南黄海中部隆起区海底沉积物三维荧光特征及其油气指示意义

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

赵青芳，王 蛟

表面油气地球化学是通过检测表层土壤中与烃类物质有关的直接和间接指标含量、确定指标的空间分布形态、分析指标的异常属性，结合地质地球物理对研究区的地质认识，建立近地表烃类渗漏与地下油气的生成－运聚之间的关系，达到评价区域烃源岩或者确定远景区的基本目的。近年来，我国开展了海域含油气盆地的近地表油气地球化学调查工作，选择的测试指标主要为酸解烃、热释烃、顶空轻烃、蚀变碳酸盐、甲烷碳同位素、荧光光谱、紫外荧光光谱、全扫描三维荧光光谱等。前5项指标主要是针对饱和烃中烷烃的检测技术，对该部分进行探讨的文章较为丰富；后3项则是针对不饱和烃中芳香烃的检测技术，主要应用于油田油源对比及油气属性判别中[1～3]，在油气化探中的应用近年报道较少。

全扫描荧光光谱 （TSF）用于检测含有一个或多个芳香环的有机组分。渗漏油气因为含有一个或多个芳香环和乙醇族等油气相关的组分，所以具有与众不同的荧光指纹。用波长250～500nm的光以10nm为间隔照射沉积物，记录每个激发波长下的发射荧光光谱，形成三维图谱和等值线图[4]。该方法是确定化探异常、判别异常属性、抑制干扰及晕源对比的有效手段。

三维荧光技术在表层油气地球化学调查中的应用，主要集中在对方法的探讨及油气综合异常属性判别[2，5]。研究表明，高分子量烃在海洋油气化探中具有突出的作用，对油气渗漏识别和源区对比具有重要意义。通过对南黄海海底沉积物正构烷烃、萜烷、甾烷地球化学特征分析，及对有机质输入、成熟度和沉积环境的探讨，显示有石油源有机质混入的迹象[6]。该次研究主要是分析南黄海盆地中部隆起及其附近海底近表层沉积物中三维荧光特征，结合其他地球化学测试指标，对其所指示的油气信息进行探讨。

1 区域地质概况

南黄海盆地及苏北盆地作为下扬子克拉通的主体，自印支期在郯庐断裂带左旋走滑作用下，向北俯冲与中朝板块碰撞，结束了晚震旦世－早三叠世海相沉积盆地的演化历史 （图1）。中生代，印支－燕山运动改造了准地台沉积。白垩世晚期－古新世末发育以中部隆起为隔的两侧断陷盆地。因此，南黄海盆地是由古、中、新生界叠覆而成的一个大型叠合盆地，包括千里岩隆起、北部坳陷、中部隆起、南部坳陷、勿南沙隆起5个一级构造单元。

研究区位于南黄海盆地北部坳陷南部、中部隆起及南部坳陷北部斜坡区。研究区中部隆起为早古生代主要的坳陷发育区，断裂不发育，地层较为平缓，由海陆对比推测可能广泛分布震旦系、寒武系－志留系、泥盆系－二叠系下统，基本缺失二叠系上统－古近系[7，8]。古生代海相地层发育3套区域性烃源岩，分别为震旦系上统、下寒武统幕府山组 （∈1m）、下志留统高家边组 （S1g）碳酸盐岩[9]。

南黄海盆地北部凹陷和南部坳陷是盆地内上白垩统－古近系沉积厚度大的区域，北部最大厚度达7000m，南部达6500m。中新生代烃源岩为上白垩统泰州组和古新统阜宁组暗色泥岩，都已达到成熟，个别区域为过成熟。

图1 研究区位置及主要构造单元图 （据文献 [7]，有修改）

2 样品采集与分析

为排除表层生物活动、现代沉积环境及人类活动的干扰，该次研究选择地表下1.0～1.5m层段的样品进行分析测试。全扫描荧光光谱分析由中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所实验研究中心完成，检测依据为SY/T6009.8－2003，使用的检测仪器为LS55荧光光谱仪。

3 结果与分析

3.1 荧光光谱特征

研究共计分析样品497件，其中有效数据为462件，缺失数据35件。研究区典型荧光光谱特征如图2所示。主峰激发波长 （λex）除一个样品为218nm外其余全部为230nm，发射波长 （λem）介于337.5～348nm。次峰激发波长除2个样品为230nm外其余介于248～260nm，发射波长对应以上2个样品为343.5nm， 其 余 介 于357～361.5nm。

图2 典型三维荧光立体图谱特征

主峰荧光强度 （F1）介于56.8～1003.6之间 （表1），75%累计频率对应的F1值为639.4，该值在F1频率分布直方图上表现为明显的数据分界点。F1标准差为253.1，表明该值离散性大，变异系数大于1，在数据应用时可先标准化。次峰荧光强度 （F2）的值与此基本一致，在F1－F2图版上，二者基本呈直线分布。

R1值代表激发波长λex在270nm时，发射波长λem在360nm处荧光强度与在320nm处荧光强度的比值，能够指示油气潜力。主峰陡度 （K）反映主峰随波长的漂移，除一个样品为0.21外，其余为0.6～0.94。当F1值处于400以下时，K值与F1值有一定的拟合关系，其随F1值增加而增加，K＝0.00014×F1＋0.7。以上2个指标比较稳定，说明其基本呈正态分布，符合数据分析的要求。

表1 研究区三维荧光分析主要参数统计表

3.2 最大荧光强度异常的确定与空间分布特征

确定近地表烃类检测的背景和异常是非常复杂的。异常群体定义为一些样品的总烃含量远远高于建立的背景值。Brooks等[10]根据印度尼西亚海上11个盆地地化数据分析并绘制图版，认为全扫描荧光光谱最大荧光强度 （MFI）大于10000单位才具有热成因烃渗漏的可能，而Abrams[11]的研究表明，MFI值小于20000单位时属于背景，大于50000单位时属于异常，二者之间属于背景和异常的过渡。可见由于采用的仪器和测试的沉积物量的不同，MFI值没有可比性，因此，要确定是否存在烃类渗漏异常，应根据实际情况分析，上述指标含量只是参考。

图解数据分析方法对评价样品分布、帮助确定多组群体等方面提供了简便、直观的方法。最普遍的图解方法是频率直方图。主峰荧光强度 （F1）数据进行标准化后基本遵循正态分布 （图3），其偏度为0.31，表明总体上异常强度并不高，但从异常分布形态及数据总体分布特征上可以将主峰荧光强度标准值（F1标）异常下限定为1.5。F1标≥1.5的样品为39个，占总样品数的8.4%，该比例与TDI－Brooks国际公司在全球范围内确定的油气渗漏异常样品约占总体样品8%的结果基本一致[10]。

根据F1标异常下限定为1.5确定的异常分布形态如图4所示。可以识别出2个高置信度异常区及1个低置信度异常区 （图4）。高置信度异常区ⅠA位于研究区中上部，跨中部隆起、北坳南部凹陷及西南凸起东侧。区内异常样品数为22个，异常分布较为集中，异常区面积较大。

图3 三维荧光最大荧光强度标准化频率直方图

图4 最大荧光强度异常分布特征

高置信度异常区ⅠB位于研究区西南角，异常呈横向分布，异常较为集中，但分布面积较小，异常样品数为3个。低置信度异常区Ⅱ跨南坳北部斜坡及中部隆起，与北部的ⅠA异常区接近，区内异常样品数为11个，异常分布较为分散，但异常面积较大。值得注意的是2个高置信度异常区全都位于研究区的北部边缘位置，受研究区之限，异常形态并不完整。F2指标的异常形态与此相似。

Bernard等[10]使用w （T）/w （D） （热成因烃/成岩作用来源的烃指标） （w （T）/w （D）＝[ΣnCn－ （C27＋C29＋C31＋C33）]/ （C27＋C29＋C31＋C33））评价样品中存在的新渗漏油气。其依据为在以植物蜡为主要成分的沉积物中奇碳数正构烷烃nC27、nC29、nC31、nC33占优势，这可以认为是成岩来源烷烃的指标，高w （T）/w （D）值可能指示了热成因渗漏烃的存在。对该次检测的146个气相色谱样品数据进行分析，做出MFI与w （T）/w（D）标准图版 （图5）。根据w （T）/w （D）高值站位的分布形态，该次选择了w （T）/w （D）＞2作为异常下限，即虽然这些样品的最大荧光强度标准化值＜1.5，但相信其仍然具有热成因渗漏烃的信息。据此分析在空间的分布形式，可见此类站位同样主要分布在ⅠA与Ⅱ区 （图4），并且有将两区互相连接的趋势。虽然此次气相色谱分析的站位占全部站位的30%左右，但与由最大荧光强度确定的异常区互为印证，更加说明了3个异常区的可信度较高。

图5 MFI－w （T）/w （D）标准图版确定具有热成因渗漏烃样品信息

4 讨 论

4.1 油气渗漏水平的判断

衡量油气渗漏的量值和水平 （微渗漏、宏渗漏）的三维荧光参数为最大荧光强度。如前所述TDIBrooks公司与Abrams对MFI的下限划分是不同的，这是因为最大荧光强度受到仪器类型和稀释因子等因素的影响。宏渗漏经常是指大量的运移烃，一般为可见的，与达西流体有关。微渗漏是不可见，但可检测。据此，并考虑到研究区MFI值普遍小于1000单位，比Cole等[12]所确定的墨西哥湾低置信度样品MFI值还要低，所以确定研究区渗漏水平属于微渗漏。

4.2 油气渗漏类型的判断

含热成因烃的样品三维荧光光谱最大荧光强度MFI一般出现在激发波长为280～330nm、发射波长为380～400nm的范围内，而含新近有机质的样品最大荧光强度出现在激发波长大于330nm、发射波长大于400nm的范围内[11]。研究区主峰最大荧光强度绝大多数出现在激发波长为230nm，发射波长为339～347nm的范围内，显然不属于新近有机质范围，而与芳烃标准物质荧光光谱分析的二环芳烃荧光光谱峰处于230、342nm的特征是一致的[1，3]，表明沉积物中芳烃以二环萘系为主。次强峰出现在260nm、357～360nm，则说明沉积物中芳烃次含量为三环菲和蒽及其衍生物。

该次研究也对表层沉积物芳烃气相色谱－质谱进行了分析。结果表明芳烃种类从二环到五环芳烃均有分布，其中五环芳烃的苝含量最高，其次为菲 （三环）、萤蒽和芘 （四环），萘 （二环）系含量最低。苝指示了陆源高等有机质快速堆积和还原环境，由于苝单分子发射波长为500～600nm，所以在该次三维荧光光谱分析中没有显示。至于为何表层沉积物中色质分析与1.0～1.5m深处三维荧光分析中三环、四环芳烃含量与二环芳烃含量的相对变化不同，可能是分析测试指标的不同引起，更可能是测试深度的不同引起，或者其他未知原因。

多个研究利用了三维荧光强度、峰值出现情况、以及K和R1值范围来判断原油及有关样品荧光指纹图形状和油性质。研究区内样品多出现T1和T2峰，仅一个样品存在T3峰。对3个异常区内异常站位进行K－R 图版（图6）分析可以看出，ⅠA异常区有8个样品具有油气属性，其中轻质油有2个站位，其余6个为样品为凝析油；ⅠB异常区有1个凝析油属性的样品；Ⅱ区仅有1个轻质油属性的样品。总体分析，3个异常区内10个具有油气属性的样品中，7个为凝析油，3个为轻质油，说明Ⅰ类异常区以凝析油为主，Ⅱ类异常区以轻质油为主。值得注意的是通过K－R图版判断油气属性的标准制定，主要是通过总结原油样品三维荧光光谱特征后设定的，对松散沉积物样品中热成因烃三维荧光光谱特征判断油气属性的分析还是空白，这有待于在油气渗漏已知区进行深入对比研究。

图6 K－R图版判断异常区的油气性质

4.3 三维荧光特征的油气指示意义

萘系列是原油芳烃的最主要组分，菲系列含量次之。从研究区三维荧光激发波长/发射波长特征判断，沉积物中芳烃指示的是原油信息；从K－R图版分析油质以凝析油为主，轻质油次之。这有可能反映了深部的油气信息。

通过研究中部隆起获得的地震反射，结合钻遇二叠系的南部坳陷无锡5st－1井和勿南沙隆起常州35－2－1井的地质资料，推测中部隆起区中－古生界缺失上二叠系龙潭组 （P2l）至白垩系地层[9]，同时缺失古近系地层。这样在中部隆起区烃源岩主要为下古生界碳酸盐岩，如上震旦统、下寒武统、奥陶系等，推测烃源岩品质较好，有机质类型以Ⅰ－Ⅱ型为主[13]。在志留纪时达生烃高峰，石炭纪－三叠纪时已过成熟[14]。虽然印支运动时期前烃源岩演化程度较高，但在镜质体反射率Ro值处于1.6%～2.0%时，仍具有较大的生烃潜力。所以∈1m和S1g仍具有一定的生烃量。中部隆起区具有找到下古生界来源的气藏的可能性。当然也不排除外源烃源岩 （例如下二叠统烃源岩）二次生烃运移至隆起区的可能性，因为在勿南沙隆起上常州35－2－1井异常烃源岩参数说明了 “运移烃”的存在[15]。

南黄海北部坳陷现有钻井虽未钻遇中生界以下地层，但推测存在下二叠统栖霞组 （P1x）、孤峰组（P1g），上二叠统龙潭组 （P2l）、大隆组 （P2d）烃源岩，有机质类型以Ⅱ型和Ⅲ型为主。古生界烃源岩有机质热演化程度较高，上古生界烃源岩基本处于生油阶段晚期。上古生界烃源岩一般在三叠纪－中侏罗世达到一次生烃，其后受到印支－燕山运动的影响抬升剥蚀而暂停生烃，随后在盆地晚期深埋过程中，出现新生代晚期的二次生烃[16]，例如盐城凹陷朱家墩气田和黄桥CO2气田伴生海相油气藏都是海相烃源岩晚期成烃的典型代表，此类油气藏以天然气和轻质油为主。北部坳陷还存在上白垩统泰州组 （K2t）及始新统阜宁组 （E1f）中上部暗色泥岩段。K2t烃源岩有机碳质量分数为0.2%～2.12%，氯仿沥青“A”质量分数达0.16%，生烃潜力 （S1＋S2）质量分数为3.32mg/g，有机质以Ⅱ1型为主，三垛组（Es）－今K2t沉积期烃源岩进入生排烃高峰期，ZC1－2－1井在K2t泥岩岩心中见裂隙油显示[17]。E1f中上部为低成熟或未成熟、质量较差－中等的烃源岩。

综合以上研究区烃源岩类型及发育史可知，中部隆起以发现气藏为主，不排除有运移烃的存在；北部坳陷中－古生界以发现轻质油藏、气藏为主，新生界以发现油藏为主。这与研究区三维荧光特征判断的以凝析油和轻质油为主的油气信息基本相符，说明该方法能部分地反映深部油气类型信息，且以轻质、倾气型为主，这也与南黄海盆地北部坳陷内其他油气地化指标分析认为气藏的可能性较大的结论基本一致。但对北部坳陷新生代成熟烃源岩生排烃的反映不够明显，这也可能是造成三维荧光与气相色谱－质谱数据分析结论有所矛盾的原因。

5 结 论

1）研究区最大荧光强度介于56.8～1003.6之间，出现在激发波长/发射波长为230nm/337.5～348nm的范围内，次峰出现在248～260nm与357～361.5nm之间。主峰陡度K为0.21～0.94，生烃潜力指标R1介于1.44～8.05。

2）通过频率直方图法确定最大荧光强度标准化异常下限值为1.5，并据此识别出了研究区内2个高置信度异常区及1个低置信度异常区。高置信度异常区ⅠA跨中部隆起、北坳南部凹陷及西南凸起东侧，分布面积较大。ⅠB位于研究区西南角，异常较为集中但分布面积较小。低置信度异常区Ⅱ区跨南坳北部斜坡及中部隆起，与ⅠA异常区接近，分布分散但异常面积较大。据w （T）/w （D）比值高于2确定的异常范围与由最大荧光强度确定的异常区可互为印证。

3）研究区油气渗漏水平属于微渗漏。主峰及次峰荧光强度最大值出现的波长范围表明沉积物中芳烃以萘系为主，次含量为菲和蒽及其衍生物。利用三维荧光强度、峰值出现情况、以及K－R值范围判断异常区内有10个站位表现出异常属性，其中7个为凝析油，3个为轻质油。通过分析中部隆起和北部坳陷烃源岩特征，表明三维荧光分析方法能部分地反映深部油气类型信息。

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