川中地区侏罗系沙溪庙组二段富钙地层水成因及其对天然气运聚的指示意义

doi:10.11743/ogg20250113

Abstract

Abstract:

Using data of the geochemistry， gas saturation， and rock and mineral compositions of formation water extracted from 34 wells， we discuss the origin of calcium-rich formation water in the 2^nd member of the Jurassic Shaximiao Formation （hereafter referred to as the Sha 2 Member） in the central Sichuan Basin， and accordingly explore the implications of the formation water for natural gas migration and accumulation of tight-sand gas reservoirs with source-reservoir separated. The results indicate that the formation water in the Sha 2 Member exhibits pronounced calcium enrichment and sodium depletion compared to that in other tight-sand gas reservoirs in China. The formation water in the member displays total dissolved solids （TDS） ranging from 3.3 to 45.6 g/L （CaCl₂ type） and equivalent concentration proportions of Ca²⁺ ［γ（Ca²⁺）］ ranging from 24.7 % to 69.5 %， based on which the formation water can be categorized into three types： high-calcium ［γ（Ca²⁺） ≥ 60 %］， medium-calcium ［40 % ≤ γ（Ca²⁺） < 60 %］， and low-calcium ［γ（Ca²⁺） < 40 %］ formation water. These three types of formation water differ greatly in chemical characteristics and distribution. Specifically， the high-calcium formation water is concentrated in channel sand bodies that are near and connected to Jiao ① fault. This type of formation water， among others， exhibits a high average TDS of 34.1 g/L， cations dominated by Ca²⁺， and the lowest Na⁺/Cl^- ratio， desulfurization coefficient， and carbonate equilibrium coefficient. The low-calcium formation water principally occurs in channel sand bodies that are distant from or not directly connected to the Jiao ① fault. This type of formation water manifests an average TDS of 3.9 g/L， cations dominated by Na⁺， and the highest Na⁺/Cl^- ratio， desulfurization coefficient， and carbonate equilibrium coefficient. The medium-calcium formation water exhibits an average TDS of 17.7 g/L and slightly different Na⁺ and Ca²⁺ concentrations， with Na⁺/Cl^- ratios， desulfurization coefficients， and carbonate equilibrium coefficients falling between those of the high- and low-calcium formation water. The calcium enrichment in formation water of the Sha 2 Member is primarily attributed to the mixing of formation water with a high Ca²⁺ concentration from the Xujiahe Formation. Additionally， subsequent water-rock interactions， especially the albitization of plagioclase， further contribute to the calcium enrichment and sodium depletion in the formation water of Sha 2 Member. The carbonate equilibrium coefficients， TDS， and γ（Ca²⁺） of formation water in the Sha 2 Member decrease gradually along the lateral migration pathway of natural gas. This indicates that the chemical indices of calcium-rich formation water can serve as reliable tracers for tight-sand gas reservoirs of separated source-reservoir type. For the Sha 2 Member， higher calcium enrichment in formation water is associated with more favorable gas-bearing properties of reservoirs， suggesting that the calcium-rich formation water is indicative of natural gas accumulation.

Key words: water-rock interaction, gas reservoir of separated source-reservoir type, calcium-rich formation water, natural gas migration and accumulation, Shaximiao Formation, central Sichuan Basin

CLC Number:

TE122.1

Yueming YANG, Maoyun WANG, Changjiang WU, Jianhui ZENG, Ke PAN, Huanle ZHANG, Xiaojuan WANG, Dongxia CHEN, Huwang CUI. Origin of calcium-rich formation water and its implications for natural gas migration and accumulation in the 2^nd member of the Jurassic Shaximiao Formation， central Sichuan Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(1): 178-191.

Figures/Tables 13

Fig.1

Table 1

Mass concentrations and ionic coefficients of formation water ions in the Sha 2 Member， central Sichuan Basin"

地层水类型	井号	离子平均质量浓度/（mg/L）							苏林地层水分类	矿化度/ （g/L）	钠氯系数	脱硫酸系数	碳酸盐平衡系数	Schoeller 碱交换系数
地层水类型	井号	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Ba²⁺	Cl^-	SO₄^2-	HCO₃^-	苏林地层水分类	矿化度/ （g/L）	钠氯系数	脱硫酸系数	碳酸盐平衡系数	Schoeller 碱交换系数
低钙地层水	J23	1 146	663	4	0	2 750	30	247	CaCl₂型	4.8	0.42	2.65	0.373	5.8
	QL205-1	1 393	439	9	0	2 376	45	223	CaCl₂型	4.5	0.59	3.26	0.559	3.7
	QL205-2	1 314	384	10	0	2 166	38	224	CaCl₂型	4.2	0.60	3.10	0.521	3.2
	QL20H	1 868	563	30	0	3 018	0	289	CaCl₂型	5.9	0.62	0	0.513	4.0
	JQ17	1 761	973	16	0	4 060	46	123	CaCl₂型	7.0	0.43	2.61	0.126	13.6
	JH51	908	372	5	0	1 540	82	0	CaCl₂型	3.3	0.59	9.03	0	7.7
	JQ830	1 084	509	7	0	1 810	37	493	CaCl₂型	3.9	0.60	3.40	0.973	1.4
	JQ826	1 138	328	6	0	2 035	110	123	CaCl₂型	3.7	0.56	9.62	0.375	3.9
	JQ508	1 615	816	11	0	3 660	91	62	CaCl₂型	6.4	0.44	5.64	0.075	13.4
	JQ509	1 133	380	5	0	2 370	29	62	CaCl₂型	4.0	0.48	2.57	0.162	13.6
	JQ518	1 049	455	9	0	1 975	100	123	CaCl₂型	3.7	0.53	9.56	0.270	4.1
中钙地层水	QL8	3 834	4 190	34	43	11 765	0	161	CaCl₂型	20.2	0.33	0	0.057	72.5
	QL202-2	4 708	4 853	50	70	13 632	0	69	CaCl₂型	23.6	0.35	0	0.011	128.5
	QL203-1	3 037	2 587	32	48	7 600	0	238	CaCl₂型	13.7	0.41	0	0.131	24.2
	QL207-5	997	572	11	0	1 813	27	207	CaCl₂型	3.7	0.55	2.71	0.362	3.5
	JQ16	3 679	4 160	17	0	12 000	14	123	CaCl₂型	20.0	0.31	0.37	0.030	60.9
	JQ3	1 719	1 480	8	0	4 410	47	123	CaCl₂型	7.8	0.39	2.75	0.083	15.8
	JQ5H	1 718	1 440	7	0	4 260	68	937	CaCl₂型	8.4	0.40	3.94	0.651	2.5
	QL207	1 867	1 620	7	0	5 770	30	92	CaCl₂型	9.4	0.32	1.61	0.057	31.9
	XQ3-2	1 933	1 755	16	0	5 035	1	123	CaCl₂型	5.2	0.38	0.03	0.070	25.1
	XQ3-1	1 359	1 120	13	0	3 310	9	123	CaCl₂型	3.5	0.41	0.65	0.110	14.8
	JQ516-2	2 516	2 405	14	0	6 865	33	123	CaCl₂型	12.0	0.37	1.32	0.051	27.9
	JQ516-1	1 781	1 370	12	0	4 610	97	123	CaCl₂型	8.0	0.39	5.44	0.090	12.9
	JQ510-2	1 791	1 410	12	0	4 270	79	123	CaCl₂型	7.7	0.42	4.42	0.087	12.3
	JQ510-1	1 811	1 530	10	0	4 400	66	123	CaCl₂型	8.0	0.41	3.64	0.080	13.7
高钙地层水	QL18	2 864	4 084	26	88	9 670	0	161	CaCl₂型	17.1	0.34	0	0.043	42.3
	QL10	6 421	12 403	102	191	25 729	0	76	CaCl₂型	45.6	0.25	0	0.006	253.0
	QL10	5 400	10 526	102	122	23 246	0	86	CaCl₂型	40.0	0.23	0	0.009	206.9
	QL202-1	5 117	9 091	94	135	19 192	0	512	CaCl₂型	34.3	0.27	0	0.060	27.5
	QL213-8	4 690	8 289	84	88	19 020	0	20	CaCl₂型	32.9	0.25	0	0.002	716.5
	YT206-8	5 795	11 194	145	186	24 265	0	60	CaCl₂型	42.1	0.24	0	0.007	306.1
	QL17	5 335	10 700	36	0	27 100	22	123	CaCl₂型	43.3	0.20	0.42	0.011	149.9
	YT207-8	4 194	5 372	62	74	14 586	0	31	CaCl₂型	24.6	0.29	0	0.005	340.7
	YT201-7	4 812	4 925	44	120	16 717	0	123	CaCl₂型	26.9	0.29	0	0.025	96.8

Table 1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Table 2

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Fig.9

Fig.10

Fig.11

References 42

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井号/资料来源	离子质量浓度/（mg/L）							矿化度/（g/L）	苏林地层水分类
井号/资料来源	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Ba²⁺	Cl^-	SO₄^2-	HCO₃^-	矿化度/（g/L）	苏林地层水分类
ZT108-1	22 735	6 063	637	2 531	42 564	0	673	75.4	CaCl₂型
ZT108-2	23 762	12 181	1 133	770	53 963	0	273	93.5	CaCl₂型
文献［26］	44 608	13 249	1 683	274	102 024	0	44	168.1	CaCl₂型
文献［26］	75 253	22 420	3 013	7 548	163 145	0	153	272.5	CaCl₂型
文献［26］	62 018	18 238	2 318	2 390	136 742	0	89	222.0	CaCl₂型

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Origin of calcium-rich formation water and its implications for natural gas migration and accumulation in the 2^nd member of the Jurassic Shaximiao Formation， central Sichuan Basin

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