青海省南翼山構造深層鹵水礦床特征及分布規律研究

趙為永，魏學斌，雷 濤，崔 俊，江小青，陳宏民，馬鳳春，沙 威，楊 梅，趙 則，秦九妹

(1.中國石油青海油田分公司勘探開發研究院，甘肅 敦煌 736202； 2.中油測井股份有限公司 青海事業部，甘肅 敦煌 736202)

20世紀90年代以來，國內外深層鹵水勘探開發工作取得較大進展，主要體現在以下幾個方面：①少數油田利用廢棄井開展了深層鹵水開采實驗。四川油田以盆地中部的L1井為例，討論深層鹵水自噴鉆井鹵水產出、水文地球化學和開采動態特征，并對鉆井的測試資料進行分析，預測該鉆井的鹵水可采資源量[1]。勝利油田通過對已經報廢的8口油氣井提鹵試驗，初步掌握了利用電潛泵、提油機開采東營深層鹵水的方法，對東營深層鹵水資源量有了進一步認識，為油田井的綜合開發利用探出了新路。遼河油區計劃進行鹽鹵水資源的綜合開發利用，拓寬加強遼河石油勘探局的發展渠道，使它成為遼河石油勘探局實現可持續發展的一個新的經濟增長點[2]。 ②鹽湖鹵水蒸發實驗研究取得進展。中國鹽湖眾多，鹽湖中礦產資源豐富，受鹽湖所處地理位置和自然氣候條件限制，鹽湖開發采取了不同的工藝路線。根據鹽湖鹵水的水化學類型不同可將鹽湖分為3類，即碳酸鹽型、硫酸鹽型和氯化物型。每種鹽湖類型的鹽湖鹵水相圖各異，鹽類礦物的組成也不相同。針對這3種鹽湖類型，中國鹽湖研究人員做了大量鹽湖鹵水蒸發實驗等研究工作，取得了大量的科研成果[3]。③初步測試了深層鹵水的化學成分，并討論了其成因、利用價值及開發的可能性。

李廷偉[4]通過現場實地考察取樣，借鑒前期數據資料，優選了資源十分豐富、區域代表性強的柴達木盆地西部地區茫崖坳陷，特別是中部地區油墩子—南翼山背斜構造單元的地下油田鹵水為主要研究對象，分析了其基本地層水化學特征，在該基礎上初步探討了深層鹵水的物源信息、成因和演化，為進一步開發利用鹵水資源，特別是評價其資源開發潛力有一定指導意義。

譚紅兵等[5]通過對小梁山、南翼山等典型構造地區石油鉆井自噴的油田深層鹵水以及地表鹽湖、晶間鹵水取樣分析，討論了其地層水化學特征及資源分布，重點通過與海水、青海湖水蒸發曲線對比，分析了油田鹵水的化學演化特征。結果表明，油田鹵水中 K、B、Li資源遠超工業開采品位，Br、Sr等也達到工業開采品位，有優越的高品位綜合開發利用前景；油田深層鹵水資源中礦物元素富集規律表現為在平面上以中部南翼山背斜構造最為富集，向北、向南相對降低，垂向上深部油田鹵水比淺層晶間鹵水、湖表鹵水資源礦產元素相對更為富集；油田深層鹵水的化學演化主要受控于水—巖反應、深部水的混合、蒸發濃縮和鹽巖的溶解作用。這些因素為鹵水分異演化、運移富集成礦提供了良好的地球化學條件。

李廷偉通過對現場實地考察取樣進行分析，參考已有的數據資料，優選了資源豐富、區域代表性強的柴達木盆地西部的小梁山—南翼山等典型構造地區石油鉆井的油田深層鹵水為研究對象，以地表鹽湖、晶間鹵水進行參照比對，分析硼同位素數據，初步探討了油田深層鹵水的成因、條件、演化和物源信息。研究結果表明，油田深層鹵水以陸相來源為主，其形成原因、化學演化、資源元素的高產富集主要是地表水( 大氣降水)在深大斷裂循環，通過地表淋濾溶解以及與地下各種巖石礦物發生水—巖相互作用、變質以及湖盆蒸發等一系列演化過程，同時還有來自深部的地質流體混合，帶來了豐富的礦產資源元素，如Br、B等形成油田深層鹵水。根據油田深層鹵水的成因類型判斷，柴達木盆地西部油田深層鹵水有很好的遠景資源儲量，補給源充足。

本文以青海油田南翼山構造的深層鹵水為主要研究對象，分析了水化學特征，在此基礎上探討了鹵水的成因和物源信息，分析了鹵水的化學演化特征，為進一步開發利用鹵水資源打下了基礎。2012年后，中國地質科學院鹽湖研究人員在南翼山構造做了大量的鹵水蒸發實驗工作，在地下鹵水研究方面取得了大量科研成果。

1 地質概況

1.1 構造地質背景

南翼山構造位于青海省柴達木盆地西北方向(圖1)，屬西部凹陷區茫崖坳陷亞區的1個三級背斜構造[7]。其兩翼基本對稱，翼部傾角20°左右，呈大而平緩的長軸箱狀背斜構造。長軸呈“S”形，長約50 km，短軸長15 km，閉合高度820 m，閉合面積620 km2，呈“兩斷夾一隆”模式[8]。該背斜主要受翼北、翼南兩組斷層控制，故而產生寬緩的背斜構造，有著豐富的鉀鹽資源。

1.2 區域水文地質特征

柴達木盆地水源主要來自于大氣自然降水、深部水、河流水、油田水等。大氣自然降水的補給水源主要通過地下潛流的方式進行流動。地下水徑流強，大部分以地下潛流的形式，向山下的沖—洪積扇進行排泄，而少量地下水以蒸發形式進行排泄。埋藏深度大于200 m的古近系和新近系碎屑巖和碳酸鹽巖賦存裂隙孔隙水，屬高承壓自流水，與外界基本不流通，封閉性好，因而補給和向外界的排泄量小。全新統和下更新統覆蓋于背斜構造和凹地內，賦存孔隙鹵水和晶間鹵水，水源部分來自背部基巖裂隙水的地下潛流作用補給，由于存在斷裂構造，深層鹵水可沿裂隙上升至地表。

2 鹵水礦床特征及成因分析

2.1 深層鹵水水化學特征

(2)微量離子水化學特征。南翼山深層鹵水樣品中B2O3含量2 393～2 575 mg/L，是工業品位的2倍多；Li+含量230 ～261 mg/L，是工業品位的3倍多；Br-含量46.2～73.0 mg/L，I+含量多在35 g/L以上，Br+和I+含量均達到或接近綜合評價指標要求。

圖2 南翼山構造縱向地層水礦化度分布Fig.2 Distribution of vertical formation water mineralization degree in Nanyishan area

圖3 南翼山構造地層水礦化度分布Fig.3 Distribution of water mineralization degree in Nanyishan area

表1 南翼山構造各層組地層水礦化度及含量統計Tab.1 Statistical table of salinity and content average value of formation water in each formation of Nanyishan structure

2.2 深層鹵水成因及形成環境分析

南翼山深層鹵水Br元素在地殼中的豐度為2.15×10-4，在海水開始蒸發、過程濃縮并最終結晶鹽時，溴不能形成固有礦物，進入固相礦物的含量相當少，而遺留在溶液中的含量總是比較多。在石鹽沉積的階段，隨著深層鹵水濃縮主要集中在殘留溶液中，其中一部分Br-以類質同像置換了氯化物鹽類礦物中的Cl-，且置換量與共沉淀的溶液中Br-含量呈正比。因此，殘留溶液中或鹽類礦物中Br-含量越高，表明鹵水濃縮的程度越高，形成鹽類礦物沉積的階段越晚[8]，越有利于最后沉積階段K+鹽類礦物的濃縮析出。硼屬于易溶的元素，存在于自然界中的水圈及上地殼沉積巖類中，是判斷物源以及沉積環境的有效元素參數。因此，具有顯著的地質識別的指導意義[9-10]。說明南翼山高B、Br、Li等有益組分，與中、晚新生代以來陸—陸碰撞導致深部再熔巖漿形成相關聯，也受到了熱水二次淋濾富集與補給的影響[11]，鹵水經歷多次復雜改造發生變質，因而水化學組分含量發生變化，離子濃度增高，逐漸向深度變質及高礦化方向發展。水中Na+/Cl-比的增高代表著地表風化作用帶來更多的鈉，而明顯缺少氯，鹵水中的CNa/CCl(摩爾濃度比)、Br×103/Cl兩個系數具有最大的穩定性。當CNa/CCl在0.86～0.87，Br×103/Cl為0.33時，為海相成因沉積鹵水；當CNa/CCl值在0.87～0.99或更高，Br×103/Cl值為0.33或更小時，則為巖鹽溶濾成因鹵水；當CNa/CCl值小于0.87，Br×103/Cl值大于0.33時，則為沉積成因的變質鹵水[12]。此次所采的樣品中，經實驗分析CNa/CCl值為0.75～0.80，Br×103/Cl值為0.27～0.43，說明南翼山鹵水成因較復雜，具有沉積變質鹵水和鹽巖溶濾鹵水雙重性。

3 分布規律

根據南翼山地層對比、油水藏剖面分析和地震解釋與反演，分析了南翼山構造深層鹵水的形成和分布規律，為該區資源量的計算打下了堅實的基礎。

3.1 連井分析

圖4 南翼山構造油藏南104—南8井剖面Fig.4 Profile of Well n104—n8 in Nanyishan structure reservoir

圖5 南翼山構造油藏南5—南8井縱剖面Fig.5 Profile of Well n5—n8 in Nanyishan structure reservoir

3.2 反演分析

利用地震反演技術研究深層鹵水分布可靠性的依據：首先通過水層真實測試資料建立測井解釋圖版，根據測井圖版界定的標準進行全區全井段測井解釋，將解釋結果標定到地震反演剖面上進行橫向追蹤，因此成果具有很好的可信度。

圖6 南翼山反演剖面(Line922) inversion profile of Nanyishan(Line922)

圖7 南翼山N1反演平面Fig.7 N1 inversion plan of Nanyishan

圖8 南翼山反演平面 inversion plan of Nanyishan

4 結論

(1)通過南翼山深層鹵水層縱橫向分析研究，南翼山試水井水層縱向從上到下均有分布，橫向發育比較穩定。柴西北區鹽度更高，水型以氯化鈣為主；水樣品位比較高，按工業品位參考指標，南翼山中的鉀、鋰和硼均為富礦標準。

(3)根據南翼山深層鹵水化學特征和縱橫向上的分布規律，水量充足，水質優良，縱橫向分布范圍廣的特點，展現了該區深層鹵水具有很好的勘探開發遠景。建議在南翼山構造建立鉀鹽、鋰礦、硼礦等鹽類的工業化建設，為國家乃至企業多元化的勘探模式奠定基礎。