沃尔夫坎普和“Cline”页岩地层水地化分析：认识美国二叠盆地盐水来源、储层连通性及流体流动

得州和新墨西哥州二叠盆地虽是美国最重要的石油产区之一，但其盆地水文和流体流动方面的研究仍很薄弱。本文结合前人公开发表的常规储层数据与39个新产出水样本地化分析结果，研究了该盆地的盐水来源和地化性质（奥陶系至瓜达卢普阶储层），研究的重点是来自页岩的盐水。盆地Ca-C1型盐水的盐度通常随深度增加而增大，在泥盆系储层达到最大值（中值=154g／L），随后转而下降，在志留系和奥陶系储层中分别降至（中值）77g／L和70g／L。B、O、H和sr同位素以及离子化学性质分析表明主要存在三种类型的地层水。①低盐度流体（〈70g／L），大气降水来源，位于中一上二叠统油气层（埋深1．2～2．5km，年代是瓜达卢普期和伦纳德期），可能是淋滤过程中溶解上覆蒸发岩层中的岩盐和硬石膏而形成。②重同位素（O和H）盐水（〉100g／L），分布在伦纳德阶（二叠系）至宾夕法尼亚系储层中（埋深2～3．2km），由晚二叠世海水蒸发而成。二叠系沃尔夫坎普页岩和宾夕法尼亚系“Cline”页岩中的地层水，其同位素结构相似但盐度较低，且富含碱，其组分似乎是在伊利石化后扩散进入页岩的结果。来自“Cline”页岩的样本更富合NH4、Br、I和轻同位素B，这些同位素源自该地层单元海相干酪根的分解。③低盐度水（〈100g／L），位于泥盆系和更深层储层中（深度〉3km），其数据点靠近当地现代大气降水线，与上覆储层的水线完全不同。我们认为这些深层大气降水属于新辨识出的水文单元（即深盆大气降水含水层系统）的一部分。化学、同位素和压力数据均表明，尽管沃尔夫坎普页岩存在超压，但其流体通过天然通道垂向运移至地面的可能性很小。