北黄海盆地中东部近表层沉积物顶空轻烃地球化学特征

董贺平 （中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛266100）国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071

李双林 （国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071）青岛海洋地质研究所，山东青岛266071

北黄海盆地中东部近表层沉积物顶空轻烃地球化学特征

董贺平 （中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛266100）国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071

李双林 （国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266071）青岛海洋地质研究所，山东青岛266071

通过北黄海盆地253个站位的顶空轻烃数据分析，对该盆地中东部地区的含油气特征进行了讨论。该区轻烃指标为非均匀－严重非均匀地化场，与其他含油气盆地相比，研究区属中等强度的地球化学场。高值主要分布在东部坳陷和中西部隆起区，经过数据预处理和趋势分析，东部坳陷区表现为CH4和C2H6以上重烃的高背景和高强度异常，中部坳陷为低背景和中等强度异常。综合油气地质条件分析认为东部坳陷含油气特征明显优于中部坳陷。轻烃CH4指标在研究区西南部受到沉积环境的一定影响，但其他区域异常反映了油气渗漏特征。趋势异常主要分布在构造边界断层位置，反映了烃类气体沿裂隙通道运移的特点。

顶空轻烃；地球化学；烃类渗漏；北黄海盆地

顶空轻烃技术是直接测试沉积物样品中提取出的油气垂向微运移渗漏的痕量游离烃类气体，不经过任何化学处理和改造，较为真实地反映了新近油气渗漏特征，是油气化探的直接指标。轻烃在向介质中运移时，必然要和介质进行物质和能量的交换［1］，表现为沿着一定的通道进行垂向运移［2］，并最终在气相和凝固相（液相或固相）之间达到物质和能量的分配平衡［3］。检测自由状态的轻烃在运移过程中于周围环境中留下的“印迹”［4］，可以判断盆地或油气藏的含油气性质。前期研究［5］对北黄海盆地沉积物中烃类气体、芳烃和稠环芳烃特征进行了分析，并划分了4个地球化学场分区。笔者通过详细分析顶空轻烃数据及化学场分布特征，对区域地球化学场的影响因素进行了研究。

1 地质条件概况

研究区位于北黄海盆地中东部。北黄海盆地是在中－朝克拉通基底之上形成的中、新生代沉积盆地。盆地断裂构造发育，控盆、控坳断裂主要形成于晚侏罗世、早白垩世和始新世，主要有EW－NE向、NW向和NNE向3组断裂［6］，将研究区分为东部坳陷、中央隆起、中部坳陷和中西部隆起。研究区油气富集的主要地质因素包括：①晚侏罗世初始裂陷－早白垩世热沉降－晚白垩世抬升剥蚀阶段［7，8］，发育河流－湖泊沉积体系，东部坳陷中生界厚200～4800m，中部坳陷中生界厚度0～3000m。上侏罗统黑色泥岩为主要烃源岩，下白垩统暗色泥岩为次要烃源岩。该阶段发育的扇三角洲、三角洲、滨湖相砂岩等为主要储层［9，10］。②喜山运动形成的区域挤压型褶皱等多种局部构造成为油气聚集的有利场所。③始新世断陷－晚渐新世和早中新世挤压抬升－新近纪热沉降阶段，发育冲积平原－湖泊沉积体系［7，8］，东部坳陷新生界厚3000～4700m，中部坳陷新生界厚度100～5900m。始新统泥岩为主要烃源岩，始新统扇三角洲、冲积扇、滨湖相砂岩为储层［9，10］。

研究区东部坳陷有15口朝鲜钻井，并在中生代地层中发现了油气流，其中3口井见良好的油气显示，并伴有少量的天然气，2口井见工业油流，充分显示了中生界良好的勘探前景［11］。

2 样品采集与分析

研究区顶空轻烃站位按均匀面积法布点，数量为253个，站位间距约为8km。样品采集深度在海底表面以下1.0～3.0m。现场将样品装入盛有饱和盐水的容器中并倒置保存、放置。样品由原中国新星石油公司实验地质研究院实验室进行测试。先将样品加热到40℃，使赋存在样品中的气体逸出并达到平衡后，抽取100ml气体样品注入气相色谱仪检测，测试仪器采用美国PE公司Auto System XL型气象色谱仪，测定范围（以CH4计）≥0.1μl／L。共检测出C1～C5数据约800个。

由于研究站位间距较大，所以需要以盆地背景为基础圈定区域异常，异常控制范围大，主要反映了北黄海盆地区域含油气特征，属于宏观异常范畴，不是具体油气藏的反映。

3 结果与分析

3.1 顶空轻烃原始数据特征

对顶空轻烃气体指标进行了统计（表1）。区域地化场特征的描述参数采用平均值和变异系数。场的均匀程度是一个相对的概念，定性描述判定标准采用：变异系数＜1为均匀场，1＜变异系数＜2为非均匀场，＞2为严重非均匀场。

表1 研究区地球化学指标数据特征

研究区CH4、C2H6、C3H8都有检出，但C4H10和C5H12大部分未检出，烃类含量变化顺序符合CH4＞C2H6＞C3H8。烃类含量离散性大，存在特高值，CH4最大值为最小值的400多倍，C2H6和C3H8最大值分别为最小值的1000和7000多倍。从地化场特征来看，顶空轻烃CH4为非均匀场，C2H6和C3H8为严重非均匀场。各指标都呈单峰态、正偏态，偏度较大（图1（a）），反映主要受单一母体控制，在此基础上的异常较为可靠。标准化CH4和C2H6以上重烃数据符合对数正态分布特征（图1（b）），CH4对数值的标准偏差为1.06，C2H6以上重烃对数值标准偏差为1.0。

与我国其他几个盆地游离烃类气体含量相比（表2），研究区顶空轻烃指标丰度中等，反映研究区为中等强度的地球化学场。

表2 我国几个盆地游离烃类气体含量

图1 C2H6以上重烃原始数据（a）及标准化后取自然对数数据（b）分布直方图

3.2 指标分布特征

顶空轻烃指标高值点区主要分布在东部坳陷和中西部隆起区（图2）。东部坳陷CH4和C2H6以上重烃都出现高值区，且研究范围内大多数高值都分布在该区，高值范围由20多个站位组成，其余为单点高值，高值站位主要分布在坳陷边界附近。中西部隆起区CH4高值分布面积较大，由50多个站位组成，呈马鞍状分布；C2H6以上重烃在该区则无高值点。中部坳陷内仅有几个高值点，且零星分布在构造边界部位附近。

图2 顶空轻烃CH4（a）、C2H6以上重烃（b）原始数据平面分布特征

3.3 异常的确定和分布特征

由于顶空轻烃指标都为非均匀及严重非均匀地化场，所以首先将数据进行标准化，消除变量间的量纲关系，从而使数据具有可比性。标准化采用的是Z标准化法，均值为0，方差为1。然后对数据进行9点圆滑预处理。

由于普查区范围大，可能存在多个沉积环境和物源区，研究区的背景为一个变化的规则曲面，所以在普查区采用趋势面分析的方法确定趋势背景和剩余。该次趋势面分析采用的趋势次数为4次、趋势拟合度为0.65。

根据以上处理后CH4和C2H6以上重烃的趋势背景和剩余异常（图3）形态比较清晰。CH4高背景区主要位于中西部隆起区和东部坳陷区，中西部高背景区范围较大，其上异常属于中等强度异常，东部凹陷高背景区相对较小，其上异常为高强度异常。C2H6以上重烃高背景区位于东部坳陷，其上异常为高强度异常，在中西部隆起区既无高背景区也缺失剩余异常。中部坳陷区CH4和C2H6以上重烃为非高背景，剩余异常也为低强度异常，异常范围主要分布在构造边界位置。

图3 经标准化及9点圆滑后CH4（a）和C2H6以上重烃（b）4阶趋势背景与剩余异常平面分布

4 讨 论

1）空轻烃CH4指标受到沉积环境的一定影响，但不是主控因素。顶空轻烃C2H6以上重烃不受沉积环境影响。

顶空轻烃样品位置处的沉积物岩性自西南部向东部由细粒的泥质粉砂岩变化为粗粒的砂岩（图4），反映了东部以潮流砂岩沉积为主、西南部以潮流涡旋泥质沉积为主的沉积环境［15］。细粒沉积区CH4含量背景高且有异常，经47个站位CH4含量与粉砂含量相关分析，二者相关系数达到0.317，在0.05的置信度时相关度较为显著，说明CH4指标受到沉积环境的影响。但是全区范围内二者相关性仅为0.093，为非相关，所以从全区来看沉积环境又非主控因素，即CH4指标除西南部以外反映了油气渗漏特征。

C2H6以上重烃异常分布范围处于粗粒沉积区，细粒沉积区反而无异常，说明重烃分布不受岩性控制，反映了盆地油气特征，而且其异常范围与CH4异常范围（除西南部）高度符合，说明异常可信度较高。

图4 研究区顶空轻烃样品位置岩性分布图

2）空轻烃指标在不同构造单元表现出强度和异常离散程度有一定的差异。CH4与C2H6以上重烃综合异常在东部坳陷相比其他构造单元更为集中，且范围较大，有27个站位出现异常，异常强度更高，虽然离散性较大，但仍属于高强度地化背景区。中部坳陷有20个站位出现综合异常，且为低异常，属于低强度地化背景区。

北黄海东部坳陷上侏罗统烃源岩厚度大（800～1200m），中等丰度Ⅱ1型有机质，大部分处于成熟－高成熟阶段，生烃潜力较好；下白垩统源岩厚度薄（100～275m），大多尚未成熟，生烃潜力低；古近系靠近东部坳陷东部生烃潜力较好［16］。中部坳陷上侏罗统以浅湖相为主，沉积环境对烃源岩发育不利，总体上生烃潜力不如东部坳陷［11］。

该次轻烃指标研究也反映了这种特征。研究区位于东部坳陷的西部，表现为高地化背景和高异常，而且东坳西部油气资源潜力不如东部坳陷中、东部［17］，综合分析表明东部坳陷含油气性明显好于中部坳陷（低地化背景和低异常）。

3）空轻烃指标异常体现了油气以断裂为通道向上运移的特点。无论CH4还是C2H6以上重烃指标，趋势剩余异常都分布在构造边界断层附近（图3）。这可能反映了该区因盖层较厚、封堵性较好、油源埋藏较深等原因，轻烃主要通过各种裂隙通道运移的特点，在表层形成条带或环状（半环状）异常。

5 结 论

1）通过对北黄海盆地中东部顶空轻烃类地球化学指标分析，指出东部坳陷CH4及C2H6以上重烃趋势背景和异常符合度较好，可信度高；中部坳陷属于低背景和低强度异常区。综合油气地质条件分析认为，东部坳陷油气资源潜力优于中部坳陷等其他构造区。

2）轻烃CH4指标在研究区西南部受到沉积环境的一定影响，但其他区域异常反映了油气渗漏特征。趋势异常主要分布在构造边界断层位置，反映了烃类气体沿裂隙通道运移的特点。

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

［2］李广之，胡斌，邓天龙，等.不同赋存状态轻烃的分析技术及石油地质意义［J］.天然气地球科学，2007，18（1）：111～116.

［3］李广之.轻烃地球化学场的形成与特征［J］.石油与天然气地质，1999，20（1）：66～69.

［4］刘虎威.气相色谱方法及应用［M］.北京：化学工业出版社，2000.

［5］李双林，董贺平，赵青芳，等.北黄海盆地烃类地球化学场与综合异常分区［J］.海洋地质与第四纪地质，2010，30（5）：91～99.

［6］谬九军，李广之，吴向华，等.静态顶空气分析技术在油气化探中的应用［J］.物探与化探，2003，27（4）：255～258.

［7］李文勇，李东旭，王后金.北黄海盆地构造几何学研究新进展［J］.地质力学学报，2006，12（1）：12～22.

［8］李文勇，王嘹亮，王后金，等.北黄海中、新生代盆地的原型性质［J］.南海地质研究，2006，（1）：59～70.

［9］陈亮，金庆焕，刘振胡，等.太阳盆地中新生代断裂特征及成因机制［J］.海洋地质与第四纪地质，2008，28（2）：53～60.

［10］刘振湖，高红芳，胡小强，等.北黄海盆地东部坳陷中生界含油气系统研究［J］.中国海上油气，2007，19（4）：229～233.

［11］陈玲，白志琳，李文勇.北黄海盆地中新生代沉积坳陷特征及其油气勘探方向［J］.石油物探，2006，45（3）：319～323.

［12］张莉，周文章，王嘹亮，等.北黄海盆地生烃条件研究［J］.天然气工业，2009，29（1）：21～25.

［13］刘崇禧，赵克斌，余刘应，等.中国油气化探40年［M］.北京：地质出版社，2001.82～160.

［14］蒋涛，荣发准，陈浙春，等.民和盆地和松辽盆地化探工区顶空气指标数据特征对比和分析［J］.天然气地球科学，2007，18（5）：760～763.

［15］张建培，须雪豪.东海海礁凸起地球化学特征及含油气性分析［J］.海洋石油，2001，21（2）：1～6.

［16］李广雪，刘勇，杨子赓.中国东部陆架沉积环境对末次冰盛期以来海面阶段性上升的影响［J］.海洋地质与第四纪地质，2009，29（4）：13～19.

［17］王辉，林小云，肖国林.北黄海盆地东部坳陷成藏要素及其作用研究［J］.石油天然气学报，2008，30（6）：203～206.

［编辑］ 宋换新

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

国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室资助项目（MRE201121）。

董贺平（1972－），男，1996年中国地质大学（武汉）毕业，副研究员，博士生，现主要从事油气地球化学方面的研究工作。