沉积物中砷的赋存特征及对地下水砷富集的控制:以内蒙古河套盆地为例

【研究目的】河套盆地西侧存在原生高砷地下水,查明含水层沉积物中砷的空间分布和赋存特征,分析地下水砷的富集机理,有利于保障当地居民用水安全。【研究方法】本研究在河套盆地山前冲洪积扇区的钻孔K02和河套盆地平原区的钻孔K01中分别采集25和26个沉积物样品,用于分析岩性特征与地球化学组分,并开展砷的分步提取与解吸附实验。【研究结果】山前冲洪积扇区含水层处于相对氧化的环境中,而平原区含水层处于封闭的还原环境中。后者沉积物电导率普遍高于前者,两者沉积物电导率随深度均有递减趋势。山前冲洪积扇区和平原区沉积物总固相砷含量相差不大,但固相砷的赋存形态差别较大,前者沉积物固相砷以无定形态的铁氧化物或氢氧化物共存的砷为主,后者则以强吸附态砷为主。【结论】沉积物中砷赋存特征的差异是造成平原区地下水砷浓度高于山前冲洪积扇区的主要原因。解吸附实验表明弱碱性环境或高Na/Ca^(0.5)摩尔比值均能促进砷的解吸附,导致地下水中砷的富集。

深层—超深层优质碎屑岩储层成因及主控因素——以河套盆地临河坳陷古近系渐新统临河组为例

基于岩心、钻井和测井等新资料,结合大量岩矿测试分析,对河套盆地临河坳陷古近系渐新统临河组深层—超深层碎屑岩储层特征、成岩作用类型、异常高孔储层成因及发育控制因素开展系统分析。研究表明:(1)临河组深层—超深层碎屑岩异常高孔储层储集空间以原生孔为主,抗压实能力强的物质组构基础、弱压实成岩动力场和流体弱压实-弱胶结成岩环境等3大有利成岩要素耦合利于原生孔大量保存;(2)临河组碎屑岩先存物质组构优越,石英、长石和刚性岩屑总含量平均值可达90%,抗压实能力强;(3)临河坳陷地温梯度低,仅为(2.0~2.6)℃/100 m,与早期长期浅埋—晚期快速深埋的埋藏方式共同形成弱压实成岩动力场环境;(4)咸化湖盆沉积地层的成岩环境中,成岩流体产生的压实作用弱,同时古盐度具有分异性,低盐度区胶结作用弱,利于原生孔保存;(5)沉积水动力条件、咸化湖盆古水体盐度分异和砂体厚度等3大因素共同控制临河组优质储层分布。

基于集成学习优化的河套盆地地下水砷风险评估

河套盆地浅层地下水砷污染严重超标,其潜在的高砷风险对当地居民健康造成严重威胁。当前宏观尺度的高砷地下水风险分布认识仍显不足。本研究以605个浅层地下水样数据以及沉积环境、气候、人类活动、土壤理化特征、水文地质条件等环境因子为数据源,构建了以随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)、支持向量机(SVM)为基学习器,线性判别分析(LDA)为元学习器的高砷地下水Stacking集成学习模型,预测了研究区地下水砷风险分布,并对影响该地区地下水砷风险分布的关键环境因子进行识别。研究表明:研究区地下水砷浓度超标(>10μg/L)率为49.59%,多集中在改道形成的古河道影响带和黄河决口扇;构建的Stacking集成模型比单一模型中性能最优的RF模型具有更高的可靠性,ROC曲线下的面积(AUC)和准确率分别提高了1.1%和3.2%;高风险区面积达到5257 km^(2),占研究区总面积的38.44%;沉积环境是影响高砷地下水风险分布的关键环境因素,对模型准确性贡献度高达25.06%。研究结果能够为地下水砷风险分布制图提供方法及参考,对地区饮水安全和人类健康具有重要意义。

河套盆地河探101井超深层油气重大发现及勘探潜力

河套盆地作为晚期快速沉降、晚期成藏的含油气盆地,油气资源丰富,为探索临河坳陷洼槽区超深层油气成藏潜力,在光明构造部署钻探河探101井,在6500m以深的古近系临河组获重大突破,获日产油1285.77m^(3)、天然气1×10^(4)m^(3)高产油气流。在洼槽区开展深层—超深层成藏条件综合研究认为,储集砂体具有高刚性颗粒含量(平均为85%)、低地温梯度(2.3℃/100m)、长期浅埋—晚深埋、低填隙物含量(小于5%)的特点,使得6500m以深大量保存异常高孔储层;生烃增压、泥岩欠压实提供了油气运移动力,但受滑脱断层影响,超压仅在光明构造发育,洼槽区地层压力系数可达2.0~2.3,形成源储共生、自生自储的构造油气藏;源内生烃形成的垂直裂缝,沟通多套烃源岩层系与高渗砂体,可形成超深层储源同聚、孔缝连通的超高压力油气藏。河探101井的成功钻探再次证明陆相断陷盆地深层、超深层油气勘探开发前景广阔,光明构造有望成为新的整装高效规模储量区,展现了一个超深层富集高产油气勘探新领域,为河套盆地百万吨油田建设提供了坚实的资源保障。

河套盆地临河坳陷超深层碎屑岩油气勘探突破及富集高产因素

基于钻井、录井、测井、地质实验等基础资料,对河套盆地临河坳陷超深层碎屑岩油气地质特征及富集高产因素开展研究。研究表明:①临河坳陷古近系发育的内陆咸化湖相优质烃源岩具有早熟早排、高产烃率和持续高效生烃特征,为超高压高产油气藏形成奠定重要资源基础;②弱压实、早充注、弱胶结保孔,叠加超高压保孔扩缝增渗,使得6500 m以深的超深层依然发育孔隙度大于15%、渗透率达226×10^(−3)μm^(2)的中孔中渗型优质储集体,极大拓展了油气勘探空间;③临洼构造临河组砂地比偏低、储盖组合好,且上覆巨厚优质泥岩盖层,具备持续高效生烃增压并形成超高压油气藏的有利条件;④邻近临河组生烃中心、有良好构造背景且构造圈闭发育的地区是最有利勘探方向,主要包括兴隆断裂构造带和纳林湖断裂潜山带超深层领域。临河坳陷超深层油气勘探重大突破,揭示了该地区超深层碎屑岩良好的勘探潜力,同时对其他地区超深层碎屑岩油气勘探具有重要借鉴意义。

河套盆地临河坳陷构造脊成因模式及其与油气成藏的关系

近年来河套盆地临河坳陷勘探取得重要发现,落实了亿吨级的探明储量,但不同构造之间油藏规模存在明显差异。为了搞清构造脊与油气成藏和富集之间的关系,以区域地质、地震和钻井资料为基础,结合构造演化分析,研究了构造脊的主要成因模式及其对成藏要素的控制作用。结果表明:临河坳陷构造脊非常发育,其形成主要与断层活动相关,成因可划分为鼻状脊、断背脊、断块脊和转换脊4种模式;参考其规模又可分为大型构造脊和小型构造脊2类,而小型构造脊往往是发育在大型构造脊背景之上的次级构造脊;构造脊在形成过程中对“运和圈”2个要素具有较强的控制作用,是运和圈耦合的有利载体;在成藏过程中大型构造脊、小型构造脊和生烃灶在空间上相互配置,可形成“源-汇-聚”接力式油气运聚模式;烃源岩提供油源,大型构造脊提供有利汇聚背景,小型构造脊提供油气聚集场所;在与烃源岩配置关系好的大型构造脊之上,小型构造脊越是靠近洼槽,油源条件越充足,油气越为富集。研究成果可为临河坳陷下一步的油气勘探提供一定理论指导。

河套盆地XX井井控成功实践与分析

河套盆地部署井位少,对地质条件的认识较为模糊。XX井是该地区的一口超深区域预探井,钻至井深6368.11m遇到四套压力系统,出现高压水层、盐水层、油浸等复杂情况,钻至井深6460.44m揭开了压力系数2.35以上的超高压层,发生溢流。介绍了XX井钻井基本情况、溢流发生过程,结合具体情况确立采用重浆节流循环压井法,并详细描述了压井施工的过程。指出滑脱断层较近局部存在应力挤压,封闭性较好,受断层挤压造成地层孔隙压力增大是形成高压的主要原因;高压力系数,安全密度窗口窄,上部套管抗内压强度低,钻具中带有浮阀,且环空钻井液已经受污染,无法准确求取地层压力等是压井作业的主要难点。该井通过多次节流循环压井成功,为今后河套盆地中北部深井超深井井控处理提供了借鉴。

河套盆地临河坳陷石油地质特征及勘探前景

河套盆地历经40余年勘探,近期获得重大突破,松5井在古近系临河组试油获得62.6m3/d工业油流。通过临河坳陷石油地质特征综合研究认为:狼山断裂、杭五断裂、黄河断裂控制了坳陷沉积演化与生烃中心,该坳陷经历了早白垩世拗陷期、新生代断陷期2个沉积演化阶段。发育白垩系固阳组、古近系临河组2套咸水湖相烃源岩,有机质丰度高,以Ⅱ1型及Ⅰ型为主,生烃潜力大,因埋深变化大,低成熟到高、过成熟阶段均有分布。主要发育固阳组、临河组碎屑岩储集层,埋深小于5 000 m的储集层物性较好,在吉西凸起带基岩风化裂隙也有一定的储集能力。勘探发现断块型、断背斜型、基岩裂缝型油藏,为低成熟—成熟原油,来自固阳组及临河组生油岩。研究表明临河坳陷油气资源丰富、勘探潜力大,固阳组及临河组是主要勘探目的层,杭五断裂带、吉西凸起带、北部深凹陷区是有利勘探地区。

河套盆地临河坳陷石油地质特征

通过分析认为临河坳陷具备有利的石油地质条件,该坳陷内生烃中心主要位于北部深凹陷,资源规模较大,以高成熟和过成熟生气为主,而中央断隆区烃源岩条件较差;下白垩统和渐新统储层砂体厚度大,深部储层次生孔隙发育,储集性能有明显改善;目的层之上发育多套厚层泥岩,存在有利的封闭层。油源对比分析表明中央断隆区油源以本地生油、短距离运移为主,油源条件差是制约中央断隆区油气富集的主要因素。临河坳陷下一步勘探方向要向生烃条件相对有利的北部深凹陷方向转移,勘探思路以找油为主转为以找气为主,兼顾找油,而临近北部生烃中心的杭后断阶带成藏条件最有利,值得重点关注。

河套盆地临河坳陷新生界油源对比及其勘探意义

河套盆地临河坳陷勘探程度低,早期未取得油气实质性发现,近期石油勘探取得重大突破,S5井、Jh2X井在古近系渐新统临河组试油分别获得62.6m^3d和10.26m^3/d的高产工业油流。为了剖析S5井、Jh2X井原油的油源关系,确定今后的勘探目标,对原油与怪源岩开展系统的有机地球化学分析。S5井、Jh2X井原油为低成熟一成熟原油,总体反映出高盐、厌氧的咸水湖泊沉积环境。下白垩统固阳组与渐新统临河组怪源岩为咸水湖相怪源岩,部分桂源岩处于低成熟一成熟阶段,有机质丰度高、母质类型好、生桂潜力大。油源对比结果显示S5井原油来自临河组炷源岩,Jh2X井原油可能来自于固阳组成熟桂源岩。临河坳陷油气资源丰富,具备良好的勘探潜力,固阳组与临河组是主要勘探目的层。

河套盆地吉兰泰凹陷烃源岩展布与勘探潜力

河套盆地吉兰泰凹陷西北坡的金属探矿井在数百米深的元古界变质岩裂缝中发现轻质原油,揭示了该凹陷存在一定生烃潜力。利用地震相分析来解决固阳组沉积相带和烃源岩展布已成为评价该凹陷勘探潜力的重要问题。根据露头、钻井和地震等资料重点开展了地层对比、地震相和烃源岩展布等综合研究。结果表明:河套盆地吉兰泰凹陷下白垩统固阳组为断陷盆地近源旱地扇沉积,在固一段发育两期扇三角洲—半深湖沉积,松探1井、松探2井和吉参1井在固一段钻遇薄层暗色泥岩;暗色泥岩波阻抗高于砂岩,在地震剖面上形成强振幅反射;地震模型和属性分析表明湖相暗色泥岩沿NE向凹陷中心分布,最大累计厚度为45m,一般为20~30m;暗色泥岩总有机碳介于0.31%~2.63%,为Ⅱa-Ⅲ型,露头区烃源岩过成熟,松探1井为未熟—低熟状态;金属探矿井(ZK500井)540m深度处变质岩裂缝原油和松探1井2 270m深度处的4m油砂含油属于同一油源,生烃期为上新世末期;地震剖面和航磁异常指示了ZK500井附近存在上拱的侵入体,导致了凹陷烃源岩成熟度的横向快速变化;有利生烃和勘探区应位于埋深较大的吉兰泰凹陷北部深凹带。

河套盆地西缘山前低台地沉积特征对“吉兰泰-河套”古湖消退过程及其控制因素的指示意义

河套盆地西缘与北缘发育一系列山前台地,台地沉积物记录了盆地环境变化。高台地沉积物记录了"吉兰泰—河套"古大湖形成过程,而低台地记录了古大湖的消退过程。盆地东部与西部低台地沉积特征不同,东部低台地由全新世冲洪积物组成,西部狼山山前低台地由晚更新世晚期—全新世(14 C年龄(15 260±60)a cal BP与(9 810±40)a cal BP)湖相沉积组成。低台地沉积特征及测年结果表明,1.5万年至1.0万年前后,河套盆地东部湖泊消失,而西部仍发育湖泊,古湖经历了自东向西的退却过程。古湖消退受盆地周缘断裂活动的差异性控制,1.5万年至1.0万年前后,盆地周缘断裂活动性总体上东强西弱,东部大青山山前断裂活动速率较高,大量碎屑物质进入盆地,呼和坳陷湖泊萎缩甚至消失,西部狼山山前断裂活动速率较低,进入盆地碎屑物质较少,临河坳陷大部分地区发育湖泊。

河套盆地托克托台地湖相层研究

野外观察表明托克托台地的湖相层与上覆的黄土之间存在风化剥蚀面。文章选择了一个剖面点系统地采集了孢粉样品,同时在湖相层底部、顶部和黄土层底部采集了3个光释光样品;另外在一个观察点的不整合于上新统之上的河流相中采取了一个OSL样品。通过对这些数据结果的分析,并综合已有的地层年代、孢粉数据和水文工程地质钻孔资料,试图取得对托克托台地湖相层形成年代、环境及台地演变过程的合理认识。结果表明:1)湖相层相当于邻区的萨拉乌苏组,形成于12～10万年以前的晚更新世早期;黄土相当于邻区的城川组,形成于8万年之后的晚更新世晚期;形成于3万年左右的湖相层是晚更新世晚期同期沉积黄土相变的结果。2)古气候变化明显,晚更新世早期(12～10万年)气候温和湿润,水量充沛,推测最高湖水位介于海拔1050～1080m之间,在河套盆地形成了一个大湖泊———“河套古湖”,与“萨拉乌苏湖”是分开的;晚更新世晚期(10万年以后)气候干冷,湖水后退,同时意味着黄河开始外流,3万年时期的湖水位为海拔1020m左右。3)上新统地层遭受风化剥蚀使地表处于准平原化,在这一时期和林格尔断裂和鄂尔多斯北缘断裂发生明显位错;约12万年以后,和林格尔断裂停止位错,沉积了晚更新世早期的湖相层,约10万之后湖水向盆地中心退却,并在8万年开始沉积黄土,湖水再也未扩展到台地之上,在这期间鄂尔多斯北缘断裂继续位错直至晚更新晚期大约3万年左右停止,台地最终形成。

河套盆地及其邻近地域的地壳结构与深层动力学过程

本文利用跨越河套盆地及其南部鄂尔多斯块体与北部阴山山系地域的高精度实测重力数据，构建了研究区深部地壳密度结构模型，从壳内各界面与Moho界面的展布、地震活动性、资源与能源分布等方面探讨了该区的深部构造特征及其响应，并结合其它已有研究结果分析了造成现今构造格局的地球动力学机制．研究结果表明：河套盆地的地壳密度结构与鄂尔多斯盆地和阴山造山带地域存在显著差异；在河套盆地下方的基底埋深可达7～8km，且Moho界面在该处抬升约3～4km．岩石圈地幔物质在河套盆地下方的上涌不仅导致了Moho界面的抬升，亦使该盆地下方柔性下地壳密度略高于其两侧地域，而脆性上地壳中的深断裂则为地震的发生与金属和非金属矿产资源的形成提供了场所与环境．这一地带的地震分布特征显示出河套盆地与阴山造山带南部在整体上构成了鄂尔多斯盆地与阴山造山带的盆山耦合过渡区．

河套盆地呼和坳陷浅层生物气气源条件分析

通过对呼和坳陷第四系及新近系上新统的沉积相、产气状况及气源条件研究,证实了生物气的存在,认为河套盆地呼和坳陷第四系具有浅层生物气形成的基本地质条件,气源岩厚度大,有机碳含量为0.49%,有机质类型以混合型、腐殖型为主,少量腐泥型,有机质未成熟,目前正处于生物化学生气阶段。同时,还探讨了影响生烃能力的环境因素,认为呼和坳陷地球化学环境良好,具有生物气富集成藏的物质基础和较大规模的生气能力。

河套盆地生物气源岩有机地球化学特征及生气演化模式

通过分析天然气组分与甲烷碳同位素特征发现，河套盆地第三系上新统一第四系更新统确有生物气存在。详细的有机地球化学资料分析表明，河套盆地第四系更新统中、上段气源岩的有机质含量丰富，干酪根类型以Ⅱ2、Ⅲ型为主，母质来源表现出高等植物为主，低等水生生物混入的特点，有机质演化处于生化甲烷阶段，非常利于生物气的形成。在建立生物气生成演化模式的基础上，根据区域地质条件，提出河套盆地生物气生成的最佳深度范围为685～926m，位于第四系更新统中段。

河套盆地临河坳陷吉兰泰地区基岩裂隙含油特征及评价

为了构建河套盆地深层褶皱基底中高产的基岩油藏模式、探明基岩裂隙含油气性,基于已获得工业油流的临河坳陷吉兰泰地区的测录井数据、结合岩心观察和薄片鉴定,对河套盆地临河坳陷吉兰泰地区的生储盖特征进行了研究。结果表明:临河坳陷吉兰泰潜山基岩储层岩性主要为片麻岩,储集空间主要为深大断裂形成的构造裂缝,原油来自下白垩统固阳组烃源岩,上覆固阳组泥页岩为基岩裂隙油藏提供了良好的封盖,防止油气逸散,形成了埋藏浅、油层厚度大的潜山顶部基岩富集油藏。吉兰泰潜山油藏模式的成功发现丰富了变质岩领域的油气勘探实践,通过对圈—源关系及油气成藏模式综合分析,分层次开展临河坳陷有利区带优选,为变质岩类潜山油气成藏规律研究及有利区圈定提供重要参考。

河套盆地古气候演化与生物气勘探

河套盆地呼和坳陷第四系具有浅层生物气形成的基本地质条件,而更新统孢粉化石的研究在该区相对薄弱。根据该区和1井第四系更新统孢粉化石资料的分析,讨论了孢粉组合特征,建立了6个孢粉组合带,即松-藜-石松孢粉带、松-蒿-藜科孢粉带、松-藜科-云杉孢粉带、松-菊科-藜科孢粉带、松-菊科-香蒲孢粉带及松-云杉-木犀孢粉带。河套盆地早更新世气候从干冷—温干—略温干—偏凉湿变化,中更新世气候从偏凉湿—偏暖湿—干冷变化,晚更新世又从略暖向干冷变化,其气候演化特征为生物气藏的形成奠定了基本条件。

河套盆地临河坳陷白垩纪-古近纪沉积环境演化及油气地质意义

河套盆地沉积环境演化的研究程度较低,尤其是针对具有重要油气勘探潜力的临河坳陷白垩系和古近系。通过对地震和钻井资料的详细分析,对河套盆地临河坳陷白垩系和古近系沉积演化开展系统研究,并探讨其油气地质意义。结果表明:(1)白垩纪和古近纪,河套盆地临河坳陷处于亚热带干旱—半干旱气候条件,沉积水体整体富氧但局部贫氧—厌氧,并且淡水和半咸水环境交替出现。(2)坳陷内的白垩系和古近系共发育5类沉积相,包括冲积扇、辫状河、辫状河三角洲、扇三角洲及湖泊相,又进一步划分为12类沉积亚相及22类沉积微相。坳陷西北侧断控构造活动较强,地形高差较大,发育冲积扇、扇三角洲、湖泊沉积体系;东南侧构造活动弱,地形较缓,发育辫状河、辫状河三角洲、湖泊沉积体系。各期沉积格局整体相似,仅表现在盆缘扇体和盆内湖相沉积规模的此消彼长。(3)坳陷内的白垩系和古近系沉积作用表现为“弱幕式构造主控下的干旱浅水双物源沉积”特征。在盆地发育的初期,构造活动较强,但盆地规模较小且水体较浅,两侧碎屑物质快速向盆内推进,并在盆地中心汇合,形成“满盆砂”的沉积格局。随着构造活动减弱和水平面快速上升,碎屑物质供应不足,湖泊的沉积和改造作用占据主导,从而形成以湖泊相占优势的沉积格局。(4)坳陷内的沉积相带控制着砂体的宏观发育规模、叠置关系和垂向演变,进一步决定了有效储集层的空间分布特征。在沉积相带和断裂作用双重主控因素下,坳陷内的白垩系和古近系有利储集层多分布于以滨—浅湖和三角洲前缘沉积为主并且断层发育的中央断垒带。

河套盆地北部344 ka以来沉积环境演化

通过对河套盆地北部获取的377 m钻孔岩芯进行沉积相及粒度特征分析,并结合多种测年手段,揭示了河套盆地北部中更新世晚期以来的沉积环境演变过程。根据粒度参数特征变化把钻孔划分为6个沉积环境阶段:344~326 ka为滨湖相沉积环境;326~165 ka为半深湖相沉积环境;165~130 ka为滨湖三角洲相沉积环境;130~100 ka为浅湖相沉积环境;100~10 ka为滨湖—河流相沉积环境;10 ka~今为河漫滩相沉积环境。河套盆地中更新世晚期到晚更新世期间存在统一的古大湖,晚更新世以后古大湖分解并消失。