的水岩反应系列，受到水岩体系中长石溶蚀速率—K+离子迁移性—伊利石化速率三元体系中最慢反应进程的控制，与水岩体系的封闭与否没有直接的关系。
　　 碳酸盐岩胶结物的碳、氧同位素及岩石学特征说明须2和须4 两者具有不同的水岩反应体系。须4水岩体系相对开放，进入须4的酸性流体显著多于须2段，水岩反应充分，地层水中富18O。另外，须2缺少有机CO2记录，这被认为是两者酸性流体数量、烃源岩岩性差别及构造抬升剥蚀造成的，CO2运移分馏有一定的影响。