北黃海盆地中東部近表層沉積物頂空輕烴地球化學(xué)特征

董賀平 （中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島266100）國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071

李雙林 （國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071）青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071

北黃海盆地中東部近表層沉積物頂空輕烴地球化學(xué)特征

董賀平 （中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島266100）國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071

李雙林 （國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071）青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071

通過北黃海盆地253個站位的頂空輕烴數(shù)據(jù)分析，對該盆地中東部地區(qū)的含油氣特征進(jìn)行了討論。該區(qū)輕烴指標(biāo)為非均勻－嚴(yán)重非均勻地化場，與其他含油氣盆地相比，研究區(qū)屬中等強度的地球化學(xué)場。高值主要分布在東部坳陷和中西部隆起區(qū)，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理和趨勢分析，東部坳陷區(qū)表現(xiàn)為CH4和C2H6以上重?zé)N的高背景和高強度異常，中部坳陷為低背景和中等強度異常。綜合油氣地質(zhì)條件分析認(rèn)為東部坳陷含油氣特征明顯優(yōu)于中部坳陷。輕烴CH4指標(biāo)在研究區(qū)西南部受到沉積環(huán)境的一定影響，但其他區(qū)域異常反映了油氣滲漏特征。趨勢異常主要分布在構(gòu)造邊界斷層位置，反映了烴類氣體沿裂隙通道運移的特點。

頂空輕烴；地球化學(xué)；烴類滲漏；北黃海盆地

頂空輕烴技術(shù)是直接測試沉積物樣品中提取出的油氣垂向微運移滲漏的痕量游離烴類氣體，不經(jīng)過任何化學(xué)處理和改造，較為真實地反映了新近油氣滲漏特征，是油氣化探的直接指標(biāo)。輕烴在向介質(zhì)中運移時，必然要和介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換［1］，表現(xiàn)為沿著一定的通道進(jìn)行垂向運移［2］，并最終在氣相和凝固相（液相或固相）之間達(dá)到物質(zhì)和能量的分配平衡［3］。檢測自由狀態(tài)的輕烴在運移過程中于周圍環(huán)境中留下的“印跡”［4］，可以判斷盆地或油氣藏的含油氣性質(zhì)。前期研究［5］對北黃海盆地沉積物中烴類氣體、芳烴和稠環(huán)芳烴特征進(jìn)行了分析，并劃分了4個地球化學(xué)場分區(qū)。筆者通過詳細(xì)分析頂空輕烴數(shù)據(jù)及化學(xué)場分布特征，對區(qū)域地球化學(xué)場的影響因素進(jìn)行了研究。

1 地質(zhì)條件概況

研究區(qū)位于北黃海盆地中東部。北黃海盆地是在中－朝克拉通基底之上形成的中、新生代沉積盆地。盆地斷裂構(gòu)造發(fā)育，控盆、控坳斷裂主要形成于晚侏羅世、早白堊世和始新世，主要有EW－NE向、NW向和NNE向3組斷裂［6］，將研究區(qū)分為東部坳陷、中央隆起、中部坳陷和中西部隆起。研究區(qū)油氣富集的主要地質(zhì)因素包括：①晚侏羅世初始裂陷－早白堊世熱沉降－晚白堊世抬升剝蝕階段［7，8］，發(fā)育河流－湖泊沉積體系，東部坳陷中生界厚200～4800m，中部坳陷中生界厚度0～3000m。上侏羅統(tǒng)黑色泥巖為主要烴源巖，下白堊統(tǒng)暗色泥巖為次要烴源巖。該階段發(fā)育的扇三角洲、三角洲、濱湖相砂巖等為主要儲層［9，10］。②喜山運動形成的區(qū)域擠壓型褶皺等多種局部構(gòu)造成為油氣聚集的有利場所。③始新世斷陷－晚漸新世和早中新世擠壓抬升－新近紀(jì)熱沉降階段，發(fā)育沖積平原－湖泊沉積體系［7，8］，東部坳陷新生界厚3000～4700m，中部坳陷新生界厚度100～5900m。始新統(tǒng)泥巖為主要烴源巖，始新統(tǒng)扇三角洲、沖積扇、濱湖相砂巖為儲層［9，10］。

研究區(qū)東部坳陷有15口朝鮮鉆井，并在中生代地層中發(fā)現(xiàn)了油氣流，其中3口井見良好的油氣顯示，并伴有少量的天然氣，2口井見工業(yè)油流，充分顯示了中生界良好的勘探前景［11］。

2 樣品采集與分析

研究區(qū)頂空輕烴站位按均勻面積法布點，數(shù)量為253個，站位間距約為8km。樣品采集深度在海底表面以下1.0～3.0m?，F(xiàn)場將樣品裝入盛有飽和鹽水的容器中并倒置保存、放置。樣品由原中國新星石油公司實驗地質(zhì)研究院實驗室進(jìn)行測試。先將樣品加熱到40℃，使賦存在樣品中的氣體逸出并達(dá)到平衡后，抽取100ml氣體樣品注入氣相色譜儀檢測，測試儀器采用美國PE公司Auto System XL型氣象色譜儀，測定范圍（以CH4計）≥0.1μl／L。共檢測出C1～C5數(shù)據(jù)約800個。

由于研究站位間距較大，所以需要以盆地背景為基礎(chǔ)圈定區(qū)域異常，異?？刂品秶?，主要反映了北黃海盆地區(qū)域含油氣特征，屬于宏觀異常范疇，不是具體油氣藏的反映。

3 結(jié)果與分析

3.1 頂空輕烴原始數(shù)據(jù)特征

對頂空輕烴氣體指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計（表1）。區(qū)域地化場特征的描述參數(shù)采用平均值和變異系數(shù)。場的均勻程度是一個相對的概念，定性描述判定標(biāo)準(zhǔn)采用：變異系數(shù)＜1為均勻場，1＜變異系數(shù)＜2為非均勻場，＞2為嚴(yán)重非均勻場。

表1 研究區(qū)地球化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)特征

研究區(qū)CH4、C2H6、C3H8都有檢出，但C4H10和C5H12大部分未檢出，烴類含量變化順序符合CH4＞C2H6＞C3H8。烴類含量離散性大，存在特高值，CH4最大值為最小值的400多倍，C2H6和C3H8最大值分別為最小值的1000和7000多倍。從地化場特征來看，頂空輕烴CH4為非均勻場，C2H6和C3H8為嚴(yán)重非均勻場。各指標(biāo)都呈單峰態(tài)、正偏態(tài)，偏度較大（圖1（a）），反映主要受單一母體控制，在此基礎(chǔ)上的異常較為可靠。標(biāo)準(zhǔn)化CH4和C2H6以上重?zé)N數(shù)據(jù)符合對數(shù)正態(tài)分布特征（圖1（b）），CH4對數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.06，C2H6以上重?zé)N對數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.0。

與我國其他幾個盆地游離烴類氣體含量相比（表2），研究區(qū)頂空輕烴指標(biāo)豐度中等，反映研究區(qū)為中等強度的地球化學(xué)場。

表2 我國幾個盆地游離烴類氣體含量

圖1 C2H6以上重?zé)N原始數(shù)據(jù)（a）及標(biāo)準(zhǔn)化后取自然對數(shù)數(shù)據(jù)（b）分布直方圖

3.2 指標(biāo)分布特征

頂空輕烴指標(biāo)高值點區(qū)主要分布在東部坳陷和中西部隆起區(qū)（圖2）。東部坳陷CH4和C2H6以上重?zé)N都出現(xiàn)高值區(qū)，且研究范圍內(nèi)大多數(shù)高值都分布在該區(qū)，高值范圍由20多個站位組成，其余為單點高值，高值站位主要分布在坳陷邊界附近。中西部隆起區(qū)CH4高值分布面積較大，由50多個站位組成，呈馬鞍狀分布；C2H6以上重?zé)N在該區(qū)則無高值點。中部坳陷內(nèi)僅有幾個高值點，且零星分布在構(gòu)造邊界部位附近。

圖2 頂空輕烴CH4（a）、C2H6以上重?zé)N（b）原始數(shù)據(jù)平面分布特征

3.3 異常的確定和分布特征

由于頂空輕烴指標(biāo)都為非均勻及嚴(yán)重非均勻地化場，所以首先將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除變量間的量綱關(guān)系，從而使數(shù)據(jù)具有可比性。標(biāo)準(zhǔn)化采用的是Z標(biāo)準(zhǔn)化法，均值為0，方差為1。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行9點圓滑預(yù)處理。

由于普查區(qū)范圍大，可能存在多個沉積環(huán)境和物源區(qū)，研究區(qū)的背景為一個變化的規(guī)則曲面，所以在普查區(qū)采用趨勢面分析的方法確定趨勢背景和剩余。該次趨勢面分析采用的趨勢次數(shù)為4次、趨勢擬合度為0.65。

根據(jù)以上處理后CH4和C2H6以上重?zé)N的趨勢背景和剩余異常（圖3）形態(tài)比較清晰。CH4高背景區(qū)主要位于中西部隆起區(qū)和東部坳陷區(qū)，中西部高背景區(qū)范圍較大，其上異常屬于中等強度異常，東部凹陷高背景區(qū)相對較小，其上異常為高強度異常。C2H6以上重?zé)N高背景區(qū)位于東部坳陷，其上異常為高強度異常，在中西部隆起區(qū)既無高背景區(qū)也缺失剩余異常。中部坳陷區(qū)CH4和C2H6以上重?zé)N為非高背景，剩余異常也為低強度異常，異常范圍主要分布在構(gòu)造邊界位置。

圖3 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化及9點圓滑后CH4（a）和C2H6以上重?zé)N（b）4階趨勢背景與剩余異常平面分布

4 討 論

1）空輕烴CH4指標(biāo)受到沉積環(huán)境的一定影響，但不是主控因素。頂空輕烴C2H6以上重?zé)N不受沉積環(huán)境影響。

頂空輕烴樣品位置處的沉積物巖性自西南部向東部由細(xì)粒的泥質(zhì)粉砂巖變化為粗粒的砂巖（圖4），反映了東部以潮流砂巖沉積為主、西南部以潮流渦旋泥質(zhì)沉積為主的沉積環(huán)境［15］。細(xì)粒沉積區(qū)CH4含量背景高且有異常，經(jīng)47個站位CH4含量與粉砂含量相關(guān)分析，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.317，在0.05的置信度時相關(guān)度較為顯著，說明CH4指標(biāo)受到沉積環(huán)境的影響。但是全區(qū)范圍內(nèi)二者相關(guān)性僅為0.093，為非相關(guān)，所以從全區(qū)來看沉積環(huán)境又非主控因素，即CH4指標(biāo)除西南部以外反映了油氣滲漏特征。

C2H6以上重?zé)N異常分布范圍處于粗粒沉積區(qū)，細(xì)粒沉積區(qū)反而無異常，說明重?zé)N分布不受巖性控制，反映了盆地油氣特征，而且其異常范圍與CH4異常范圍（除西南部）高度符合，說明異?？尚哦容^高。

圖4 研究區(qū)頂空輕烴樣品位置巖性分布圖

2）空輕烴指標(biāo)在不同構(gòu)造單元表現(xiàn)出強度和異常離散程度有一定的差異。CH4與C2H6以上重?zé)N綜合異常在東部坳陷相比其他構(gòu)造單元更為集中，且范圍較大，有27個站位出現(xiàn)異常，異常強度更高，雖然離散性較大，但仍屬于高強度地化背景區(qū)。中部坳陷有20個站位出現(xiàn)綜合異常，且為低異常，屬于低強度地化背景區(qū)。

北黃海東部坳陷上侏羅統(tǒng)烴源巖厚度大（800～1200m），中等豐度Ⅱ1型有機質(zhì)，大部分處于成熟－高成熟階段，生烴潛力較好；下白堊統(tǒng)源巖厚度?。?00～275m），大多尚未成熟，生烴潛力低；古近系靠近東部坳陷東部生烴潛力較好［16］。中部坳陷上侏羅統(tǒng)以淺湖相為主，沉積環(huán)境對烴源巖發(fā)育不利，總體上生烴潛力不如東部坳陷［11］。

該次輕烴指標(biāo)研究也反映了這種特征。研究區(qū)位于東部坳陷的西部，表現(xiàn)為高地化背景和高異常，而且東坳西部油氣資源潛力不如東部坳陷中、東部［17］，綜合分析表明東部坳陷含油氣性明顯好于中部坳陷（低地化背景和低異常）。

3）空輕烴指標(biāo)異常體現(xiàn)了油氣以斷裂為通道向上運移的特點。無論CH4還是C2H6以上重?zé)N指標(biāo)，趨勢剩余異常都分布在構(gòu)造邊界斷層附近（圖3）。這可能反映了該區(qū)因蓋層較厚、封堵性較好、油源埋藏較深等原因，輕烴主要通過各種裂隙通道運移的特點，在表層形成條帶或環(huán)狀（半環(huán)狀）異常。

5 結(jié) 論

1）通過對北黃海盆地中東部頂空輕烴類地球化學(xué)指標(biāo)分析，指出東部坳陷CH4及C2H6以上重?zé)N趨勢背景和異常符合度較好，可信度高；中部坳陷屬于低背景和低強度異常區(qū)。綜合油氣地質(zhì)條件分析認(rèn)為，東部坳陷油氣資源潛力優(yōu)于中部坳陷等其他構(gòu)造區(qū)。

2）輕烴CH4指標(biāo)在研究區(qū)西南部受到沉積環(huán)境的一定影響，但其他區(qū)域異常反映了油氣滲漏特征。趨勢異常主要分布在構(gòu)造邊界斷層位置，反映了烴類氣體沿裂隙通道運移的特點。

［1］Michael A A.Significance of hydrocarbon seepage relative to petroleum generation and entrapment［J］.Marine and Petroleum Geology，2005，22：457～477.

［2］李廣之，胡斌，鄧天龍，等.不同賦存狀態(tài)輕烴的分析技術(shù)及石油地質(zhì)意義［J］.天然氣地球科學(xué)，2007，18（1）：111～116.

［3］李廣之.輕烴地球化學(xué)場的形成與特征［J］.石油與天然氣地質(zhì)，1999，20（1）：66～69.

［4］劉虎威.氣相色譜方法及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［5］李雙林，董賀平，趙青芳，等.北黃海盆地?zé)N類地球化學(xué)場與綜合異常分區(qū)［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2010，30（5）：91～99.

［6］謬九軍，李廣之，吳向華，等.靜態(tài)頂空氣分析技術(shù)在油氣化探中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2003，27（4）：255～258.

［7］李文勇，李東旭，王后金.北黃海盆地構(gòu)造幾何學(xué)研究新進(jìn)展［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2006，12（1）：12～22.

［8］李文勇，王嘹亮，王后金，等.北黃海中、新生代盆地的原型性質(zhì)［J］.南海地質(zhì)研究，2006，（1）：59～70.

［9］陳亮，金慶煥，劉振胡，等.太陽盆地中新生代斷裂特征及成因機制［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2008，28（2）：53～60.

［10］劉振湖，高紅芳，胡小強，等.北黃海盆地東部坳陷中生界含油氣系統(tǒng)研究［J］.中國海上油氣，2007，19（4）：229～233.

［11］陳玲，白志琳，李文勇.北黃海盆地中新生代沉積坳陷特征及其油氣勘探方向［J］.石油物探，2006，45（3）：319～323.

［12］張莉，周文章，王嘹亮，等.北黃海盆地生烴條件研究［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（1）：21～25.

［13］劉崇禧，趙克斌，余劉應(yīng)，等.中國油氣化探40年［M］.北京：地質(zhì)出版社，2001.82～160.

［14］蔣濤，榮發(fā)準(zhǔn)，陳浙春，等.民和盆地和松遼盆地化探工區(qū)頂空氣指標(biāo)數(shù)據(jù)特征對比和分析［J］.天然氣地球科學(xué)，2007，18（5）：760～763.

［15］張建培，須雪豪.東海海礁凸起地球化學(xué)特征及含油氣性分析［J］.海洋石油，2001，21（2）：1～6.

［16］李廣雪，劉勇，楊子賡.中國東部陸架沉積環(huán)境對末次冰盛期以來海面階段性上升的影響［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2009，29（4）：13～19.

［17］王輝，林小云，肖國林.北黃海盆地東部坳陷成藏要素及其作用研究［J］.石油天然氣學(xué)報，2008，30（6）：203～206.

［編輯］ 宋換新

48 Near－surface Headspace Gas Geochemical Characteristics in the Eastern and Middle Depression of North Yellow Sea Basin

DONG He－ping，LI Shuang－lin

（First Authors Address：College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao 266100，Shandong，China；Key Laboratory of Hydrocarbon Resource and Environmental Geology，Ministry of Land and Resources，Qingdao 266071，Shandong，China）

The light hydrocarbon geochemical characteristics were discussed after the analysis of 253marine sedimentsites samples in the Eastern and Middle Depression of North Yellow Sea Basin.The geochemical field was non－uniformity with serious of heterogeneity，and the intensity was moderate compared to other petroliferous basins.The content of hydrocarbon in the eastern depression and middle－western uplift was high，nevertheless the background value and the intensity of abnormity in eastern depression is stronger than that in the middle depression.With the comprehensive analysis of petroleum geological conditions，it indicates that the hydrocarbon－bearing characteristics in the eastern depression are obviously better than that in the middle depression.The methane content in southwestern area has less relationship with depositional environment，but its regional abnormity in other area is a indicator of hydrocarbon seepage.The trend abnormity is mainly distributed at structural boundary and its faults，they are the paths of hydrocarbon gas migrating through the fractures.

headspace gas；geochemical；hydrocarbon seepage；North of Yellow Sea Basin

book=172,ebook=172

TE132.4

A

1000－9752（2012）06－0048－05

2011－10－12

國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室資助項目（MRE201121）。

董賀平（1972－），男，1996年中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）畢業(yè)，副研究員，博士生，現(xiàn)主要從事油氣地球化學(xué)方面的研究工作。