南黄海中部海底沉积物饱和烃地球化学特征及物源判识

2012-08-20赵青芳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266071

石油天然气学报 2012年12期

赵青芳，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 266071 ）

董贺平，贺行良

张生银（中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州730000）

南黄海是一个典型的半封闭型陆架海，在大地构造上属于扬子板块，是一个中、古生界和中生界的叠合、复合盆地[1]，在构造格局上呈 “三隆两坳”的形态，即千里岩隆起、中部隆起、勿南沙隆起和北部坳陷、南部坳陷，是潜在的油气远景区[2]，油气资源主要来自南部坳陷和中部隆起南部[3]。就陆架浅海海域而言，海洋沉积物中有机质主要以陆源输入主，如黄河携带的大量陆源物质是渤海沉积物中的有机质的重要贡献者[4]。前人通过多种参数对南黄海沉积物中有机质来源进行了大量研究，分析结果显示，沉积物主要以陆源输入为主[5]，或陆源输入与海洋自身贡献相当[6]。在黄海海域中通过地质、地球物理法已识别出深部油气通过断裂、裂缝垂向运移至海底表面形成的油气微渗漏的证据[7]。通过地球化学手段研究得出南黄海北部海底沉积物有石油源有机质的混入迹象，可能与人类活动或海底油气渗漏有关。为了深入了解沉积物中有机质的物源问题，笔者对南黄海中部海底沉积物中饱和烃生物标志物特征进行研究，为沉积物中有机质的物质来源、沉积环境提供重要信息。

1 样品采集与分析方法

1.1 样品采集

研究所用的46个海底表层沉积物样品均来自南黄海中部海域的沉积物柱状样，其分布如图1所示。研究区水深70m左右，海底沉积物分布粒度较细，主要为粉砂质黏土。通过振动式取样器采集海底表层0～0.5m的柱状样品，采样过程对沉积物的扰动并不明显。样品经锡箔纸无污染包装，在－20℃的条件下冷冻保存，直至有机化学的测试分析。

1.2 分析方法

沉积物样品的气相色谱、GC－MS分析由长江大学有机地球化学教育部重点实验室完成。将粉碎的80目沉积物样品进行索氏抽提72h，加入铜片脱硫。浓缩后用正己烷沉淀沥青质，之后用柱色层析法，分别用正己烷、V（二氯甲烷）∶V（正己烷）＝2∶1混合溶液、甲醇洗脱分离得到饱和烃、芳烃和非烃组分。将饱和烃组分进行气相色谱（GC）、色谱－质谱（GC－MS）分析。1－十八烯和5α－雄甾烷分别用于饱和烃气相色谱、生物标志物绝对定量的内标物。

图1 研究区及取样位置图

分析仪器：GC在Agilent 6890N系统完成，PONA色谱柱规格为50m×0.2mm×0.3μm。GC－MS采用Agilent 6890N－5975IMSD，HP－5MS色谱柱规格为30m×0.25mm×0.25μm。分析测试流程依据GB/T 18606－2001。

2 结果与讨论

2.1 正构烷烃

现代沉积物、土壤和古代沉积物中几乎都含有正构烷烃，通过正构烷烃碳数的分布形态和主峰碳的高低可以有效地判识有机质的物质来源[8]。主峰碳同时受热成熟度的影响，有机质的热演化程度越高，正构烷烃主峰碳低，反之，主峰碳数则高。

研究区沉积物样品饱和烃气相色谱图表现为3种类型（图2），分别为中间型、后峰型和双峰型，以后峰型为主。后峰型以nC27和nC29最为丰富，说明该区有机质主要来源于陆源高等植物。双峰型中，前峰以nC17为主，后峰以nC27、nC29为主，说明研究区物源是以陆源高等植物蜡输入为主，并伴有少量的低等水生生物的贡献。中间型介于两者之间。色谱图中含有未知复杂化合物（UMM）组分，可能由于细菌的作用或石油污染的存在[9]。

图2 南黄海中部表层沉积物饱和烃色相色谱图

在未受污染的沉积物、土壤中，正构烷烃主要来源于受热力影响较小的生物质，奇偶优势明显。源于高等植物的类脂化合物，其正构烷烃通常在C10～C40范围内显示出奇数碳原子对偶数碳原子的强烈优势，其中nC27、nC29、nC31优势更为显著，CPI（碳优势指数）值范围为3～6，高者达10[10]。然而由热成因的烃类物质CPI值在1左右。该研究区CPI值普遍小于2，认为可能主要来源于石油渗漏烃类物质，其母质主要来源于陆源高等植物。而来源于海洋浮游藻类的低碳数的正构烷烃表现出明显的奇偶优势[20]。该研究区双峰型的前峰群中表现出以nC17为主峰碳的正态分布形态，未见明显的奇偶优势，推测来源于石油及其衍生物[10]。

2.2 类异戊二烯烃和环烷烃

Pr/nC17，Ph/nC18可用来追索有机质的母质类型、沉积环境和成熟度[11]，从图3中可以看出研究区表层沉积物中有机质主要在海相缺氧的还原环境下沉积，有机质处于热演化的早期阶段。Pr/Ph常用作沉积环境的有效指标参数之一，姥鲛烷（Pr）形成于较氧化环境，植烷（Ph）形成于较还原环境。Pr/Ph＞1，指示为氧化条件，Pr/Ph＜0.6，通常是代表缺氧的超盐度环境[24]。从Pr/Ph直方分布图4可见，南黄海中部表层沉积物在保存条件较好的还原环境下沉积的。

图3 表层沉积物中Pr/nC17与Ph/nC18相关图

图4 Pr/Ph值分布直方图

2.3 甾、萜烷

甾烷反映成熟度的参数有20S/（20S＋20R）－C29甾烷和ββ/ （ββ＋αα）－C29甾烷，研究区样品分析测试结果所对应的参数分布范围分别为0.36～0.49和0.21～0.49，二者均未达到生油高峰。从图5中可以看出：有机质的热演化程度处于低成熟－成熟阶段，主要分布于低成熟阶段。一般认为化石燃料、人为污染的有机质组成以正构烷烃低碳数为主，有机质热演化程度较高[9]，与研究区有机质特征存在差异，由此可以排除船舶漏油、重型工业、人文污染等作为该研究区沉积物有机质的主要来源。

甾烷保留了原始生物构型的母质特征，在C27、C28、C29规则甾烷的关系图中，南黄海中部表层沉积物大部分分布于三角图的Ⅳ区和Ⅴ区中（图6），以C29甾烷占优势，C27甾烷次之。由此进一步表明研究区有机质的母质组成是以陆生植物贡献为主[11]，并伴有藻类和浮游动植物的混合来源。