南黃海中部隆起區(qū)海底沉積物三維熒光特征及其油氣指示意義

董賀平，李雙林，肖國(guó)林 （國(guó)土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島266071）

趙青芳，王 蛟

表面油氣地球化學(xué)是通過(guò)檢測(cè)表層土壤中與烴類物質(zhì)有關(guān)的直接和間接指標(biāo)含量、確定指標(biāo)的空間分布形態(tài)、分析指標(biāo)的異常屬性，結(jié)合地質(zhì)地球物理對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，建立近地表烴類滲漏與地下油氣的生成－運(yùn)聚之間的關(guān)系，達(dá)到評(píng)價(jià)區(qū)域烴源巖或者確定遠(yuǎn)景區(qū)的基本目的。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了海域含油氣盆地的近地表油氣地球化學(xué)調(diào)查工作，選擇的測(cè)試指標(biāo)主要為酸解烴、熱釋烴、頂空輕烴、蝕變碳酸鹽、甲烷碳同位素、熒光光譜、紫外熒光光譜、全掃描三維熒光光譜等。前5項(xiàng)指標(biāo)主要是針對(duì)飽和烴中烷烴的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)該部分進(jìn)行探討的文章較為豐富；后3項(xiàng)則是針對(duì)不飽和烴中芳香烴的檢測(cè)技術(shù)，主要應(yīng)用于油田油源對(duì)比及油氣屬性判別中[1～3]，在油氣化探中的應(yīng)用近年報(bào)道較少。

全掃描熒光光譜 （TSF）用于檢測(cè)含有一個(gè)或多個(gè)芳香環(huán)的有機(jī)組分。滲漏油氣因?yàn)楹幸粋€(gè)或多個(gè)芳香環(huán)和乙醇族等油氣相關(guān)的組分，所以具有與眾不同的熒光指紋。用波長(zhǎng)250～500nm的光以10nm為間隔照射沉積物，記錄每個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)下的發(fā)射熒光光譜，形成三維圖譜和等值線圖[4]。該方法是確定化探異常、判別異常屬性、抑制干擾及暈源對(duì)比的有效手段。

三維熒光技術(shù)在表層油氣地球化學(xué)調(diào)查中的應(yīng)用，主要集中在對(duì)方法的探討及油氣綜合異常屬性判別[2，5]。研究表明，高分子量烴在海洋油氣化探中具有突出的作用，對(duì)油氣滲漏識(shí)別和源區(qū)對(duì)比具有重要意義。通過(guò)對(duì)南黃海海底沉積物正構(gòu)烷烴、萜烷、甾烷地球化學(xué)特征分析，及對(duì)有機(jī)質(zhì)輸入、成熟度和沉積環(huán)境的探討，顯示有石油源有機(jī)質(zhì)混入的跡象[6]。該次研究主要是分析南黃海盆地中部隆起及其附近海底近表層沉積物中三維熒光特征，結(jié)合其他地球化學(xué)測(cè)試指標(biāo)，對(duì)其所指示的油氣信息進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南黃海盆地及蘇北盆地作為下?lián)P子克拉通的主體，自印支期在郯廬斷裂帶左旋走滑作用下，向北俯沖與中朝板塊碰撞，結(jié)束了晚震旦世－早三疊世海相沉積盆地的演化歷史 （圖1）。中生代，印支－燕山運(yùn)動(dòng)改造了準(zhǔn)地臺(tái)沉積。白堊世晚期－古新世末發(fā)育以中部隆起為隔的兩側(cè)斷陷盆地。因此，南黃海盆地是由古、中、新生界疊覆而成的一個(gè)大型疊合盆地，包括千里巖隆起、北部坳陷、中部隆起、南部坳陷、勿南沙隆起5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。

研究區(qū)位于南黃海盆地北部坳陷南部、中部隆起及南部坳陷北部斜坡區(qū)。研究區(qū)中部隆起為早古生代主要的坳陷發(fā)育區(qū)，斷裂不發(fā)育，地層較為平緩，由海陸對(duì)比推測(cè)可能廣泛分布震旦系、寒武系－志留系、泥盆系－二疊系下統(tǒng)，基本缺失二疊系上統(tǒng)－古近系[7，8]。古生代海相地層發(fā)育3套區(qū)域性烴源巖，分別為震旦系上統(tǒng)、下寒武統(tǒng)幕府山組 （∈1m）、下志留統(tǒng)高家邊組 （S1g）碳酸鹽巖[9]。

南黃海盆地北部凹陷和南部坳陷是盆地內(nèi)上白堊統(tǒng)－古近系沉積厚度大的區(qū)域，北部最大厚度達(dá)7000m，南部達(dá)6500m。中新生代烴源巖為上白堊統(tǒng)泰州組和古新統(tǒng)阜寧組暗色泥巖，都已達(dá)到成熟，個(gè)別區(qū)域?yàn)檫^(guò)成熟。

圖1 研究區(qū)位置及主要構(gòu)造單元圖 （據(jù)文獻(xiàn) [7]，有修改）

2 樣品采集與分析

為排除表層生物活動(dòng)、現(xiàn)代沉積環(huán)境及人類活動(dòng)的干擾，該次研究選擇地表下1.0～1.5m層段的樣品進(jìn)行分析測(cè)試。全掃描熒光光譜分析由中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成，檢測(cè)依據(jù)為SY/T6009.8－2003，使用的檢測(cè)儀器為L(zhǎng)S55熒光光譜儀。

3 結(jié)果與分析

3.1 熒光光譜特征

研究共計(jì)分析樣品497件，其中有效數(shù)據(jù)為462件，缺失數(shù)據(jù)35件。研究區(qū)典型熒光光譜特征如圖2所示。主峰激發(fā)波長(zhǎng) （λex）除一個(gè)樣品為218nm外其余全部為230nm，發(fā)射波長(zhǎng) （λem）介于337.5～348nm。次峰激發(fā)波長(zhǎng)除2個(gè)樣品為230nm外其余介于248～260nm，發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)以上2個(gè)樣品為343.5nm， 其 余 介 于357～361.5nm。

圖2 典型三維熒光立體圖譜特征

主峰熒光強(qiáng)度 （F1）介于56.8～1003.6之間 （表1），75%累計(jì)頻率對(duì)應(yīng)的F1值為639.4，該值在F1頻率分布直方圖上表現(xiàn)為明顯的數(shù)據(jù)分界點(diǎn)。F1標(biāo)準(zhǔn)差為253.1，表明該值離散性大，變異系數(shù)大于1，在數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)可先標(biāo)準(zhǔn)化。次峰熒光強(qiáng)度 （F2）的值與此基本一致，在F1－F2圖版上，二者基本呈直線分布。

R1值代表激發(fā)波長(zhǎng)λex在270nm時(shí)，發(fā)射波長(zhǎng)λem在360nm處熒光強(qiáng)度與在320nm處熒光強(qiáng)度的比值，能夠指示油氣潛力。主峰陡度 （K）反映主峰隨波長(zhǎng)的漂移，除一個(gè)樣品為0.21外，其余為0.6～0.94。當(dāng)F1值處于400以下時(shí)，K值與F1值有一定的擬合關(guān)系，其隨F1值增加而增加，K＝0.00014×F1＋0.7。以上2個(gè)指標(biāo)比較穩(wěn)定，說(shuō)明其基本呈正態(tài)分布，符合數(shù)據(jù)分析的要求。

表1 研究區(qū)三維熒光分析主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 最大熒光強(qiáng)度異常的確定與空間分布特征

確定近地表烴類檢測(cè)的背景和異常是非常復(fù)雜的。異常群體定義為一些樣品的總烴含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于建立的背景值。Brooks等[10]根據(jù)印度尼西亞海上11個(gè)盆地地化數(shù)據(jù)分析并繪制圖版，認(rèn)為全掃描熒光光譜最大熒光強(qiáng)度 （MFI）大于10000單位才具有熱成因烴滲漏的可能，而Abrams[11]的研究表明，MFI值小于20000單位時(shí)屬于背景，大于50000單位時(shí)屬于異常，二者之間屬于背景和異常的過(guò)渡?？梢?jiàn)由于采用的儀器和測(cè)試的沉積物量的不同，MFI值沒(méi)有可比性，因此，要確定是否存在烴類滲漏異常，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析，上述指標(biāo)含量只是參考。

圖解數(shù)據(jù)分析方法對(duì)評(píng)價(jià)樣品分布、幫助確定多組群體等方面提供了簡(jiǎn)便、直觀的方法。最普遍的圖解方法是頻率直方圖。主峰熒光強(qiáng)度 （F1）數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后基本遵循正態(tài)分布 （圖3），其偏度為0.31，表明總體上異常強(qiáng)度并不高，但從異常分布形態(tài)及數(shù)據(jù)總體分布特征上可以將主峰熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（F1標(biāo)）異常下限定為1.5。F1標(biāo)≥1.5的樣品為39個(gè)，占總樣品數(shù)的8.4%，該比例與TDI－Brooks國(guó)際公司在全球范圍內(nèi)確定的油氣滲漏異常樣品約占總體樣品8%的結(jié)果基本一致[10]。

根據(jù)F1標(biāo)異常下限定為1.5確定的異常分布形態(tài)如圖4所示?？梢宰R(shí)別出2個(gè)高置信度異常區(qū)及1個(gè)低置信度異常區(qū) （圖4）。高置信度異常區(qū)ⅠA位于研究區(qū)中上部，跨中部隆起、北坳南部凹陷及西南凸起東側(cè)。區(qū)內(nèi)異常樣品數(shù)為22個(gè)，異常分布較為集中，異常區(qū)面積較大。

圖3 三維熒光最大熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化頻率直方圖

圖4 最大熒光強(qiáng)度異常分布特征

高置信度異常區(qū)ⅠB位于研究區(qū)西南角，異常呈橫向分布，異常較為集中，但分布面積較小，異常樣品數(shù)為3個(gè)。低置信度異常區(qū)Ⅱ跨南坳北部斜坡及中部隆起，與北部的ⅠA異常區(qū)接近，區(qū)內(nèi)異常樣品數(shù)為11個(gè)，異常分布較為分散，但異常面積較大。值得注意的是2個(gè)高置信度異常區(qū)全都位于研究區(qū)的北部邊緣位置，受研究區(qū)之限，異常形態(tài)并不完整。F2指標(biāo)的異常形態(tài)與此相似。

Bernard等[10]使用w （T）/w （D） （熱成因烴/成巖作用來(lái)源的烴指標(biāo)） （w （T）/w （D）＝[ΣnCn－ （C27＋C29＋C31＋C33）]/ （C27＋C29＋C31＋C33））評(píng)價(jià)樣品中存在的新滲漏油氣。其依據(jù)為在以植物蠟為主要成分的沉積物中奇碳數(shù)正構(gòu)烷烴nC27、nC29、nC31、nC33占優(yōu)勢(shì)，這可以認(rèn)為是成巖來(lái)源烷烴的指標(biāo)，高w （T）/w （D）值可能指示了熱成因滲漏烴的存在。對(duì)該次檢測(cè)的146個(gè)氣相色譜樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出MFI與w （T）/w（D）標(biāo)準(zhǔn)圖版 （圖5）。根據(jù)w （T）/w （D）高值站位的分布形態(tài)，該次選擇了w （T）/w （D）＞2作為異常下限，即雖然這些樣品的最大熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化值＜1.5，但相信其仍然具有熱成因滲漏烴的信息。據(jù)此分析在空間的分布形式，可見(jiàn)此類站位同樣主要分布在ⅠA與Ⅱ區(qū) （圖4），并且有將兩區(qū)互相連接的趨勢(shì)。雖然此次氣相色譜分析的站位占全部站位的30%左右，但與由最大熒光強(qiáng)度確定的異常區(qū)互為印證，更加說(shuō)明了3個(gè)異常區(qū)的可信度較高。

圖5 MFI－w （T）/w （D）標(biāo)準(zhǔn)圖版確定具有熱成因滲漏烴樣品信息

4 討 論

4.1 油氣滲漏水平的判斷

衡量油氣滲漏的量值和水平 （微滲漏、宏滲漏）的三維熒光參數(shù)為最大熒光強(qiáng)度。如前所述TDIBrooks公司與Abrams對(duì)MFI的下限劃分是不同的，這是因?yàn)樽畲鬅晒鈴?qiáng)度受到儀器類型和稀釋因子等因素的影響。宏滲漏經(jīng)常是指大量的運(yùn)移烴，一般為可見(jiàn)的，與達(dá)西流體有關(guān)。微滲漏是不可見(jiàn)，但可檢測(cè)。據(jù)此，并考慮到研究區(qū)MFI值普遍小于1000單位，比Cole等[12]所確定的墨西哥灣低置信度樣品MFI值還要低，所以確定研究區(qū)滲漏水平屬于微滲漏。

4.2 油氣滲漏類型的判斷

含熱成因烴的樣品三維熒光光譜最大熒光強(qiáng)度MFI一般出現(xiàn)在激發(fā)波長(zhǎng)為280～330nm、發(fā)射波長(zhǎng)為380～400nm的范圍內(nèi)，而含新近有機(jī)質(zhì)的樣品最大熒光強(qiáng)度出現(xiàn)在激發(fā)波長(zhǎng)大于330nm、發(fā)射波長(zhǎng)大于400nm的范圍內(nèi)[11]。研究區(qū)主峰最大熒光強(qiáng)度絕大多數(shù)出現(xiàn)在激發(fā)波長(zhǎng)為230nm，發(fā)射波長(zhǎng)為339～347nm的范圍內(nèi)，顯然不屬于新近有機(jī)質(zhì)范圍，而與芳烴標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熒光光譜分析的二環(huán)芳烴熒光光譜峰處于230、342nm的特征是一致的[1，3]，表明沉積物中芳烴以二環(huán)萘系為主。次強(qiáng)峰出現(xiàn)在260nm、357～360nm，則說(shuō)明沉積物中芳烴次含量為三環(huán)菲和蒽及其衍生物。

該次研究也對(duì)表層沉積物芳烴氣相色譜－質(zhì)譜進(jìn)行了分析。結(jié)果表明芳烴種類從二環(huán)到五環(huán)芳烴均有分布，其中五環(huán)芳烴的苝含量最高，其次為菲 （三環(huán)）、螢蒽和芘 （四環(huán)），萘 （二環(huán)）系含量最低。苝指示了陸源高等有機(jī)質(zhì)快速堆積和還原環(huán)境，由于苝單分子發(fā)射波長(zhǎng)為500～600nm，所以在該次三維熒光光譜分析中沒(méi)有顯示。至于為何表層沉積物中色質(zhì)分析與1.0～1.5m深處三維熒光分析中三環(huán)、四環(huán)芳烴含量與二環(huán)芳烴含量的相對(duì)變化不同，可能是分析測(cè)試指標(biāo)的不同引起，更可能是測(cè)試深度的不同引起，或者其他未知原因。

多個(gè)研究利用了三維熒光強(qiáng)度、峰值出現(xiàn)情況、以及K和R1值范圍來(lái)判斷原油及有關(guān)樣品熒光指紋圖形狀和油性質(zhì)。研究區(qū)內(nèi)樣品多出現(xiàn)T1和T2峰，僅一個(gè)樣品存在T3峰。對(duì)3個(gè)異常區(qū)內(nèi)異常站位進(jìn)行K－R 圖版（圖6）分析可以看出，ⅠA異常區(qū)有8個(gè)樣品具有油氣屬性，其中輕質(zhì)油有2個(gè)站位，其余6個(gè)為樣品為凝析油；ⅠB異常區(qū)有1個(gè)凝析油屬性的樣品；Ⅱ區(qū)僅有1個(gè)輕質(zhì)油屬性的樣品。總體分析，3個(gè)異常區(qū)內(nèi)10個(gè)具有油氣屬性的樣品中，7個(gè)為凝析油，3個(gè)為輕質(zhì)油，說(shuō)明Ⅰ類異常區(qū)以凝析油為主，Ⅱ類異常區(qū)以輕質(zhì)油為主。值得注意的是通過(guò)K－R圖版判斷油氣屬性的標(biāo)準(zhǔn)制定，主要是通過(guò)總結(jié)原油樣品三維熒光光譜特征后設(shè)定的，對(duì)松散沉積物樣品中熱成因烴三維熒光光譜特征判斷油氣屬性的分析還是空白，這有待于在油氣滲漏已知區(qū)進(jìn)行深入對(duì)比研究。

圖6 K－R圖版判斷異常區(qū)的油氣性質(zhì)

4.3 三維熒光特征的油氣指示意義

萘系列是原油芳烴的最主要組分，菲系列含量次之。從研究區(qū)三維熒光激發(fā)波長(zhǎng)/發(fā)射波長(zhǎng)特征判斷，沉積物中芳烴指示的是原油信息；從K－R圖版分析油質(zhì)以凝析油為主，輕質(zhì)油次之。這有可能反映了深部的油氣信息。

通過(guò)研究中部隆起獲得的地震反射，結(jié)合鉆遇二疊系的南部坳陷無(wú)錫5st－1井和勿南沙隆起常州35－2－1井的地質(zhì)資料，推測(cè)中部隆起區(qū)中－古生界缺失上二疊系龍?zhí)督M （P2l）至白堊系地層[9]，同時(shí)缺失古近系地層。這樣在中部隆起區(qū)烴源巖主要為下古生界碳酸鹽巖，如上震旦統(tǒng)、下寒武統(tǒng)、奧陶系等，推測(cè)烴源巖品質(zhì)較好，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ－Ⅱ型為主[13]。在志留紀(jì)時(shí)達(dá)生烴高峰，石炭紀(jì)－三疊紀(jì)時(shí)已過(guò)成熟[14]。雖然印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期前烴源巖演化程度較高，但在鏡質(zhì)體反射率Ro值處于1.6%～2.0%時(shí)，仍具有較大的生烴潛力。所以∈1m和S1g仍具有一定的生烴量。中部隆起區(qū)具有找到下古生界來(lái)源的氣藏的可能性。當(dāng)然也不排除外源烴源巖 （例如下二疊統(tǒng)烴源巖）二次生烴運(yùn)移至隆起區(qū)的可能性，因?yàn)樵谖鹉仙陈∑鹕铣Ｖ?5－2－1井異常烴源巖參數(shù)說(shuō)明了 “運(yùn)移烴”的存在[15]。

南黃海北部坳陷現(xiàn)有鉆井雖未鉆遇中生界以下地層，但推測(cè)存在下二疊統(tǒng)棲霞組 （P1x）、孤峰組（P1g），上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M （P2l）、大隆組 （P2d）烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主。古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度較高，上古生界烴源巖基本處于生油階段晚期。上古生界烴源巖一般在三疊紀(jì)－中侏羅世達(dá)到一次生烴，其后受到印支－燕山運(yùn)動(dòng)的影響抬升剝蝕而暫停生烴，隨后在盆地晚期深埋過(guò)程中，出現(xiàn)新生代晚期的二次生烴[16]，例如鹽城凹陷朱家墩氣田和黃橋CO2氣田伴生海相油氣藏都是海相烴源巖晚期成烴的典型代表，此類油氣藏以天然氣和輕質(zhì)油為主。北部坳陷還存在上白堊統(tǒng)泰州組 （K2t）及始新統(tǒng)阜寧組 （E1f）中上部暗色泥巖段。K2t烴源巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～2.12%，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.16%，生烴潛力 （S1＋S2）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.32mg/g，有機(jī)質(zhì)以Ⅱ1型為主，三垛組（Es）－今K2t沉積期烴源巖進(jìn)入生排烴高峰期，ZC1－2－1井在K2t泥巖巖心中見(jiàn)裂隙油顯示[17]。E1f中上部為低成熟或未成熟、質(zhì)量較差－中等的烴源巖。

綜合以上研究區(qū)烴源巖類型及發(fā)育史可知，中部隆起以發(fā)現(xiàn)氣藏為主，不排除有運(yùn)移烴的存在；北部坳陷中－古生界以發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)油藏、氣藏為主，新生界以發(fā)現(xiàn)油藏為主。這與研究區(qū)三維熒光特征判斷的以凝析油和輕質(zhì)油為主的油氣信息基本相符，說(shuō)明該方法能部分地反映深部油氣類型信息，且以輕質(zhì)、傾氣型為主，這也與南黃海盆地北部坳陷內(nèi)其他油氣地化指標(biāo)分析認(rèn)為氣藏的可能性較大的結(jié)論基本一致。但對(duì)北部坳陷新生代成熟烴源巖生排烴的反映不夠明顯，這也可能是造成三維熒光與氣相色譜－質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析結(jié)論有所矛盾的原因。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)最大熒光強(qiáng)度介于56.8～1003.6之間，出現(xiàn)在激發(fā)波長(zhǎng)/發(fā)射波長(zhǎng)為230nm/337.5～348nm的范圍內(nèi)，次峰出現(xiàn)在248～260nm與357～361.5nm之間。主峰陡度K為0.21～0.94，生烴潛力指標(biāo)R1介于1.44～8.05。

2）通過(guò)頻率直方圖法確定最大熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化異常下限值為1.5，并據(jù)此識(shí)別出了研究區(qū)內(nèi)2個(gè)高置信度異常區(qū)及1個(gè)低置信度異常區(qū)。高置信度異常區(qū)ⅠA跨中部隆起、北坳南部凹陷及西南凸起東側(cè)，分布面積較大。ⅠB位于研究區(qū)西南角，異常較為集中但分布面積較小。低置信度異常區(qū)Ⅱ區(qū)跨南坳北部斜坡及中部隆起，與ⅠA異常區(qū)接近，分布分散但異常面積較大。據(jù)w （T）/w （D）比值高于2確定的異常范圍與由最大熒光強(qiáng)度確定的異常區(qū)可互為印證。

3）研究區(qū)油氣滲漏水平屬于微滲漏。主峰及次峰熒光強(qiáng)度最大值出現(xiàn)的波長(zhǎng)范圍表明沉積物中芳烴以萘系為主，次含量為菲和蒽及其衍生物。利用三維熒光強(qiáng)度、峰值出現(xiàn)情況、以及K－R值范圍判斷異常區(qū)內(nèi)有10個(gè)站位表現(xiàn)出異常屬性，其中7個(gè)為凝析油，3個(gè)為輕質(zhì)油。通過(guò)分析中部隆起和北部坳陷烴源巖特征，表明三維熒光分析方法能部分地反映深部油氣類型信息。

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