研究表明，地层水不仅是油气生成的重要环境，还是油气运移的重要载体[1，2]，在一定条件下还能成为油气聚集的场所或介质[3，4]。因此，研究地层水特征是认识一个地区油气运聚成藏规律的重要手段。三湖坳陷是柴达木盆地东部的一个二级构造单元，该区第四系是生物气的富集区，已发现涩北一号、涩北二号、台南等多个生物气田（图1）。这些生物气田均分布在生气中心北侧的北斜坡带，并且横向上不同构造位置、纵向上不同储盖组合，其生物气富集程度有很大差异[5]。为了掌握地层水与生物气运聚的关系及生物气富集的控制因素，在前人研究基础上，本文从地层水动力和地球化学特征分析入手，并将其与生物气运聚特征对比，明确了地层水在生物气运聚中的作用。

1 地层水特征分析

三湖坳陷位于柴达木盆地东南部，为典型干旱寒冷气候，大气降水很难形成对地下水的补给。该区周缘为高山环绕，在海拔4500m以上发育冰川，其中南缘昆仑山海拔5000～6860m，冰川广布，冰川融水可顺坡注入盆地，其中一部分成为地表径流注入湖泊；另一部分渗入地层，成为地下径流的主要来源。由于该区总体南高北低，地下水主要来源于南面布尔汗布山的溶雪，而东北面的牦牛山、札布萨尕秀山，北面的埃姆尼克山、欧龙布鲁克山等不能构成供给区。

1.1 地层水动力学特征

地层水动力学特征（动力场）对油气运移、聚集具有重要影响[6]。根据流体势的计算公式，可计算地层水水势[7]。计算公式为

式中 Φ——流体势（水势），m2/s2；

H——某一计算点的海拔，m；

g——重力加速度，m/s2；

p f——地层压力，Pa；

ρ——地层水密度，kg/m3.

（1）式右侧第1项为单位质量地层水相对于海平面的重力势能，第2项为单位体积地层水的弹性势能。公式两边除以g，得

h即为水势的一种表征形式。

重点对探井密度较大、生物气富集的北斜坡进行了水势头计算，结果发现，北斜坡南边比北边的水势头还要高。根据流体由高势区向低势区流动的规律，第四系地层水具有从南向北，及向北斜坡北缘继续流动的趋势。即在昆仑山高水势的驱动下，第四系承压水向北运移，在北斜坡张性构造发育部位泄露到地表。因此，鸭湖、台吉乃尔构造部位是该区第四系泄水区，与目前中央凹陷湖泊发育的地面汇水区位置存在差异。

1.2 地层水化学特征

为了明确三湖坳陷地层水化学特征，收集整理了该区所有46口井126组分析数据。分析数据表明（表1），气田区地层水阳离子浓度K++Na+最高，其次为Mg2+和 Ca2+；阴离子以 Cl-为主，其次为 SO24-，HCO3-含量较少；平均pH值为6.4；平均矿化度为12567mg/L；水型以CaCl2型（98个样品）为主，其次为MgCl2型（23个样品），个别为NaHCO3型（3个样品）。

（1）横向变化特征 从图1可看出，第四系地层水矿化度总体具有“边缘低、中央高”的特征，在这一背景下，存在台南、涩南、伊克雅乌汝—台吉乃尔3个高值中心。地层水矿化度这一变化特征与周缘山区冰雪融水补给及盆地内部强蒸发有关。

（2）纵向变化特征 从图2可看出，研究区主要气田地层水矿化度均具有旋回变化的特征，如涩北一号气田400～1700m深度段，地层水矿化度在总体向下增加的趋势下，存在7个“增高-降低”变化旋回，从上到下依次为旋回1到旋回7（受分析资料限制，旋回1和旋回7不太完整）。涩北二号气田变化趋势与涩北一号相似，其他气田因缺少分析数据而旋回不完整。地层水矿化度这一频繁变化的特点，说明柴东第四系地层水纵向上存在交替变化的现象。

2 地层水在生物气运聚中的作用

2.1 水动力特征控制生物气运移方向

天然气的运移相态，主要取决于生气量和地层水溶解量（后者又决定于地层水体积、温度、压力、矿化度等）。如果生气量大于溶解量则有游离气相存在，反之则为水溶气相态。含水地层中孔隙绝大部分被水占据，因此，水的流动往往以水溶气相态流动，其流动方向决定了溶解态天然气的运移方向。天然气以游离相运移要受到多相流体相对渗透率和毛细管阻力的限制。根据目前致密地层中气-水两相相对渗透率的测定和泥质盖层突破压力的研究，得出天然气的临界运移饱和度约为10%[9].

对油气运移相态的研究发现，在压实作用早期，油气生产量小而地层水丰富，进入储集层的天然气全部溶于地层水，为水相运移；随着压实程度的升高、排水量渐减而生气量增大，储集层中烃浓度也随之增大，在水流的古隆起方向才开始产生游离相天然气。研究区第四系处于成岩作用早期，没有经过成岩压实脱水，所以地层中含水量高，为25%～60%.处于未成熟阶段的有机颗粒溶解在地层水中，被生活在水体中的生物菌降解后生成的甲烷气首先直接溶解在地层水中，生物气主要以水溶气相态发生运移。

三湖坳陷第四系湖相碳质泥岩、暗色泥岩均能生成大量生物气[10]，目前发现的主力气田，多同时捕集中央凹陷生气中心及自身所在构造生成的生物气。中央凹陷及南斜坡生物气主要以溶解态随地层水侧向运移，并在一定的条件下析出成藏。这一特征决定了北部斜坡成为生物气聚集的有利指向区。

2.2 地层水矿化度分布控制了生物气聚集部位

气体在地层水中的溶解度受矿化度的影响，在温压条件一定的情况下，矿化度越小溶解度越大，矿化度增加则溶解度减小[11]。三湖坳陷溶解态运移的生物气，由于地层水矿化度增加、溶解度减小而析出成藏，地层水矿化度变化控制了气田发育的位置。

（1）对生物气聚集区的控制 如前所述，在生物气运移方向上，地层水矿化度增加则生物气将析出，并在圈闭条件具备的情况下聚集成藏。如果矿化度高值区发育背斜圈闭，气田分布将与矿化度高值区一致，如台南气田和台吉乃尔气田分别与台南和伊克雅乌汝—台吉乃尔矿化度高值中心一致（图1）；若矿化度高值区圈闭条件差，析出的生物气一部分会直接向地表散失，一部分将继续向北运移并在合适圈闭中聚集成藏，如涩北一号和涩北二号气田。对于涩北一号和涩北二号气田来说，大规模生物气的聚集除与涩南矿化度高值区析出的生物气有关外，还与该区自身能供给天然气有关[5]。

（2）对生物气富集层段的控制 涩北、台南、台吉乃尔等第四系气田的生物气[12]分布在气田间可以对比的7个储盖组合当中，构成了纵向上叠置分布的7个生物气富集层段。为揭示地层水矿化度变化与生物气纵向分布关系，对该区各气田地层水矿化度纵向变化与生物气分布情况进行了对比分析。结果表明，每一生物气储集层段均有一矿化度变化旋回与之对应，且地层水矿化度变化幅度与生物气富集程度相一致。

以涩北一号气田为例，通过地层水矿化度与气田地质储量及试气产量的纵向对比可知（图3），矿化度变化旋回1—旋回7分别与生物气富集的7个组合以及7个试气产量高值段相对应。深入研究还会发现，矿化度每一变化旋回高值深度较相应生物气富集层段中部及试气产量高值段在深度上少有偏差。此外，矿化度变化幅度、生物气地质储量及试气产量三者在纵向上的变化趋势较一致，均为随深度增加。另外，矿化度变化幅度与生物气地质储量及试气产量还存在明显的定量关系，例如地层水变化幅度较小的旋回1、旋回2，对应试气产量也很小；旋回4和旋回5的变化幅度相似，对应试气日产量最大值也几乎相等。

分析认为，溶解态析出或原地生成的生物气，在透过地层水向上扩散时会溶解在上部低矿化度地层水中，之后又将在较高矿化度地层水处析出成藏，从而形成地层水矿化度变化旋回与生物气富集层段一致的现象。因此，纵向上的地层水矿化度的旋回性变化，控制了不同层段生物气的富集程度。

3 结论

（1）在昆仑山高水势作用下，三湖坳陷第四系地层水水势具有南高北低的特征。受坳陷周边冰雪补给和坳陷内蒸发作用影响，地层水矿化度总体周边低、中部高，在此背景下发育3个高值区；纵向上地层水矿化度总体向下升高，但出现多个“增高-降低”的变化旋回。

（2）地层水水势南高北低使溶解态运移的生物气从南向北运移，并在北部斜坡带地层水矿化度较高的圈闭中富集成藏。

（3）地层水矿化度纵向上多旋回变化，与生物气多层段聚集及各层段富集程度存在内在关系，表现为矿化度旋回与生物气富集层段一致。

参考文献：

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