渤海灣盆地歧口凹陷及其鄰區(qū)海底沉積物酸解烴地球化學(xué)異常特征及其成因類型

張念禮, 李雙林, 程日輝, 龔建明, 王建強(qiáng)

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渤海灣盆地歧口凹陷及其鄰區(qū)海底沉積物酸解烴地球化學(xué)異常特征及其成因類型

張念禮1,2,3, 李雙林2,3*, 程日輝1, 龔建明2, 王建強(qiáng)2

(1. 吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春?130061; 2. 青島海洋地質(zhì)研究所, 山東 青島?266071; 3. 國土資源部 海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島?266071)

為查明渤海灣盆地歧口凹陷及其鄰區(qū)海底沉積物酸解烴地球化學(xué)異常特征及成因類型, 并探討異常區(qū)與深部油氣的關(guān)系以及構(gòu)造對異常區(qū)分布的影響, 對研究區(qū)100個站位進(jìn)行了地球化學(xué)柱狀樣取樣, 獲得100組酸解烴和52組酸解烴碳同位素數(shù)據(jù)。結(jié)果表明, 各站位酸解烴含量均具有甲烷(AC1)＞乙烷(AC2)＞丙烷(AC3)＞丁烷(AC4)＞戊烷(AC5)的特點(diǎn), 飽和烴指標(biāo)之間決定系數(shù)達(dá)0.7以上, 表明這些組分可能具有相同的來源。對數(shù)據(jù)的分析表明, 研究區(qū)烴類氣體的成因類型總體上屬于熱成因, 微生物對飽和烴的貢獻(xiàn)有限。根據(jù)計(jì)算得出的異常下限圈定了4個AC1和4個AC2異常區(qū)。C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)圖解表明, 研究區(qū)深部油氣屬性應(yīng)該為凝析氣或油。從異常區(qū)與構(gòu)造的吻合度來看, 異常區(qū)的分布與斷裂的展布關(guān)系密切, 下一步應(yīng)加強(qiáng)對AⅠ和AⅣ區(qū)域的研究。

油氣屬性; 異常特征; 酸解烴; 歧口凹陷; 渤海灣盆地

0?引?言

研究區(qū)位于渤海灣盆地的歧口凹陷及其鄰區(qū)(117°~118°E、38°26′~39°00′N), 具體位置及取樣站位見圖1, 是我國重要的油氣產(chǎn)區(qū)[1]。20世紀(jì)80年代渤海灣盆地開展了油氣地球化學(xué)工作[2], 經(jīng)過幾次大規(guī)模的油氣地球化學(xué)勘探, 發(fā)現(xiàn)本區(qū)海底沉積物的烴類含量明顯高于我國其他海域, 其異常的成片性和穩(wěn)定性均很好, 但是異常區(qū)與油氣田的關(guān)系、斷裂對異常區(qū)的影響還有待研究。本次工作擬通過對渤海灣盆地歧口凹陷及其鄰區(qū)海底沉積物的酸解烴地球化學(xué)特征的研究, 探討深部油氣對異常區(qū)的影響以及構(gòu)造對異常分布的控制作用, 為研究區(qū)下一步的油氣勘探提供幫助。

1?地質(zhì)背景

渤海灣盆地北部與山海關(guān)隆起接壤, 西部以太行山隆起為界, 南部以魯西隆起為界, 東部以膠遼隆起為界。渤海灣盆地是在太古宙結(jié)晶基底上發(fā)育成的疊合盆地, 其中西部為冀中坳陷等, 中部為黃驊坳陷、濟(jì)陽坳陷, 東部為渤中坳陷等。各坳陷內(nèi)又分布著次級的凹陷和凸起[1]。研究區(qū)所在的歧口主凹及其鄰區(qū)受滄縣隆起與埕寧隆起夾持, 東部從北向南分布著南堡凹陷、沙壘田凸起、沙南凹陷, 中部為歧口凹陷、埕北斜坡等, 西部為板橋次凹、大港潛山等[3](圖2)。

研究區(qū)域包括歧口主凹東南部、濱海Ⅰ號構(gòu)造東南部、沙壘田凸起西部、沙南凹陷西部、埕北斷階帶東北部、埕北斜坡東北部以及埕寧隆起北部。

研究區(qū)主要斷層有：白東斷層、岐中斷層、岐東斷層以及羊二莊斷層。其中白東斷層和岐中斷層屬于北大港斷裂構(gòu)造帶, 岐東斷層屬于南大港斷裂構(gòu)造帶, 羊二莊斷層屬于羊二莊斷裂構(gòu)造帶, 斷裂總體走向北東-近東西[4?5]。

2?樣品采集與分析測試

此次共采集到100個站位的海底表層沉積物樣品。使用儀器為DDC-Z-1型振動器。為了排除人類活動對表層樣品的影響, 選取1.0~1.5 m深度的柱狀樣樣品進(jìn)行酸解烴和碳同位素指標(biāo)的分析測試。樣品的分析測試單位有無錫石油地質(zhì)研究所中心實(shí)驗(yàn)室和合肥石油化探研究所中心實(shí)驗(yàn)室。

圖1?研究區(qū)地理位置及取樣站位圖

圖2?歧口凹陷及其鄰區(qū)構(gòu)造及研究區(qū)位置圖(據(jù)周立宏等[4])

測試流程如下: 將樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干、搗碎, 稱取大約10 g樣品放置在真空系統(tǒng)中, 將裝有樣品的燒瓶靜置于40 ℃的水中進(jìn)行水浴并加熱, 緩慢加入稀鹽酸使樣品酸解, 直至氣泡不再產(chǎn)生為止。用堿性溶劑吸收酸解過程中產(chǎn)生的CO2, 隨后立即用微量注射器抽取一定的氣體注入氣相色譜儀進(jìn)行烴類氣體含量的測定, 測定的主要指標(biāo)為C1?C5的輕烴類組分。另取少量氣體, 利用質(zhì)譜儀測定甲烷碳同位素13C的含量。

3?結(jié)果與討論

3.1?烴類氣體的分布特征

100個站位酸解烴的含量均具有甲烷(AC1)＞乙烷(AC2)＞丙烷(AC3)＞丁烷(AC4)＞戊烷(AC5)的特點(diǎn)。對比已有的測試結(jié)果[6](表1), 發(fā)現(xiàn)研究區(qū)海底表層沉積物中AC1與AC2的平均含量要低于整個渤海灣盆地的平均含量, 而丙烷(AC3)、異丁烷(AC4-)以及正丁烷(AC4+)的平均含量卻高于整個渤海灣盆地, 表明研究區(qū)熱成因烴類氣體的貢獻(xiàn)大于整個渤海灣盆地。

表1?渤海灣盆地歧口凹陷及其鄰區(qū)酸解烴地球化學(xué)指標(biāo)特征值(μL/kg)

注: AC22代表乙烯, AC33代表丙烯, AC4+代表正丁烷, AC4-代表異丁烷, AC5+代表酸解烴正戊烷, AC5-代表酸解烴異戊烷, *據(jù)文獻(xiàn)[6]

前人研究認(rèn)為海底表層沉積物中的乙烯(AC22)和丙烯(AC33)是微生物作用產(chǎn)生的, 深部運(yùn)移而來的烴類氣體中幾乎不含有AC22和AC33[7?9], 而本次分析測試結(jié)果表明沉積物中含有少量的AC22和AC33, 表明研究區(qū)存在生物成因氣。但AC1與AC22相關(guān)性很差, 決定系數(shù)僅有0.087, 表明微生物對研究區(qū)表層沉積物中的輕烴貢獻(xiàn)有限。

各酸解飽和烴指標(biāo)之間具有明顯的相關(guān)性(圖3),其中AC1與AC2的相關(guān)系數(shù)為0.75, AC2與AC3的決定系數(shù)為0.878, AC3與AC4-的決定系數(shù)為0.959, AC3與AC4+的決定系數(shù)為0.89, AC4與AC5的決定系數(shù)也在0.7以上。飽和烴指標(biāo)之間良好的線性關(guān)系表明這些烴類氣體具有相同的來源[10]。AC1與AC2均呈單峰分布特征, 且表現(xiàn)為前高后低的形態(tài)(圖4), AC1的含量范圍在200~350 μL/kg之間, 峰值為275 μL/kg。AC2的含量范圍在10~30 μL/kg之間, 峰值為22.5 μL/kg。相似的單峰特征表明AC1與AC2具有相同的來源與相似的演化特征[11?12]。

圖3?各飽和烴之間的相關(guān)性(圖中計(jì)量單位為μL/kg)

3.2?酸解烴地球化學(xué)異常分布

酸解烴含量受多方面因素的影響, 如巖性、地形地貌和碳酸鹽含量等[13]。提取其地球化學(xué)異常相應(yīng)地也有多種方法, 圖解法、計(jì)算法以及趨勢分析法是常用的幾種確定背景和異常的方法。在不同的影響因素下需要選擇不同的方法來確定背景和異常。研究區(qū)位于1.0~1.5 m深度的海底表層沉積物幾乎全部為黏土質(zhì)粉砂[10,14], 巖性相同, 地形平坦, 碳酸鹽含量在同一范圍內(nèi), 因此, 對研究區(qū)海底沉積物酸解烴的異常和背景的確定采取計(jì)算法最為合適。確定異常下限的公式為:

=±

式中,代表異常下限,代表指標(biāo)濃度均值,為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),為標(biāo)準(zhǔn)偏差[15]。

根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)[16]以及數(shù)據(jù)的實(shí)際情況, AC1的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇為1/3, 異常下限為260 μL/kg, AC2的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為1/8, 異常下限為19.4 μL/kg。

根據(jù)上述異常下限圈定出4個AC1異常區(qū)和4個AC2異常區(qū), 并繪制了異常等值線圖(圖5，圖6)。分別對AC1異常區(qū)和AC2異常區(qū)進(jìn)行編號, AC1異常區(qū)可分為AⅠ、AⅡ、AⅢ、AⅣ號異常區(qū), AC2異常區(qū)可分為BⅠ、BⅡ、BⅢ、BⅣ號異常區(qū)。AⅣ號異常區(qū)和BⅣ號異常區(qū)分別是兩類異常范圍中最大的異常區(qū)。從圖中可以看出AC1異常范圍要比AC2的異常范圍稍大, 這是由于AC1是所有酸解烴中遷移能力最強(qiáng)、最活躍的組分, 因此AC1更容易到達(dá)海底表層沉積物中, 也更容易擴(kuò)散到更大的范圍形成異常, 但是兩者之間的主要異常范圍及異常中心位置吻合度非常高。統(tǒng)計(jì)得出, AC1異常點(diǎn)數(shù)為37、AC2異常點(diǎn)數(shù)為50, 甲烷的異常點(diǎn)數(shù)較乙烷少。

圖5和圖6顯示, 異常范圍并不與油田重合, 油田主要位于異常的周圍或者是低濃度異常范圍內(nèi), 異常對油田呈現(xiàn)包圍的趨勢, 這可能是由于油氣藏邊緣部位是烴類微滲漏作用最強(qiáng)的部分, 在油水邊界處會形成一個類似環(huán)狀的烴類異常高值帶, 從而在海底沉積物中形成圍繞油田的類似環(huán)狀的異常帶[17]。斷裂構(gòu)造對油氣藏的切割可能使得這個環(huán)狀異常帶并不完整, 因此, 上述異常分布圖可能是多種烴類滲漏機(jī)制共同作用的結(jié)果[18]。

圖4?海底沉積物酸解烴甲烷和酸解烴乙烷含量頻率分布圖

圖5?酸解烴甲烷異常等值線圖

異常的分布特點(diǎn)為將來在該區(qū)域?qū)ふ矣蜌馓峁┝死碚搸椭? 下一步勘探重點(diǎn)應(yīng)該放在歧口主凹與沙南凹陷內(nèi)。由于研究區(qū)域的限制我們無法確定歧口主凹西南部的異常分布情況, 就目前資料來看, 歧口主凹位于低異常的合圍之下, 推斷歧口主凹深部可能具有油氣藏。其次, 沙南凹陷有擴(kuò)大油氣藏范圍的潛質(zhì), 由圖5和圖6可知, 沙南凹陷內(nèi)已經(jīng)有油田在開采, 深部存在油氣藏已不容置疑, 結(jié)合異常分布范圍與強(qiáng)度, 沙南凹陷的油氣藏范圍應(yīng)比目前要大, 其有向東擴(kuò)大的可能, 下一步應(yīng)該加大對油田東部的勘探開發(fā)力度。

圖6?酸解烴乙烷異常等值線圖

3.3?烴類氣體異常成因類型

烴類氣體異常成因類型對于判別地球化學(xué)異常區(qū)深部的油氣屬性至關(guān)重要[7], 烴類氣體異常成因判別的依據(jù)見表2。

研究區(qū)海底沉積物酸解烴特征如下: AC1、AC2、AC3、AC4-、AC4+均檢出, AC5-大部分檢出, AC5+少部分檢出。AC1/∑AC×100在84.87~92.85之間,13C1在–38‰ ~ –33.3‰之間, AC1/AC2的范圍為11.06~ 19.18, AC3/AC1×100的范圍為15.75~38.15, AC1/ AC2+3的范圍為7.78~14.73。數(shù)據(jù)分析表明, 研究區(qū)的烴類氣體屬熱成因氣[20]。

3.4?烴類氣體對深部含油氣性及油氣屬性的指示

利用C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)圖解(圖7)對研究區(qū)深部的油氣屬性進(jìn)行判別[21], 投點(diǎn)非常集中, 主要分布在“油”區(qū)和“凝析氣”區(qū), 分布在“凝析氣”區(qū)的樣品要比分布在“油”區(qū)的樣品多, 表明研究區(qū)酸解烴含量異常指示了深部的油氣屬性應(yīng)該為凝析氣或油。

圖7?研究區(qū)酸解烴類氣體C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)圖解

4?異常分布與構(gòu)造的關(guān)系

從圖5和圖6中可以看出, 酸解烴異常與構(gòu)造關(guān)系密切。深部油氣藏在向上滲漏時會選擇最有利于滲漏的方向與位置, 構(gòu)造單元交接部位與斷層均是油氣滲漏的有利位置[22]。研究區(qū)內(nèi)的歧口主凹與沙南凹陷是渤海灣盆地的主要生烴凹陷, 沙壘田凸起是渤海灣盆地的主要潛山儲油構(gòu)造, 白東斷層、岐東斷層、羊二莊斷層等斷裂是凹陷內(nèi)的油氣運(yùn)移的優(yōu)勢通道, 使深部油氣更快、更多地運(yùn)移到海底表層沉積物中[23]。AⅠ和BⅠ號異常區(qū)均位于濱海Ⅰ號構(gòu)造南部邊緣, 構(gòu)造內(nèi)的斷裂為濱海Ⅰ號構(gòu)造深部油氣的垂向運(yùn)移提供了良好的通道。歧口主凹內(nèi)沒有深大斷層, 因此歧口主凹內(nèi)并沒有明顯的異常分布; AⅡ和BⅡ號異常區(qū)位于埕北斷階帶與歧口主凹的交界位置, 岐北次凹的油氣在岐東斷層的導(dǎo)向下運(yùn)移至AⅡ和BⅡ號異常區(qū)的海底沉積物中形成異常, 運(yùn)移路徑遠(yuǎn), 因此異常強(qiáng)度較小; AⅢ和BⅢ號異常區(qū)位于埕北斷階帶東部, 受羊二莊斷層控制, 岐南次凹內(nèi)的油氣通過羊二莊斷層運(yùn)移至異常區(qū)域。AⅣ和BⅣ異常區(qū)均圍繞沙南凹陷展布, 其原因主要有三: 一是沙南凹陷是渤海灣盆地幾個主要生烴凹陷之一; 二是沙南凹陷南北兩側(cè)斷層對凹陷的控制, 為沙南凹陷深部油氣的運(yùn)移提供了通道; 三是沙南凹陷周圍地形的影響, 圍繞沙南凹陷的幾個主要構(gòu)造為沙壘田凸起、埕北斷階帶、埕北斜坡和歧口主凹, 沙壘田凸起、埕北斷階帶以及埕北斜坡對于沙南凹陷均是高位置構(gòu)造, 對于沙南凹陷內(nèi)油氣的運(yùn)移, 這些構(gòu)造均是優(yōu)勢運(yùn)移方向, 因此AⅣ和BⅣ異常區(qū)高值帶均位于沙南凹陷邊緣, 在沙壘田凸起和埕北斜坡的交界處。這也印證了油氣藏中的烴類沿構(gòu)造帶向上運(yùn)移的油氣滲漏理 論[10,14,17,18,23?25]。

5?結(jié)?論

(1) 歧口凹陷及其鄰區(qū)各站位酸解烴含量均具有AC1＞AC2＞AC3＞AC4＞AC5的特點(diǎn), 飽和烴指標(biāo)之間具有明顯的相關(guān)性, 表明這些烴類氣體具有相同的來源。

(2) 研究區(qū)海底沉積物酸解烴含量分析結(jié)果表明, 研究區(qū)的烴類氣體地球化學(xué)異常成因總體上屬于熱成因性質(zhì), 微生物對研究區(qū)表層沉積物中的輕烴貢獻(xiàn)有限。

表2?烴類氣體異常成因判別表(據(jù)文獻(xiàn)[15,19])

(3) 根據(jù)計(jì)算得出的異常下限圈定了4個AC1和4個AC2異常區(qū)。從C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)圖解可以看出, 酸解烴異常區(qū)可能表示深部的油氣屬性為凝析氣或油。

(4) 從酸解烴異常區(qū)的范圍、飽和烴指標(biāo)之間的吻合度以及異常區(qū)與構(gòu)造的對比關(guān)系來看, 異常區(qū)的分布與構(gòu)造關(guān)系密切, 因此, 下一步應(yīng)加強(qiáng)對AⅠ和AⅣ區(qū)域的研究。

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Geochemical anomaly and genetic type of acidolysis hydrocarbon in seabed sedimentsof Qikou sag and its adjacent regions in Bohai Bay Basin

ZHANG Nian-li1,2,3, LI Shuang-lin2,3*CHENG Ri-hui1, GONG Jian-ming2and WANG Jian-qiang2

1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun?130061, China; 2. Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao?266071, China; 3. Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao?266071, China

This study aims to find out the geochemical anomaly and genetic type of acidolysis hydrocarbon in seabed sediments in Qikou sag and its adjacent regions in Bohai Bay Basin, and to investigate the relationship between the geochemical-abnormal area and oil/gas in the deep and the influence of tectonic distribution on geochemical-anomaly distribution. Geochemical columnar core sampling was conducted at 100 stations in the study area and 100 groups of acidolysis hydrocarbon and 52 groups of carbon isotope data were acquired. The acidolysis hydrocarbon content at each sampling station shows the trend of variation in the order of methane > ethane > propane > butane > pentane, and the saturated hydrocarbon indices show obvious correlation among them (with determination coefficients being above 0.7), indicating that the components may originate from the same source. Analysis of the data shows that the hydrocarbon gas genetic types in the study area are generally thermogenic, indicating that contribution from microorganisms to saturated hydrocarbon is limited. In total 4 hydrocarbon acidolysis methane anomaly zones (AC1) and 4 hydrocarbon acidolysis ethane anomaly zones (AC2) were defined in the study area according to anomaly threshold by calculation, and the crossplot for C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4) for hydrocarbon indicates that the oil and gas in the abnormal areas in the deep structure is of the condensate type. The distribution of the geochemical abnormal areas was found to be closely related to extension of the tectonics, therefore, more research needs to be focused on AⅠand AⅣ areas.

Oil and gas properties; Anomalous characteristics; Acidolysis hydrocarbon; Qikou sag; Bohai Bay Basin

P593

A

0379-1726(2016)01-0077-10

2015-03-19;

2015-05-09;

2015-06-08

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201211060)

張念禮(1991–), 男, 碩士研究生, 礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。E-mail: zhangnl1991@163.com

LI Shuang-lin, E-mail: lishuanglin5335@hotmail.com; Tel: +86-532-80778389