松遼盆地油田開發建設對地質環境的負面影響
——以大慶油田為例

郭昂青黑龍江省齊齊哈爾礦產勘查開發總院，黑龍江齊齊哈爾161006

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松遼盆地油田開發建設對地質環境的負面影響
——以大慶油田為例

郭昂青
黑龍江省齊齊哈爾礦產勘查開發總院，黑龍江齊齊哈爾161006

松遼盆地中的大慶油田是我國主要油氣生產基地，不但油氣資源豐富，地下水和地熱資源也非常豐富.經過半個多世紀的持續高強度開發建設，油田已進入開發中后期，綜合含水率已達90%以上.大慶油田的地質環境受到了嚴重的負面影響，具體表現在：①含水層環境的破壞污染；②土壤環境的破壞污染；③對地層原始壓力的影響；④地面隆起和沉降變形；⑤熱儲體系和地熱資源的破壞.相關部門應予以足夠的重視，及時開展調查評價監測和研究工作，采取有效防治措施.

松遼盆地；大慶油田；開發建設；地質環境；負面影響

0　前言

大慶油田位于松遼盆地中央拗陷區北部，跨北緯45°05'～47°00'，東經124°19'～125°12'.油田南北長140 km，東西寬70 km，總面積約6000 km2，含油面積2334.4 km2.大慶油田主體—大慶長垣為大型背斜構造帶，包括喇嘛甸等7個背斜構造油田，含油面積1433 km2，地質儲量42.4×108t.長垣以外有杏西等45個油田，含油面積901.3 km2，地質儲量2.75×108t.大慶油田是上述一系列油田的總稱.

大慶油田于1960年投入開發，是我國目前最大的油田，也是世界上為數不多的特大型砂巖油田之一.至2007年，累計探明石油地質儲量56.7×108t，天然氣儲量2400×108m3.截至2014年，累計生產原油22.8× 108t，天然氣1266.16×108m3.經過半個多世紀的高強度開發建設，大慶油田已進入開發中后期，綜合含水率已達90%以上.

經計算，大慶油田地熱異常區地熱能資源總量為2.9048×1021J，折合標準煤988×108t.地熱水資源量為2.44×1012m3，地熱能可采資源量為8.9277×1019J，折合標準煤，30.4×108t［1］.深層地下水允許開采量為2.34× 108m3/a，而開采量已超過5.0×108m3/a，處于嚴重超采狀態.

1　地質概況

1.1區域地質

松遼盆地位于我國東北地區，面積26×104km2，屬中、新生代形成的大型陸相湖成盆地.盆地周邊被丘陵和山脈環繞，西鄰大興安嶺，北與小興安嶺為界，東部為張廣才嶺，南接康平-法庫丘陵地帶.盆地大體以松花江為界分為南北兩部分，北部為大慶油田探區，面積為11.6×104km2；南部為吉林油田探區，面積為6.9× 104km2.

松遼盆地是拗陷和斷陷相疊置的大型復合式含油氣水熱盆地，以板塊構造觀點，屬于克拉通內復合型盆地［2］.盆地斷陷階段，構造運動以斷裂作用為主，形成了一系列斷陷盆地.這些彼此分隔的斷陷盆地中不同程度地發育火山巖、火山碎屑巖以及河流沼澤相為主的地層，厚度較大，自下而上分別為火石嶺組、沙河子組、營城組、登樓庫組.盆地拗陷期，構造運動以沉降為主，沉降幅度與沉積范圍均規模巨大，先后沉積了以河湖沉積為主的泉頭組、青山口組、姚家組與嫩江祖.盆地萎縮階段，構造運動趨于緩慢上升狀態，沉積范圍明顯縮小，先后沉積了以河流相為主的四方臺組、明水組和新生界.

松遼盆地基底為前古生界、上古生界夾有花崗巖、火山巖的變質巖系，上部沉積蓋層從侏羅系始，至新生界均有不同程度發育，但以白堊系為主，厚達5000 m以上，為陸相沉積，是主要含油氣熱層系.盆地的構造特征是：北部為傾沒區，東北部、東南部和西南部為隆起區，西部是平緩斜坡區，中間是大面積拗陷區.

大慶油田在地質構造上屬于松遼盆地的一部分，位于盆地中央拗陷區北部［3］，沉積了厚達6000多米的沉積物.勘探資料表明，在大慶油田地區分布著侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系.這種陸相沉積地層為石油、天然氣、地熱和地下水資源的生成和賦存創造了條件.

1.2含油氣組合特征

油氣藏的形成不但需要生油氣層，還需具備儲油氣層與蓋層，這3個要素合起來為含油氣組合.松遼盆地的含油氣組合共4個，即上部、中部、下部和深部含油氣組合（見表1）.

1.3熱儲體系特征

根據松遼盆地的演化史、地層發育特征，并經勘探證實，熱儲層主要為姚家組、青二三段、泉一三四段、登三四段，且形成了上部、中部、下部、深部4套熱儲體系（見表1）.

表1　大慶油田含油氣組合與熱儲體系關系表

1.4含水層系統特征

大慶油田分布多個含水層系統，主要開采層位有：白土山組砂礫石承壓含水層；泰康組和大安組砂礫巖承壓含水層；明水組含礫砂巖承壓含水層.特別是泰康組和白土山組含水層，都具有分布面積廣、厚度大、水量豐富、補給源充足、易開采等特點，水質基本達到油田注水、工農業及民用水質標準，目前已做為油田地下水開采的主要目的層.

2　對地下水地質壞境的影響

2.1地下水超采

大慶油田主要開發利用深層地下水資源，到目前為止共建成水源46座，鉆各類生產井793口，日綜合供水能力137.04×104m3.地下水年允許開采量2.34× 108m3.目前，實際年開采量超過5.0×108m3，處于嚴重超采狀態，其中大部分為油田注水用.最深供水井為529.30 m，含水層為白堊系明水組.油田開發建設對含水層地質環境影響主要表現在如下幾方面.

（1）區域地下水降落漏斗

深層地下水一直是大慶油田生產和生活的主要供水水源，特別是油田西部地區，自油田開發建設以來，地下水擔負著油田的主要供水任務.由于長期超量開采地下水，已在大慶長垣兩側形成了兩個區域性地下水降落漏斗［4］.長垣西部開采白土山組和泰康組含水層中地下水，2009年開采量1.06×108m3，漏斗面積3600 km2，漏斗中心水位埋深35.15 m.長垣東部開采明水組含水層中地下水，2009年開采量0.27×108m3，漏斗面積1340 km2，漏斗中心水位埋深45.5 m.

（2）地面沉降變形

自1972年以來，大慶油田西部水源地地下水位大幅度下降，逐漸形成區域性地下水下降漏斗，至2001年漏斗中心水位埋深已達41.7 m，這給土層內部應力累進性轉變提供了條件.大慶油田地面沉降就是在這樣的條件下形成的.地面沉降變形區與地下水下降漏斗中心部位完全吻合，這充分說明了地面沉降是由于地下水水位下降引起的.地面沉降變形的強度隨著距離漏斗中心位置不同而變化.實測證明在漏斗中心部位沉降量最大，西部漏斗中心部位沉降量已達99 mm，東部漏斗中心部位沉降量達71 mm?倪長海.大慶市地面變形規律及危害.2005..

（3）水質變化

隨著地下水開采量不斷增加，地下水降落漏斗水位下降也相應增大.在許多水源地，如前進、齊家、讓胡路、喇嘛甸、紅衛星等水源地下水化學成分發生了變化，地下水中Cl-、SO42-、TDS、硬度、Fe和Mn均有升高的趨勢.當地下水開采量增至45×104m3/d時，TDS急劇增加，表明深層地下水處于超采狀態?慕山，等.大慶市地下水資源開發利用規劃報告.2001..地下水超量開采改變了地下水的動力條件，加劇了不同含水層之間水量與物質組分之間的交換，增大了地下水環境污染的可能性.

2.2油田勘探開采

（1）鉆井

大慶油田截止到目前共施工油氣水井約100 000余口，油氣水井密度約16.7眼/km2.深度300～6300 m，一般1200～2100 m.油氣層開采深度一般1150～2000 m.

在油氣水井施工中完全揭穿了上部各層含水層，一方面使各層含水層之間有了水力聯系，另一方面也使油氣層與含水層有了物質和能量交換，致使局部地下水水質發生了變化.受油田開采的影響，在主要水源地多井出現甲烷檢出的現象.據水質監測資料，1993年大慶石油管理局所轄的12個水源地中有9個水源地共計18眼井有甲烷檢出.檢出井數最多的是西水源（4眼）和南水源（4眼），甲烷濃度最高的是前進水源的3-1號井，濃度為4.80 μg/L?慕山，等.大慶市水環境研究與管理.1998..齊家水源地硫化氫氣體含量最高達150 μg/L，游離CO2達到118.8 mg/L?.這些物質在深層地下水中的富集，已成為突出的環境水文地質問題.

（2）泥漿

泥漿在鉆井過程中，能夠懸浮和攜帶巖屑，清洗井底，有利于鉆頭直接接觸井底巖石，提高鉆井速度，還可以冷卻、潤滑鉆頭，防止井壁坍塌，但也可侵入含水層、油氣層和熱儲層，使之受到污染和堵塞.

一般情況下，鉆井泥漿的主要成分有水、油、黏土、加重材料、泥漿處理劑、堵漏材料等.主要成分取決于鉆井泥漿類型以及加入的泥漿添加劑.隨著石油工業的發展，鉆井工藝對泥漿的要求越來越高，泥漿體系日益增多，配方越來越復雜.泥漿配方中都含有重金屬、油類、堿和其他化合物.主要污染物包括烴類、鹽類、各種有機聚合物、木質素磺酸鹽、某些重金屬（如汞、鉻、銅、鉛、砷）.各種泥漿的使用均能對含水層、熱儲層、油氣層造成污染和堵塞.

大慶油田一般每鉆一口井需配置70 m3泥漿，根據不同地層和不同井段，需配置不同性質的泥漿.現大慶油田已施工油氣水井約100 000余口，泥漿的使用量應在700×104m3以上.當鉆遇含水層時，泥漿就會侵入污染堵塞含水層.由此可見，泥漿對含水層的污染應該是較嚴重的，影響含水層結構及水質安全.

3　對土壤地質環境的影響

石油開發過程中的廢棄物有廢棄泥漿、鉆井巖屑及落地原油.其中，廢棄泥漿和落地原油對土壤環境的影響較嚴重和普遍.

3.1廢棄泥漿

油田鉆井廢棄泥漿是油氣井開采過程中產生的固液體污染物.它是一種含有礦物油、酚類化合物及重金屬的復雜多相體系，其浸出液有較高毒性.油氣田鉆井生產每天都要產生大量的廢棄泥漿，廢棄泥漿直接排放，經長期堆積和雨水淋濾滲入地下，會對周邊的土壤、地表水和地下水造成嚴重污染，給人類生活帶來潛在的危害.廢棄泥漿產生量大，產生的地域廣，污染面積大而且分散.

廢棄泥漿組成復雜，一般呈堿性，pH值在8.5～12之間，有時可達13以上，外觀呈黏稠流體狀，顆粒細小、級配差不大、黏度大、含水率高且不易脫水；含油量高，部分廢棄泥漿含油量達10%以上；固體含量高，主要為膨潤土和有機高分子處理劑、加重材料、巖屑等.此外由于廢棄泥漿中含有機和無機類添加劑，其中的重金屬、COD、石油類有害物質濃度較高，個別污染指標超出國家排放標準百倍［5］.廢棄泥漿中的重金屬元素、有機物及理化性質皆明顯高于土壤背景值，當它們進入土壤中，將會造成一定污染.廢棄泥漿堆積在井場周圍，占用大量耕地和草地，并成為新的污染源.大慶油田產生廢棄泥漿約190×104m3，其中約有1/3直接排放到地表，對土壤環境造成嚴重的污染.

3.2落地原油

在石油開采過程中，試油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作業和油氣集輸，均有原油拋落于地面，平均作業一口井殘留在地面的落地原油約1.0 t.其中約60%回收利用，約40%在土油池內，很少一部分散落在土油池外?李長興，等.大慶油田開發建設對環境影響研究.1995..截至目前大慶油田共施工油氣井約70 000余口，落地原油產生量約70 000 t，其中殘留在土油池中約28 000 t.

據顧廷富研究結果，井場產生的落地原油呈放射狀分布，90%左右石油污染物集中在0～40 cm深度范圍內，落地原油橫向遷移范圍確定在150 m以內，單口油井污染面積達0.071 km2；土柱淋濾模擬實驗中，83.4%的落地原油殘留在土壤0～10 cm深度，原油在不同土壤類型中的縱向遷移差別不大，縱向遷移范圍在70 cm以內?顧廷富.大慶油田落地原油對土壤及地表植物影響的研究.2006..大慶油田開發區和石油化工區，主要污染物為石油總烴，酚類，硫化物?.落地原油污染已成為油田土壤污染的主要原因之一.

4　對地層原始壓力的影響

大慶油田是早期注水開發的大型陸相非均質、多油層砂巖油田.由于油層在縱向上和橫向上均存在著嚴重的非均質性，從而在縱向上形成了正常壓力層和異常壓力層并存的情況，在平面上形成了正常壓力區與異常壓力區交錯分布的復雜情況.

油田在原始狀態下，各油層具有統一的壓力系統，油層壓力隨著深度增加而呈線性增加.當油田注水開發以后，地層壓力在縱向上的分布特征發生了極大的變化：當油層形成長期注大于采的情況時，地層壓力有很大的提高，從而形成高壓層，甚至是異常高壓層；而當油層形成長期采大于注的情況，地層壓力會有很大程度的降低，從而形成欠壓層，甚至是異常欠壓層；而對于注采平衡或接近平衡的油層，地層壓力變化不大，則為正常壓力層［6］.

大慶油田現有注水井29 724口，日注水量155.0× 104m3，其中水驅注水井22 001口，分層注水井20 729口?孔德濤.大慶油田注水井管理的主要做法.2010..油田注水開發后，油層壓力受注水開發的影響，油層壓力比原始靜壓高10～15個大氣壓，最高可達25～30個大氣壓，形成高壓區［2］.由于50多年注水開發，大慶油田地下地質環境發生了根本性的變化，部分區塊地層壓力出現了兩極分化現象.

5　地面隆起變形

在石油開發過程中，注水和采油都將導致儲層孔隙壓力的變化，從而使儲層骨架承受的有限壓力發生變化，進而導致儲層發生變化，這種變化傳遞到地表就會導致地面發生垂向變形.大慶油田從1976年開始進行高壓注水開采.高壓注水時如果油層物性差，連通性不好，就會在高壓注水過程中形成高壓區塊，或者在井間、層間產生異常高壓帶.區塊內壓力上升，砂巖顆粒骨架膨脹，吸水層厚度增加，造成地層抬升隆起.大慶油田地面隆起變形主要沿大慶長垣構造即油田主采區的界限范圍分布.核心部位隆起大于120 mm，局部地段達500 mm，最大可達2000 mm?倪長海.大慶市地面變形規律及危害.2005..

6　對熱儲體系的影響

由表1可以看出，大慶油田含油氣組合與熱儲體系基本上一一對應，含油氣組合與熱儲體系是不可分割的統一地質體，即含油氣組合中有熱儲體系，熱儲體系中也有含油氣組合.

大慶油田開采所施工的油氣井和注水井均穿透了上部和中部熱儲體系的蓋層，部分穿透了下部和深部熱儲體系蓋層，對熱儲的封閉性產生了不利影響，形成了煙囪效應，并且消耗了大量的地熱能資源.具體表現在油田采出水所消耗的地熱能.

油田采出水是指在原油開采過程中所攜帶出來的地下熱水，這些熱水經過處理降溫后又被重新注入地下進行驅油，也就是水驅.目前，大慶油田原油開發已經進入高含水后期，特別是第一至第六主力采油廠，原油生產中伴隨原油的采出水量也呈逐年上升趨勢[7].資料表明，薩爾圖、喇嘛甸、杏樹崗油田是產出水的主要產區，占全油田產出水的96.4%.據統計大慶油田采油一廠到六廠，1978年產出水量為1.75×108m3，2006年為 3.98×108m3，2010年為 4.33×108m3，2012年為4.85×108m3.

原油儲集層一般都處在地殼增溫層中，埋深較大，大地熱流作用導致地層溫度較高，油田采出水在地下伴隨著原油在地層中吸收了儲集層中大量的熱量，和原油一起被采出地面時的溫度一般在40℃左右，蘊含著豐富的熱能［1］.若按提取10℃溫差熱能計，目前大慶油田每年消耗水熱能相當于69.4×104t標準煤，地熱能資源損失很大.由此可見，大慶油氣田的高強度開采，對熱儲體系和地熱資源的原始地質環境有一定的破壞作用，產生了一定的負面影響.

7　結語

大慶油田經過半個多世紀的高強度開采，已進入開發中后期，含水率已達90%以上.在取得巨大經濟效益和社會效益的同時，也對地質環境產生了嚴重的負面影響，引起了含水層結構的破壞和地下水質量變差、土壤環境破壞污染、地層原始壓力變異、地面沉降和隆起變形、熱儲體系的封閉性破壞和地熱資源的損失浪費等一系列地質環境問題.應立即引起政府相關部門的足夠重視，及時開展調查評價監測和研究工作，采取有效的防治措施.

［1］王社教，朱煥來，閆家泓，等.大慶油田地熱開發利用研究新進展［J］.地熱能，2014（2）：6—8.

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［5］林仲，李雪凝.油田廢棄鉆井泥漿處理技術研究進展［J］.廣州化工，2010，38（5）：47—48.

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Negative effect of the development and construction in the oilfield in Songliao Basin on geological environment: A case study of Daqing Oilfield

GUO Ang-qing
Qiqihar Institute of Mineral Resources Exploration and Development,Qiqihar 161006,Heilongjiang Province,China

The Daqing oilfield in Songliao Basin is one ofthe major oil and gas production bases of China,with abundant oil and gas resources as well as groundwater and geothermal resources.After more than halfa century of sustained development and construction,Daqing oilfield has entered the middle and late stage of development.The comprehensive water content of the oilfield is up to 90%and more.Due to the development and construction of high strength,the geological environment of the oilfield is badly affected,specifically in the following aspects:1）pollution of aquifer environment;2）pollution of soil environment;3）influence on the original pressure of strata;4）ground uplift and subsidence;and 5）destruction of geothermal reservoir and geothermal resources.It should be paid great attention to immediately carry out investigation, evaluation,monitoringand research work and takecountermeasures.

Songliao Basin;Daqing oilfield;development and construction;geological environment;negative effect

1671-1947（2016）02-0176-05

X14

A

2016-02-17；

2016-04-08.編輯：張哲.

郭昂青（1960—），男，高級工程師，從事水文地質工程地質環境地質勘察研究工作，通信地址黑龍江省齊齊哈爾市建華區中華西路208號，E-mail//gaq-sky@163.com