湖（海）盆的水文地质结构 水文地质期的划分和定位

在含油气的自流水盆地中，埋藏与循环其中的油田水，除遵循自流水盆地的一般规律外，在形成、分布、埋藏及径流等水文地质条件方面，具有独特的特征。

我国西部的含油气盆地，以内陆山间盆地或山前盆地为主，是在古老构造格局上发展形成的。东部含油气盆地，以陆缘近海块断盆地为主，固然也受老构造格局的影响，但主要是伴随着中—新生代断裂活动而形成的；并间断的受到海水入侵。发育于不同构造背景含油气盆地的油田水，其水文地质条件复杂多变，但有一定的发育和展布规律。

从湖(海)盆边缘到中心，有两个主要部分组成：其一，边缘由水下冲积扇叠加接连组成的山前倾斜地带，具有类似于山前倾斜平原的水文地质特征，沿冲积扇延伸文向，可分为深埋带(径流带-溶滤带)→溢出带(浅埋带-盐分过渡带)→垂直交替带(盐分堆积带)；其二，中间为河湖冲积-淤积平原带(有河床相、漫滩相、牛轭湖相、湖沼相等)构成面积较大的、以湖相沉积为主的河湖平原。地下水径流滞缓，形成良好的蓄水盆地。

在横向上，即平行周边山脉的方向，上述两带构成封闭的环状或半环状带，各种冲积扇由中间的粗粒相到边缘的细粒相，相互交叉连接在一起，构成形式繁多的含水岩系。

在垂直方向上，随着时代的延续，构造的频繁活动及气候条件变迁等因素，形成粗细交替的沉积韵律，埋藏了层次多、富水程度差异大的含水岩系。

在上述水文地质结构的控制下，沉积成因的油田水，一般埋藏在河湖平原的各种砂体中(如三角洲的分流河道砂、前缘相砂、河床砂岩体等)和水下冲积扇的垂直交替带；渗入成因水主要分布在水下冲积扇的深埋带；而溢出带常常埋藏着上述两种成因的混合水。总之，寓居于湖盆中的油田水，其含水层在纵向上(沿着水运动方向)呈叠瓦状分布，由湖盆中心向边缘埋藏深度依次变浅；在横向上(垂直水运动方向)呈不均一的串珠状分布；在垂向上呈多层系的连续分布，构成了复杂多变，形式各异的含水岩系。

含油气盆地的现代径流条件比较单一，均有补给-径流-排泄的一般运动规律，值得提及的是：

大多数含油气盆地属于闭塞式的自流水盆地，即油田水(或地下水)径流最终没有将可溶于水的盐分带出盆地，而多是以越流的形式向上覆含水层内排泄。如松辽盆地白垩系下统油田水，由周边山区获得补给，向盆地中心汇集流动，水头压力平均每千米下降0.6m，主要排泄途径是沿着松辽断裂带，黑鱼泡-孤店断裂带及第二松花江断裂带或透过“天窗”向上越流排泄。泌阻凹陷核桃园组三段油田水，基本上从凹陷的北、东及南三边获得补给，向凹陷中心汇集径流、越流排泄。

现今含油气自流水盆地内的油田水，处于动平衡状态，运动十分缓慢，大都低于(2～4)×10^-5m/a。

油田水动力场的变化和水化学成分的演变，严格受盆地内次一级构造单元——沉积凹陷的控制，构成了较完整的自流水盆地型水文地质特征，循环其中的油田水，有其自身的运动规律，形成与盆地总水文地质条件相匹配，又有独立特色的水文地质系统。

综合上述，油田水以埋藏深(浅者数百米，深者达数千米)、压力大(可自喷)、径流滞缓、水化学成分变质程度高为特征。

湖盆水文地质条件分析~

陆相盆地层序形成主要受构造与气候两个因素控制。由盆地构造演化和形成的层序地层特点看，构造活动不但决定着湖平面变化，而且决定着蓄水空间的形成与消亡，它直接控制着地层基准面和可容空间的变化，导致地层旋回形成，最终决定或控制着不同级别的层序形成、发育与演化；气候的变化对湖平面升降起着决定性影响，也影响着沉积物类型，两者共同作用影响着沉积物供给，并控制着层序格架样式。
湖盆按水文地质条件，可具体分为敞流湖盆和闭流湖盆两种类型。两类湖盆具有不同的相对湖平面变化特征，分别控制了不同的地层沉积格架。敞流湖盆，按水文地质学的含义是注入湖盆的水量大于蒸发量和地下渗流量之和，湖平面的位置维持在与湖盆的最低溢出口相同的高程上，多余的水则通过泄水通道流出湖盆，如现代的部阳湖、洞庭湖，一般在较潮湿气候条件下易于形成闭流盆地是注入湖盆的水量小于蒸发量和地下渗流量之和，湖平面的位置常低于盆地溢出口的高程，一般干旱气候条件易于这类盆地形成。尽管这两类盆地在地史中可相互转化，但鄂尔多斯盆地与江汉盆地、苏北洪泽凹陷等不同（张国栋等， 2001），在湖盆演化的过程中，敞流湖盆一直是最主要形式，甚至最大敞流期与今定西南部盆地，即西秦岭－祁连造山带之北缘中晚三叠世海盆相通（柯保嘉，1988；陈孟晋等，2004）。上述两类湖盆中，构造与气候因素对湖平面变化或层序形成的控制与影响是不同的（纪友亮等，1996）：盆地基底构造沉降是导致敞流湖盆湖平面相对上升主要因素，构造沉降的速率决定着湖平面上升的速率，盆地构造抬升导致湖平面下降，即构造沉降的距离等于相对湖平面上升距离，构造沉降曲线与湖平面上升曲线互呈镜像关系；而盆地基底的整体构造事件对闭流湖盆的相对湖平面变化无影响（图2.6）。气候的变化对湖平面相对升降的影响与构造相反，对敞流湖盆，一般潮湿的气候对其湖平面不再产生直接影响，而在干旱气候条件下对闭流湖盆则是导致湖平面下降的主要因素。基于上述情况，有人将前者（敞流湖盆）形成的层序称构造层序，而后者闭流湖盆形成的层序称气候层序。

图2.6 构造沉降对敞流湖盆及闭流湖盆湖平面变化的影响

敞流湖盆中随构造沉降的增加（A-B-C），相对湖平面上升；闭流湖盆中构造沉降距离的增加，相对湖平面不受影响
根据上述湖盆水文地质条件的分析，晚三叠世鄂尔多斯盆地划入敞流湖盆，其层序特征阐述如下。
（1）Ⅱ级层序特征
晚三叠世延长组相当于一个超长期基准面旋回或一个Ⅱ级层序，其顶底由印支运动形成两个重要的层序界面，并构成一个完整的构造层序。顶部与上覆侏罗系之间存在长时间的沉积间断，呈假整合或局部角度不整合接触。间断时间据袁效奇等（2003）对北方侏罗系研究，盆地内部最早沉积的侏罗系富县组仅代表早侏罗世晚期的产物（相当晋林斯巴赫阶—图阿尔阶），而早期（相当赫·唐阶—西涅缪尔阶）由于印支运动持续上升造成沉积间断约12Ma，与其同时，延长组顶部广遭侵蚀，局部下切深度200m～300m，并在陇东地区侵蚀面上形成典型的杂色古风化壳层，表现在地震剖面上呈现出明显的侵蚀深切古地；顶部界面上下古生物表现出古生物不连续或断代现象，即界面之上的富县组孢粉组合以本沙椤科光面三角孢类Deltoidospora—原始松泊类Protoconiferus—苏铁类单沟花粉Cycadopites组合为特征，古植物以银杏纲、松柏纲占优势，缺少苏铁纲及种子蕨纲植物，而界面之下延长组孢粉则为离层单逢孢Aratrisporites—皱球粉Psophosphaera—光面单逢孢Laeriguosprites组合，古植物群以丹尼蕨Danacopsis—贝脑蕨Bernoullia组合为特征。
延长组底部界面与下伏中三叠世纸坊组接触，也存在明显的沉积间断，并假整合接触，代表中三叠世末印支运动强烈挤压上升剥蚀界面。界面之下可见发育典型的古风化壳层式古土壤层，该层位于纸坊组顶部厚约50cm～70cm，其颜色由下而上为棕红—灰绿—土黄色，而顶为铁质褐色薄膜，显示出整体的退色现象；其岩性下部为质地成层性较好的泥岩岩层，向上岩石逐渐破碎，呈松散的粉粒状，至顶部则变为铁质薄膜覆盖下的土壤层；其剖面结构具有明显经风化淋滤作用形成的多个钙质结核体（一般为6cm×3cm）垂直发育。延长组和纸坊组分界面，既是岩性上的突变面，其界面之上的长10段油层组为厚层灰绿－棕红色中粗粒砂岩，大型槽状－板状交错层理发育，而界面之下则与纸坊组顶杂色泥页岩相接触，亦是岩相上的转换面，同时从古孢粉反映的古气候状况方面又是由纸坊组干燥气候向延长组潮湿气候的转折点。由此可见，延长组与纸坊组分界线作为层序界面（SB1）也是一个长期的结构假整合面。
总之，晚三叠世延长组Ⅱ级层序的顶底界均以不整合面与之分开，显示了基准面下降造成的大陆剥蚀，反映在地震剖面上顶部剥蚀，底部上超现象明显存在，特别在顶部形成规模较大的深切谷充填型河道，下切深度50m～200m，构成一完整的构造型Ⅱ级层序。
（2）Ⅲ级层序特征
Ⅱ级层序中包括5个Ⅲ级层序，由下而上分别描述如下。
1）层序Ⅲ1（长10段）
底界面SB.为印支早期形成的延长组（T3）y与下伏中三叠统纺坊组平行不整合面，对应地震剖面上的T8反射波组，在盆地区域性的追踪对比中，属Ⅱ级层序边界。该界面之上发育大型切割叠置的河道砂体，基底冲刷起伏较大。据测井曲线和野外露头剖面和岩心观察认识到，在盆地南部铜川、柳林和长武一带确有湖泛面存在，并可达到开阔浅湖的性质，据柳林剖面观察代表湖泛面的泥岩为灰绿－深灰色质纯，厚度大（> 20m）；泥页岩水平纹理局部较发育，虽含植物碎片丰度不高，但保存相对较完整；含典型的菱铁矿结核，并沿层面大量分布；泥页岩中夹有厚度不等的（一般厚5cm～15cm）泥灰岩透镜体；在碎屑粉砂质泥岩中见Skolithos类遗迹化石，并在长20井相应层位发现双壳类动物化石。这说明长10期盆地南部存在着一定范围湖盆，至于盆地腹部由于过去钻井揭露较少，有待新资料证实，盆地北部少有钻井揭露和岩石观察均未见类似湖相泥岩的存在。因此有理由推断长10期湖盆或湖泛面主要发育在盆地南部。
2）层序Ⅲ2（长9段—长82亚段）
该层序底界面SB2为长9段油层组与长10段油层组的分界线，是一个冲刷切割十分明显的界面，局部地段冲刷起伏可达5m以上。界面之上主要由多期河道砂体频繁切割叠置，界面之下则发育三角洲平原细粒漫滩沉积，反映界面在相序或相组合上是一个转换点，测井曲线上为突变点。该层序的低位体系域由长8段三角洲砂体组成，准层序叠置方式为加积－进积式；湖侵体系域位于长91亚段中上部，主要为深灰色、灰黑色的泥岩及页岩，俗称“李家畔页岩”，属于开阔浅湖相，野外露头剖面和多口井取心井的观察，确认长9期中上部湖侵是仅次于长7期最大湖泛面的一次规模较大的湖侵，它是在基准面不断上升、可容空间逐步增大的总背景下形成的，其基底下陷的幅度和相对湖盆扩张强度远比长（4+5）期湖侵大得多，因而其发育的开阔浅湖、半深湖亚相所反映的湖泛面更是长（4+ 5）期湖侵（主要为含沼泽的滨浅湖亚相）所无法比拟的。经观察长9期半深湖亚相主要分布湖盆腹地的东北与东南，厚度最大25m～35m，主要为灰色泥页岩夹凝灰岩薄层，水平纹理发育，并含有完整鱼类化石及鱼类骨片、低等水生植物和藻类（或似藻包体）；开阔浅湖亚相，主要为深灰色粉砂岩泥岩类泥质粉砂岩条带，除含有植物碎片外，并采获较丰富的介形虫、双壳类、叶肢介和鱼类等化石，以及各种动物居所、觅食和爬行遗迹化石。电性特征为高自然伽马，高自然电位，低电阻、低密度，尖刀状，大井径；高位体系域，由一至两套薄层砂岩组组成，并夹有灰棕色泥岩，属三角洲平原或前缘，准层序叠置方式呈进积式。
3）层序Ⅲ3（长81亚段—长6，亚段）
该层序底界面SB3为长6，亚段油层组与长62亚段油层组分界线。在盆地边缘，界面之上发育多期曲流河道叠置砂体，界面之下则为三角洲平原相为主，发育孤立的河道砂体，并以细粒漫滩沉积占主体，界面之上自然电位曲线呈箱状，与下伏地层呈突变关系；在盆地内部，界面之上常为三角洲前缘亚相，而界面之下则为深－半深水泥岩夹浊积岩沉积，显示相组合的明显转换。该层序的低位体系域主要由长81亚段和长6，亚段油层组三角洲前缘亚相带组成，准层序的叠置方式前者呈退积式，后者呈进积式；湖侵体系域主要由长7段油层组中下部的黑色泥岩、页岩或油页岩，凝灰质泥岩或碳质泥岩组成，属半深湖－深湖相沉积，在电性上主要表现为高时差，高伽马，自然电位偏正等特点，为全盆地延长组中分布最稳定，对比性最强的区域性标志层（俗称“张家滩页岩”），它是湖盆发展到鼎盛时期形成的主要凝缩层段，也是中生代最主要的生油岩，准层序叠置方式为典型的退积式；高位体系域主要由长7段油层组上部三角洲前缘砂体（包括水下分流河道与河口坝为主砂体），其准层序的叠置方式呈进积式。
4）层序Ⅲ4（长62亚段—长33亚段）
该层序的低位体系域主要由长62亚段和长（4+ 5）段油层组三角洲前缘亚相带组成，准层序的叠置方式呈进积式；湖侵体系域主要由长（4+ 5）段中上部滨浅湖泥岩或三角洲平原泥沼组成，表明湖泊水体继长7期最大湖侵之后又一次湖平面波动，形成第二次较大湖泛面，准层序的叠置方式以退积式为主；高位体系域主要由长（4+ 5）段上部一至两套砂岩与泥岩互层组成，属三角洲平原－前缘细粒沉积，准层序的叠置为退积－进积式。
5）层序Ⅲ5（长32亚段—长1段）
该层序低界面SB4为长32亚段油层组与长33亚段油层组的分界面，界面之上为多期辫状或曲流河道冲刷叠置沉积，界面之下为一套泥质和粉沙质细粒沉积并夹煤线，测井曲线呈特征的“细脖子”段，代表三角洲平原与前缘亚相沉积，界面既是相序或相组合转换点，又是冲刷间断面；顶部界面SB5为延长组与上覆侏罗系构造不整合面属一级层序界面。根据测井曲线并结合岩性剖面分析，该层序主要由低位体系域组成，准层序的叠置方式为加积－进积式，即强烈的河流回卷作用形成的砂岩进积楔状体直抵湖盆的腹部，使湖盆受分割进一步萎缩，并淤积发生沼泽化，转变为非湖泊沉积。

1.分期的依据
划分水文地质期应把握两个要点。其一，应以研究目的层的沉积背景、沉积作用及其以后地史进程中的沉积、构造演化为依据论证期的划分。其二，针对主要含水系统进行分期。分期的依据是:
(1)中三叠世末发生的印支运动导致川盆中、东部露出水面，以中三叠世末不整合面绘制的古地质图显示，以泸州为中心朝向北西方向由老到新呈环状分布，直至乐山、仁寿一带中三叠统保存完整(图8-3)，中三叠世浅海显著向西萎缩，在川盆西外侧龙门山前山带和盆内川中前隆之间形成了川西晚三叠世残留海盆。
晚三叠世龙门山后山带及其以西地区松潘-甘孜地区大规模的拉张裂陷，沉积了巨厚的海相层和大陆斜坡的浊流沉积。特提斯海通过康滇古陆与龙门山半岛、抑或与新生的乐山—龙女寺陆地之间的海峡与残留海盆连通，发展成为以川西为沉降中心西断东超的箕状川西拗陷，沉积了上三叠统须家河组须一段海湾泥岩相、须二段三角洲砂岩相、须三段泥岩沼泽相，其后由于龙门山前山带强烈活动和隆升，露出水面，导致残留海盆转化为须四段至须六段的陆相沉积，之后又连续沉积了侏罗系、白垩系(2000～5000m)陆相红层，晚三叠世箕状断陷盆地发展成为沉降的大型拗陷盆地。
白垩纪末发生了规模巨大的对四川盆地构造形态起决定性的正向构造运动———燕山运动(又名四川运动)，结束了川盆中东部的沉积历史。川盆周围地层褶皱隆升为高山，川盆西缘伴随着岩浆喷发和形成花岗岩等深成岩类，盆内中生代地层发生首次断褶，川盆现代轮廓基本定型。第三纪沉积除在江河两岸零星分布外，主要沉积于川西拗陷。

图8-3 四川盆地西南地区中三叠世末地质图

晚第三纪喜马拉雅运动川盆进一步遭受挤压褶皱和断裂，盆内不同性质的三大块构造最终定型。川西拗陷内堆积了厚度甚薄的第四系沉积层。
(2)依据川西拗陷的沉积演化、构造演化的进程和笔者的分期理念，可将上三叠统须二、四、六段三个主要含水系统经历的水文地质期划分为沉积作用、沉压埋藏作用和构造热液作用三个型式的水文地质期。
必须指出，各含水系统“期”的起始时间、持续时间和作用的强度及效应均是不同的。
(3)川西拗陷是个中、新生代继承性拗陷，晚三叠世沉积后继而连续沉积了侏罗系、白垩系，上三叠统最大埋深在5000m之下，最浅的也有2000m，晚三叠世沉积结束后未裸露地表，即未经受过淋滤作用的改造。但根据钻井地层分层数据编制的各层厚度分布图上发现，须六段分布在拗陷的南部，约占拗陷总面积的一半多，北部大面积缺失;须四段在拗陷内大面积分布，但在拗陷北部西边界内侧的江油一带和北边界内侧的苍溪以北一带缺失，其上为须五段沉积层覆盖。出现缺失的原因可能是:其一，上三叠统由海相转化为陆相沉积时，由于龙门山前山带强烈活动和隆升，不仅切断了残留海盆与外海的联系转变为陆相沉积，而且引发拗陷北部的抬升，导致湖盆沉积范围有所变化，须六段沉积时湖盆萎缩到拗陷南部。其二，须四、须六的沉积结束后露出水面，经剥蚀作用形成的，但上三叠统是个连续沉积的过程，不存在沉积间断，且这些被剥蚀的沉积物搬运至拗陷外，还是在拗陷内搬运，按现掌握的资料难以佐证。按第一种状况而论，须六段未经历淋滤作用，而须四段裸露面甚小，时间又短，主要以内循环型压挤式沉积水交替为主要动力特征。
(4)难以取得川西拗陷在油气和卤水开发过程中的水动力、水化学动态测试资料，人类技术经济活动作用缺乏支撑讨论的条件。
2.期的定位
按照上述分期依据的分析，可将各含水系统深层水历经的水文地质期概括于表8-1。
表8-1 上三叠统各含水系统“期”的演化


注:I—沉积作用;II—沉压埋藏作用;Ⅲ—构造热液作用。
须二段含水系统深层水在地史进程中依次经历了沉积作用、沉压埋藏作用和构造热液作用三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须二段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须三段沉积开始至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期自白垩纪末发生的燕山运动(四川运动)至第三纪末发生的喜马拉雅运动幕面之间的持续时间。
须四段含水系统深层水在地史进程中经历了与须二段期序相同的三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须四段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须五段沉积开始至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期的持续时间与须二段的相同。
须六段含水系统深层水在地史进程中经历了与须二段期序相同的三个水文地质期。沉积作用水文地质期自须六段沉积开始至沉积结束的持续时间;沉压埋藏作用水文地质期自须六段沉积结束至白垩纪沉积结束的持续时间;构造热液作用水文地质期的持续时间与须二段的相同。

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