沉積盆地流體地質(zhì)學(xué)第四章-2地下水化學(xué)

GeofluidsGeofluidsinSedimentary第四章主主講教師：曾濺輝教 CentralMississippi,IllinoisBasin,MichiganBasin,NorthernGulfCoast,OffshoreLoursiana,SanJoaquinBasin,SouthwestLousiana盆 AlbertaBasin，法國(guó)Paris盆地，東南亞?含油氣盆 水的鹽度變化范圍可達(dá)五個(gè)數(shù)量級(jí) 目前 ?許多沉積盆地地層水的鹽度都超過(guò)平均海水含鹽度，即35g/l，但是也有一些盆地的含鹽度接近海水鹽度或主要陰離子(Major 1）在鹽度超過(guò)的Cl-2）很少有鹵水以

CH3COO為主要陰離主要陽(yáng)離子(Major 地層水中陽(yáng)離子則隨鹽度的增加而發(fā)生漸進(jìn)式鹽度低到中等的地層2），a的相對(duì)比例減少，而、加 3（4）（4）有機(jī) 溶解烴類：芳香烴>環(huán)烷烴>鏈狀烷大多數(shù)烴類溶解度隨溫度升高而增大，有機(jī)?其它有機(jī)酸的濃度通常<100mg/l11（二）沉積地層水化學(xué)成分成因及影響因 1.高鹽度的成因（Originofhigh ★研究了海水 在鹽度為在鹽度為★海水蒸發(fā)能夠形成鹽度不同的水并使Cl富集，雖能解釋大多數(shù) 鹵水的鹽度范圍，但不能解釋 鹵水中主要陰、陽(yáng)離子組成，44——蒸發(fā)海水中的SO2-為主要陰離子，而大 鹵水中的SO2-較少；44 ★Br與Cl的含量變化ClBr/Cl和時(shí)，Cl以巖鹽的形式沉淀，少量的Br合進(jìn)入Na(Cl-Br)等鹽類晶格中，大多數(shù)仍殘留于溶液中，故隨蒸發(fā)作用不斷進(jìn)行，殘余鹵水中Br/Cl值開(kāi)當(dāng)l鹽類達(dá)到飽和時(shí)Cl曲線斜率理論上：陸上蒸發(fā)而形成的鹵水具有高Br/Cl比值。大陸水蒸發(fā)作比海水蒸發(fā)作用復(fù)雜。與海水蒸發(fā)鹵水之——含鹽度變化很大（27個(gè)鹽水湖在——除一些富含的鹵水之外，Na為最豐富的陽(yáng)離子，濃度超過(guò)已蒸發(fā)海水的鹽——陰離子可以有ClSO4甚至HCO33——的含量差異較蒸發(fā)巖 溶解作 野外研究證實(shí)，產(chǎn)生 高鹽度鹵水的另一種形 蒸發(fā)巖的不一致溶解作用（Incongruentdissolutionof 為止還未發(fā)現(xiàn)形成于薄膜過(guò)濾作用的鹵水實(shí) 解釋貧為止還未發(fā)現(xiàn)形成于薄膜過(guò)濾作用的鹵水實(shí)在一些結(jié)晶巖地區(qū)如地盾裂縫性巖云母、角閃石水解作用的結(jié)果。2.主要陽(yáng)離子和值的形成作用及影響因 地球化學(xué)模擬地球化學(xué)模擬Geochemical Cl和Br主要受控于溶對(duì)流和彌散作用之類相有關(guān)的熱動(dòng)力平衡作用Cl和Br為保守組分，故可用Cl/Br比值研究地層（2）HCO（2）HCO-和SO34大多數(shù)地層水的堿度受控于HCO-或有機(jī)酸陰離子。通常3堿度隨鹽度的增加而降低，其①有機(jī)碳酸陰離子最初與由富含有機(jī)質(zhì)泥巖的脫水而來(lái)的低②在CaCO3緩沖系統(tǒng)中，碳酸鹽的堿度隨溶解Ca的增加而減SO4含量隨TDS變—般地層水中的SO4①鹽類溶解導(dǎo)致的SO2-釋4②溶質(zhì)運(yùn)③還原作用（導(dǎo)致其它組 ?由海水蒸發(fā)成的巖鹽遠(yuǎn)離海水蒸發(fā)或巖鹽Na-Cl-Br圖可以用來(lái)區(qū)分不 的溶換而都失去了Na（Banks等

Na/K可能是由古流體與堿性長(zhǎng)石和（或）白云母★鹵水與圍巖發(fā)生各種反應(yīng)而不斷演化，Ca/Mg摩 270g/L。在800m之下TDS與深度之間不存330g/L）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 DAC1：古近紀(jì)-晚三疊紀(jì)地層水DAC4：早二疊紀(jì)地層 ?第一組以Na+和Cl-為主，其濃度分別可達(dá)3300meq/L和?第二組，Na濃度可達(dá)meq/L,但不再是最主要的陽(yáng)離子，Mg2+和Ca2+的濃度范圍分別為24meq/L~9700meq/L和26meq/L~3400meq/L。在第二組中有兩個(gè)樣品尤為突出，它們的Mg2+占據(jù)陽(yáng)離子的4HCO3-濃度較低（＜15meq/L）可以忽略不計(jì)，SO2-4也很少超過(guò)150meq/LN+/C-當(dāng)量比與C-當(dāng)量交會(huì)圖。圖中虛線表FonteMt） 海水蒸發(fā)線。曲線、、3和是分別代表下列元：現(xiàn)代海水和巖鹽沉淀初期的海水（曲線）初蒸（曲線2），雜鹽（曲線3）和水氯鎂石（線4）（Tesmer等

Ca2+和Mg2+的交會(huì)圖（Tesmer等excess圖6.1.9（Ca2++Mg2+）/（Na++K+）量比與Cl-excess的交會(huì)圖（Tesmer2007）。代表了除NaCl和 ?第一組樣品數(shù)據(jù)終止于海水的Br-/Cl-當(dāng)量比，而第二組的數(shù) 根據(jù)不同的SO

- -HCO -SO

3 3 類型S1a：Casw＞HCO 3 類型S1b：Casw≤HCO ＜SO 3

3 該類型以Casw＜HCO 3 3 類型S4：HCO-3 似，R類

巖中Sr同位素 巖中Sr同位素比例的典型范可以劃分為三（i）同位素比約為水與淡水樣兩組數(shù)據(jù)是與灰?guī)r或富碳泥兩組數(shù)據(jù)是與灰?guī)r或富碳泥了不同Sr含量的灰?guī)r的5.5.盆地流體的Na-Ca-Cl關(guān)系及其成 ?盆地流體為圈閉在沉積盆地的古海水，同時(shí)發(fā)生了?盆地流體均來(lái)自大氣降水，并且發(fā)生了一系列從淺1DavissonM.L.,PresserT.S.,andCrissR.E.(1994)GeochemistryoftectonicallyexpelledfluidsfromthenorthernCoastRanges,RumseyHills,California,USA.Geochim.2DavissonM.L.andCrissR.E.(1995)ReplytothecommentE.Merino"GeochemistryoftectonicallyexpelledfluidsfromthenorthernCoastRanges,RumseyHills,California,USA".Geochim.Cosmochim.Acta59,1873.（3）M.L.DAVISSONandR.E.CRISS.(1996)Na-Ca-relationsinbasinalfluids,Geochim.Cosmochim.(1)(1)盆地流體的Ca-Cl關(guān) =-]= [(Na/Cl)-](2)(2)盆地流體線（BasinFluid CaexcessCaexcess=0.967（Nadeficit??涉及到很多盆地的800?Cl的濃度分布在近似1-??Caexcess和Nadeficit與(b)Excess-deficit(b)Excess-deficitplotshowingthattheordinarybasinalfluidsthatconstitutetheBFL(soliddotsfromFig.la)differfromhalitefluidinclusions(see*itemsinTablelb).Manyfluidinclusionsfollowtheseawaterevaporationtrajectory,orplotbetweenthetrendsforseawaterevaporationandbasinalfluids.典型的熱液流和飲 水為的Caexcess和★★Caexcess和Caexcess和Nadeficit 海水蒸發(fā)作用流海水蒸發(fā)作用流進(jìn)一步的蒸發(fā)作用，由于Ca的沉淀，將垂直向下變化。然后?化，隨著巖鹽沉淀作用的進(jìn)行，Nadeficit??CaCO3和CaSO4（+H2O）的溶解和方解石的白云化作用，將增加CaexcessNadeficit此時(shí)，隨著CaCO3的沉淀，Caexcess將降低。?斜長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng) 發(fā)生1:1的Na交換Ca，導(dǎo)致Caexcess和CaAl2Si2O8（an)+SiO2+Na++4H+=NaAlSi3O8(ab)+Ca2++AI3++2SiO2+1/2H2O+H++Na++=NaAlSi3O8(ab)+1/2Al2Si2O5(OH)4+Ca，導(dǎo)致Caexcess和an)+4SiO2+2Na=2NaAlSi3O8(ab)

?混合作用在Caexcess和Nadeficit?若巖鹽的溶解作用伴?混合作用在Caexcess和Nadeficit上出現(xiàn)正的截距。y軸 數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在BFL與海水蒸發(fā)線之間，同時(shí)表現(xiàn)出Na+缺失?圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)分布呈現(xiàn)出兩段式:當(dāng)Nadeficit值小于400meq/LTDS約為55g/L)時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布基本平行于海水蒸發(fā)線，說(shuō)明蒸發(fā)濃縮作用參與了TDS<55g/L的地層水的形成??混合作用在Caexcess和?當(dāng)Nadeficit值大于400meq/L(TDS>55g/1)時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)落表明該區(qū)高礦化度水(TDS55g/1)的形成是湖水蒸發(fā)/巖鹽沉淀和斜長(zhǎng)石的鈉長(zhǎng)作用共同作用的結(jié)果。???發(fā)生（?主要反應(yīng)為：CaAl2Si2O8（an4SiO2+2NaAlSi3O8(ab)+ⅠⅠⅡⅢⅣ1.中國(guó)含油氣盆地地層水化學(xué)基本特 ①地層水有較高的礦化度，但波動(dòng)幅度較大（0.5-2）地層水的離子分異現(xiàn)象明2）地層水的離子分異現(xiàn)象明 ①就常量組分(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、

2- 陰離子：多數(shù)為Cl-

->SO 生物地化作用較強(qiáng)，以及母巖為火成巖的含3氣盆地內(nèi)，HCO的含量劇增，甚至超過(guò)Cl-3而躍居首位SO2-在一般情況下缺失或含量甚低，但4）。地層水中含有較多的——較大，其含量由淡水湖盆的河湖沉積相－半咸水湖盆——與礦化度、pH值等具有一定的消長(zhǎng)關(guān)4）地層水中有機(jī)質(zhì)組分比較豐4）地層水中有機(jī)質(zhì)組分比較豐 ①可溶氣態(tài)天然水中可溶氣態(tài)烴主要以甲烷系列、甲烷－重?zé)N系列及甲烷－重?zé)N－不飽和烴系列苯、酚在水中的含量與水化學(xué)類型、 ①由HCO3－Ca(Mg) ③隨 ③二環(huán)及稠環(huán)芳④地層水中可溶有機(jī)質(zhì)的含量較高，皮克和霍水的監(jiān)檢范圍值達(dá)80-140ppm，其組成為：非烴≥烷烴≥芳烴≥瀝青質(zhì)。有機(jī)酸與脂肪酸等地層水的同位素特地層水的δD57.95—69.88‰，δ18D值為-地層水其它組分特（2）地層水化學(xué)成分的演變規(guī)（2）地層水化學(xué)成分的演變規(guī) 地層水化學(xué)成分與地球化學(xué)環(huán)境之關(guān) 水

Na 水水 分

HCO3-Cl?HCO3-

礦化度巖性、巖特地化 體中鹽化 物質(zhì)特

淺水－深水湖相，砂巖為主，巖性比較穩(wěn)

20-Cl-含量為0.01-

2.2.海海相地層海相、海陸交互相和瀉湖相地層1.研究區(qū)地質(zhì)概

山天 天

拜 輪

庫(kù)爾

山 北阿克

塔

起起 南葉 和侖

凸起陷南塔

隆 且 阿 于田民豐

75°

研究區(qū)地質(zhì)概現(xiàn)C發(fā)展階S形成階前NNNNE民豐民 塔中塔中1 輪南輪南1 拜城拜NNNNE民豐民 塔中塔中1 輪南輪南1 拜城拜 D-AnAnZ - - ∈- PPz PPz AnAnZ ∈- ∈--110 AnAnZ112 AnAnZ塔中1輪南12P-2J-D4C6J-C∈-DS8J-∈-∈-∈-昆塔南南 爾凹陷滿加爾凹陷))天 km 隆 （1）塔中地區(qū)（1）塔中地區(qū)溫度場(chǎng)（2）（2）P（地層壓力地層水化學(xué)

各層系礦化度特 頻數(shù)(%)頻數(shù)(%)0 塔中地區(qū)地層水礦化度頻數(shù)一般大于60g/l,屬于鹽

0深度深度

礦化g

石炭系志留系奧陶3.地層水化學(xué)特

各層系水型特0Cl-Cl-Cl-Cl- Cl.SO4- 頻數(shù)頻數(shù)地層水化學(xué)特

各層系地層水組分特

礦化礦化度0Cl(g/l)Cl(g/l)0

CⅠCⅡ O海水CⅠCⅡ

12010080604020012000100000

CⅡ 海CⅠCⅡ O海3.地層水化學(xué)特 （4）各層系地層水離子比例系主要選用的離子比例系數(shù)子交替吸附和強(qiáng)烈水-巖相互作用的沉積水rNa/rCl小 鹽層溶濾形成 水rNa/rCl大約為1.0，受大氣降水濾作用影響 水rNa/rCl大于1.0。脫硫酸系數(shù)表脫硫酸作用程度，作用完全時(shí)此系數(shù)為0，表明封閉度好，水-巖相互作用強(qiáng)，大于表明受大氣降水的淋濾作用。(rCl-rNa)/rMg系數(shù)越大表明封閉程度好，水-巖作用強(qiáng)，該系數(shù)為負(fù)值時(shí)，3.地層水化學(xué)特

各層系地層水離子比例系150水150水SSO86420SO鈉氯系數(shù)脫硫酸系數(shù)變質(zhì)系數(shù)變質(zhì)系數(shù)在在

3.地層水化學(xué)特

3.地層水化學(xué)特

Ca2+Ca2+（g/l）0

總水 2

0

石炭12）

志留

奧陶1

0 礦化度

0 礦化度（g/l）3.地層水化學(xué)特 鈉氯鈉氯系0

ⅡⅢ

0

Ⅱ

石炭Ⅲ

志留ⅠⅡ

Ⅰ

ⅡⅢ

奧陶0

TDS(g/l)

200TDS(g/l)

3.地層水化學(xué)特

ⅢⅢ0Ⅱ0ⅡⅠ石炭 - 0Ⅲ0ⅡⅡⅠ0志留Ⅰ奧陶 0變質(zhì)3.地層水化學(xué)特 Ⅰ類：沉積Ⅰ2強(qiáng)水-巖作用的沉積-埋藏Ⅱ類：古溶濾-入滲3.地層水化學(xué)特 3.地3.地層水化學(xué)特3.地3.地層水化學(xué)特3.中國(guó)典型陸相含油氣盆地地層水化特征及成它成分，可將我國(guó)中 ? ——離子比值NaHCO3,Cl?HCO-NarNa/rCl>1r(Cl-

4 ——類型：以CaCl2型，Cl-Na水為主，次為NaHCO3型或Cl-Na 在局部封閉好的地區(qū)：為CaCl2型，Cl-Na.Ca或Cl-Ca.Na水。Ca2+陰離子：Cl->SO2->HCO- 44NaHCO3型水：rNa/rCl>1,r(Cl-4

CaCl2rNa/rCl<0.96,r(Cl-4 分布特征：別是中 補(bǔ)償性沉積盆地，如塔里木的塔里齊克 HCO-占3——

4 頻數(shù)頻數(shù)0 <5g/L<5g/L5～20g/L20～60g/L60～100g/L頻數(shù)頻數(shù)0孔店組沙四段沙三段沙二段沙一段東營(yíng)組館陶組明化鎮(zhèn)組 孔店組沙四段沙三段沙二段沙一段東營(yíng)組館陶組明化鎮(zhèn)組0100200300礦化g0100200300礦化gL4000100020003000400050006000明化鎮(zhèn)組館陶組東營(yíng)組孔店組前第三系為主，CaCl2、CaCl2增加；而NaHCO3MgCl2和Na2SO4型水0總 0百分比總總百分比（2620個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)百分比

10 離子含量（離子含量（gL平均含量（g/L50 平均含量（平均含量（gL43210（Na+K）離子含量0（Na+K）離子含量00前第三 孔店 沙四 沙三沙二段沙一 東營(yíng) 館陶 明化鎮(zhèn)Cl含量0501502002500100020003000400050006000前第三 孔店 沙四沙一 東營(yíng) 館陶沙三段明化鎮(zhèn)組沙二段HCO3離子含量02460100020003000400050006000前第三 孔店 沙四館陶沙三明化鎮(zhèn)沙二沙一東營(yíng)0Ca離子含量 0Ca離子含量 0前第三 孔店沙一 東營(yíng)沙三 沙二明化鎮(zhèn)Mg離子含量0123450 深度深度SO4離子含量01234560SO4離子含量01234560 深度0 前第0