南黄海盆地北部坳陷海底烃类渗漏与深部油气属性

王建强，李双林，孙　晶，董贺平，赵青芳

（1.国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室，山东青岛266071；2.青岛海洋地质研究所，山东青岛266071）

南黄海盆地北部坳陷海底烃类渗漏与深部油气属性

王建强1，2，李双林1，2，孙晶1，2，董贺平1，2，赵青芳1，2

（1.国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室，山东青岛266071；2.青岛海洋地质研究所，山东青岛266071）

采用侧扫声纳和高分辨率地震方法，对南黄海盆地北部坳陷海底烃类渗漏地球物理特征进行分析，发现了与海底烃类渗漏有关的声学特征（麻坑及海底圆丘增强反射及柱状扰动等）。通过对南黄海盆地北部坳陷烃类渗漏区酸解烃的分析，认为烃类气体主要属于热成因气类型。海底地层中发育的接近或直达海底的断层为烃类渗漏提供了运移通道和路径，海底浅表层气体的聚集和渗漏是深部地层中孔隙流体向上运移的结果。

海底烃类渗漏；声学特征；热成因气；南黄海盆地

0　引言

在海洋环境，尤其是近海陆架海底，烃类渗漏是广泛存在的自然现象。海底渗漏是浅部气源（主要为生物成因）或深部气源（主要为热成因）在浮力作用下沿通道（沉积层中的孔隙、断层面或泥火山口等）溢出海底的过程［1］。目前，世界许多海域的海底均已发现存在烃类渗漏现象，表明深部存在油气藏及其活跃的含油气系统，是油气生、运、聚、散的重要标志和直接指示，意味着烃类渗漏区域是油气运移、聚集成藏与散失破坏活跃的地区。陆地上，烃类渗漏是沿断裂体系运移至地表形成容易观测的液态烃类，而海底广泛且长期的扰动导致海底烃类渗漏形成海底麻坑，它是深部烃类渗漏最普遍的识别证据。据文献［1］报道，国外于20世纪50年代有学者先后在墨西哥湾、南美洲大陆边缘及澳大利亚近海海域等地区对海底烃类渗漏进行了研究。近年来，国内也有学者在南海北部海域、东海冲绳海槽及南黄海北部等地区开展海底烃渗漏研究［2-8］。

从浅部或深部渗漏到海底的烃类改变了海底沉积物的物理特性，地层中含有的气体能够明显地影响沉积物的声学特征，造成其纵、横波速度减小、吸收增加及声散射增强［3-6］。目前，海底烃类渗漏研究常采用声纳地形地貌探测、地震探测、地球化学分析与海底摄像取样等多学科多方法综合研究。在诸多方法中，地球物理方法为间接手段，可为海底取样并证实渗漏提供依据。

南黄海盆地已有大量的浅地层剖面、二维地震勘探资料及地球化学样品，笔者主要利用采集的多道二维地震数据和海底浅地表地球化学样品测试数据，对南黄海盆地北部坳陷开展海底烃类渗漏特征研究，识别海底烃类渗漏声学特征及渗漏区烃类属性，以期为南黄海盆地油气勘探提供依据。

1　地质背景

南黄海盆地横亘于中国东部四大构造单元（华北地台、秦岭-大别造山带、扬子地台和华南褶皱带）交会部，是下扬子地台的主体，在前震旦系变质岩基底上叠覆了古生代及中生代海相残留盆地，印支运动晚期伴随着郯庐断裂的走滑和扬子地台与华北地台的碰撞形成了南黄海盆地，并接受了中生代及新生代陆相沉积［9］。扬子板块与华北板块从早三叠世开始沿大别-胶南造山带发生陆—陆碰撞，到三叠纪末完成陆—陆碰撞进入陆内俯冲阶段，在造山带的两侧形成盆地（图1）。印支期挤压抬升，不仅在中生界及古生界内幕形成了许多古隆起、潜山和背斜构造，而且不同程度地剥蚀或断层切割使其结构更加复杂化。构造和储集条件的有机结合是油气聚集的必备条件，而坳陷烃源岩的发育程度和盖层的封堵性能也是勘探获得油气的前提和保证。

图1　南黄海盆地北部坳陷研究区位置Fig.1　The location of the northern depression in the South Yellow Sea Basin

南黄海盆地主要划分为千里岩隆起、北部坳陷、中部隆起和勿南沙隆起，断层以东西向为主，其不仅控制着盆地内部的构造格局，而且对圈闭的发育及油气的聚集均起着重要作用［10-12］。北部坳陷可以划分为北部凹陷、西部凸起、中部凹陷、南部凸起、西部凹陷和南部凹陷等三级构造单元［13-14］（参见图1）。

晚白垩世晚期—始新世末，北部坳陷发育2期明显的湖泊相沉积，存在2套烃源岩，主要分布于上白垩统泰州组（K2t）及始新统阜宁组（E2f）中上部。ZC1-2-1井在始新统戴南组（E2d）测井解释存在油层和油水同层，说明上白垩统泰州组已生油，并发生运移，为有效烃源岩［14-15］。烃类的生成、运移及聚集过程，显示该坳陷具有良好的油气勘探前景。

2　海底烃类渗漏特征

海底烃类渗漏可以通过地球物理和地球化学方法进行识别。地球物理方法主要利用海底烃类在向上渗漏过程中对地层声学性质的改变，在地震剖面上可形成各种指示烃类渗漏的地球物理标志来进行。海洋地球化学方法通过取样，并进行分析测试、异常提取及成因类型识别，最后确定海底烃类渗漏异常区，它将海底表面渗漏与深部含油气系统结合起来，从烃类生成、运移和演化入手，揭示含油气系统信息。

2.1地球物理特征

2.1.1侧扫声纳特征

烃类渗漏可引起海底局部沉积物的重新分布，并改变海底微地貌形态，使海底声波阻抗增加，并在侧扫声纳图像上显示增强的逆向散射，由此可识别出一系列的海底表面特征，如海底隆丘、海底麻坑构造、海底表面断层和碳酸盐结核分布区等。

南黄海盆地北部坳陷海底地形平坦，水深为50～60 m。2007年，青岛海洋地质研究所采用EdgeTech 4200-FS侧扫声纳系统对该区块海底进行扫描测量，工作频率为120 kHz，脉冲长度为20 m，单侧扫描量程为400m，在高精度模式下拖曳速度为5km/h，横向分辨率约0.08 m，纵向分辨率为0.5～2.5 m。图2为通过侧扫声纳调查识别出的海底圆丘和海底麻坑，其中较大的海底圆丘跨度达1 600 m，最大凸起高度约为6 m；海底麻坑大体呈南北向展布，形态及大小均不相同，平面尺寸一般几米到几十米，个别呈条带状延伸，长度可达数百米。这些特征均显示其可能与海底烃类渗漏有关。

图2　海底烃类渗漏在海底浅表层声学特征（据文献［5］修改）Fig.2　The acoustic characteristics of hydrocarbon seepage at the surface of seabed

2.1.2地震剖面特征

利用研究区获取的高分辨率二维地震剖面，可识别出与气体运移、聚集及渗漏有关的地震反射特征，主要包括增强反射与柱状扰动等。

海底烃类渗漏在地震剖面上的特征并不是孤立存在的，多数情况下各种渗漏特征之间关系密切，体现了深部和浅表层为统一的渗漏系统。根据该区域地质柱状取样测试结果分析，沿地震剖面截取的甲烷含量剖面图（图3）可以看出，深部断裂分布区域有很高的甲烷含量，高异常的出现可能与海底烃类沿着断裂运移到浅表层聚集，并形成高异常区有关［图3（a）］。增强反射通常代表气体在粉砂岩和砂岩地层中聚集，使地震剖面出现浊积反射，呈连续强振幅特征［图3（b）］。

柱状扰动是指正常的地震反射层序由于孔隙流体（气体）向上运移受到扰动或破坏所呈现的垂向反射特征。

图3　甲烷含量剖面（a）及地震剖面响应（b）Fig.3　Methane content section（a）and seismic response section（b）

2.2地球化学特征

在海底烃类渗漏中，烃类气体易沿深部断裂与裂缝等运移通道向上运移，并聚集到海底浅表层，形成明显的海底烃类渗漏异常区。在海洋油气地球化学勘查中，根据海底浅表层沉积物中烃类组分异常来识别海底烃类渗漏是当前普遍采用的方法之一，其中以吸附态存在的酸解烃类指标一直是油气地球化学勘查的重要指标。

甲烷是迁移能力最强、最活跃的烃类组分，在海底渗漏中甲烷最容易到达海底浅表层并形成异常。甲烷也最容易受到海底浅表层生物化学活动的干扰，一方面其在海底浅表层可以因氧化等作用而消耗，另一方面也可以因生物活动而产生大量的生物成因甲烷。相比较而言，乙烷到戊烷在海底则较为稳定，除海底油气渗漏可形成高含量异常外，生物成因不能或很少产生这些组分。

酸解烃类气体指标中用于趋势分析的指标选择了酸解烃甲烷和酸解烃乙烷2个指标，前者代表干气组分，后者代表湿气组分。酸解烃甲烷剩余异常区主要分布于研究区西部和东部，西部为高异常区，东部为低异常区［图4（a）］。在构造上，其高异常区主要分布于北部凹陷，向北穿过千里岩断裂带，向南到达中部凸起西部且强度降低。酸解烃乙烷剩余异常分布特征总体上与酸解烃甲烷剩余异常的分布特征相似，同样可分为西部高异常区和东部低异常区，但西部高异常区酸解烃甲烷为2个异常区，而酸解烃乙烷为4个异常区；在东部低异常区酸解烃乙烷异常更偏向东部，面积变小［图4（b）］。

图4　南黄海北部酸解烃剩余异常分布Fig.4　Acidolysis hydrocarbon distribution in the northern depression of the South Yellow Sea Basin

3　烃类渗漏对深部油气的指示

海底渗漏烃主要为生物成因和深部油气渗漏的烃类，也包括它们二者的混合，因此海底烃类渗漏的成因可分为生物成因、热成因及其混合成因。对深部油气具有指示意义的烃类渗漏主要是热成因与混合成因。海底沉积物中以吸附态存在的酸解烃不仅能指示油气异常区，而且也能判别烃类气体异常成因类型和深部油气属性。

烃类气体及其同位素组成的相互关系可以反映其来源、成因、演化和运聚特征，可以用来识别生物成因和热成因的渗漏烃类。生物成因烃类的气体组成以甲烷为主，重烃类气体含量相对较低。此外，生物成因烃类含不饱和烃类型，如乙烯与丙烯等，甲烷碳同位素组成小于-54‰；热成因烃类甲烷和重烃类气体含量均较高，具有明显的正相关关系，含很少或不含不饱和烃类，甲烷碳同位素组成为-20‰～54‰。因此，湿度比［（C2-C5）/（C1-C5）］高，一般大于5%，而C1/（C2+C3）值低，一般小于50%。

南黄海北部海底烃类渗漏区甲烷碳同位素为-34.4‰～38.1‰（表1），湿度比为5.78%～10.77%，C1/（C2+C3）值为10.53%～18.08%，表明渗漏区烃类气体属于热成因气体类型。

利用烃类气体的碳同位素组成能够较好地判别烃类气体成因类型及其形成时烃源岩的成熟度。南黄海北部海底烃类渗漏区甲烷碳同位素为-34.4‰～38.1‰，干燥系数达0.9（表1）。根据甲烷碳同位素与干燥系数的关系［16-17］，可将天然气划分为3个大类，即生物气、生物一热成因混合气和热成因气（图5）。热成因气可根据成熟度的高低进一步划分为3个小类，即低熟气（C1）、成熟气（C2）、高熟气（C3）。生物一热成因混合气按不同类型天然气混入比例，可进一步划分为以低熟气经生物改造形成的混合气（B1）、以原油菌解气为主的混合气（B2）和以热成因气为主的混合气（B3）。研究区海底烃类落入C2或C3区，属于热成因气，成熟度主体为成熟—高成熟（图5）。

表1　南黄海北部海底烃类渗漏区甲烷同位素Table 1　The methane isotope of hydrocarbon seepage zone in the northern depression of the South Yellow Sea Basin

图5　天然气δ13C1与干燥系数关系Fig.5　Relationship between δ13C1and aridity coefficient of natural gas

将南黄海盆地北部坳陷酸解烃分析的结果投到Bernard图版［18］中可以发现，样品主要落入热成因类型区内，表明酸解烃气体属于热成因气体类型［19-22］，指示深部油气属性特征（图6）。

图6　海底沉积物烃类气体Bernard图版Fig.6　Bernard diagram of hydrocarbon gases from seabed sediments

4　结论

（1）南黄海盆地海底油气渗漏与穿透或接近海底的断层构造关系密切，这些断层为海底油气渗漏提供了运移通道。

（2）酸解烃甲烷和酸解烃乙烷含量异常主要分为西部高异常区和东部低异常区，西部高异常区主要分布于北部凹陷和千里岩隆起区。

（3）南黄海盆地北部坳陷海底浅层聚集的气体来自深部烃类渗漏，其为成熟—高成熟热成因气。

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（本文编辑：李在光）

Submarine hydrocarbon seepage and deep oil and gas properties in northern depression，South Yellow Sea Basin

Wang Jianqiang1，2，Li Shuanglin1，2，Sun Jing1，2，Dong Heping1，2，Zhao Qingfang1，2
（1.Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology，Ministry of Land and Resources，Qingdao 266071，Shandong，China；2.Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao 266071，Shandong，China）

Side scan sonar and high-resolution seismic methods were used to analyze the geophysical characteristics of hydrocarbon seepage in the northern depression of the South Yellow Sea Basin，and the acoustic characteristics related to submarine hydrocarbon seepage were discovered，including hemp pit，submarine dome reflector and columnar disturbance.The acidolysis hydrocarbon in the seepage zone of the northern depression was analyzed.The result shows that hydrocarbon gases mainly belong to thermogenic gas.The faults developed in subbottom close to or direct to the seabed provide seepage migration channel and path，and the gas gathering and seepage are resulted from the upward migration of pore fluid in deep formation.

submarine hydrocarbon seepage；acoustic characteristics；thermogenic gas；South YellowSea Basin

TE122.1

A

1673-8926（2015）05-0122-06

2015-05-26；

2015-07-21

国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室基金项目“南黄海北部盆地海底烃类渗漏特征识别与渗漏路径分析”（编号：MRE201311）和公益性行业科研专项经费项目“海洋油气地球化学勘查技术及其应用研究”（201211060）联合资助

王建强（1985-），男，博士，助理研究员，主要从事盆地分析及油气地质方面的研究工作。地址：（266071）山东省青岛市市南区福州南路62号。E-mail：wangjianqiang163@163.com

李双林（1962-），男，博士，研究员，主要从事海洋油气地球化学方面的研究工作。E-mail：lishuanglin5335@hotmail.com。