渤海湾盆地歧口凹陷及其邻区海底沉积物酸解烃地球化学异常特征及其成因类型

2016-06-23张念礼李双林程日辉龚建明王建强

地球化学 2016年1期

张念礼, 李双林, 程日辉, 龚建明, 王建强

张念礼1,2,3, 李双林2,3*, 程日辉1, 龚建明2, 王建强2

(1. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061; 2. 青岛海洋地质研究所, 山东青岛 266071; 3. 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)

为查明渤海湾盆地歧口凹陷及其邻区海底沉积物酸解烃地球化学异常特征及成因类型, 并探讨异常区与深部油气的关系以及构造对异常区分布的影响, 对研究区100个站位进行了地球化学柱状样取样, 获得100组酸解烃和52组酸解烃碳同位素数据。结果表明, 各站位酸解烃含量均具有甲烷(AC1)＞乙烷(AC2)＞丙烷(AC3)＞丁烷(AC4)＞戊烷(AC5)的特点, 饱和烃指标之间决定系数达0.7以上, 表明这些组分可能具有相同的来源。对数据的分析表明, 研究区烃类气体的成因类型总体上属于热成因, 微生物对饱和烃的贡献有限。根据计算得出的异常下限圈定了4个AC1和4个AC2异常区。C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)图解表明, 研究区深部油气属性应该为凝析气或油。从异常区与构造的吻合度来看, 异常区的分布与断裂的展布关系密切, 下一步应加强对AⅠ和AⅣ区域的研究。

油气属性; 异常特征; 酸解烃; 歧口凹陷; 渤海湾盆地

0 引言

研究区位于渤海湾盆地的歧口凹陷及其邻区(117°~118°E、38°26′~39°00′N), 具体位置及取样站位见图1, 是我国重要的油气产区[1]。20世纪80年代渤海湾盆地开展了油气地球化学工作[2], 经过几次大规模的油气地球化学勘探, 发现本区海底沉积物的烃类含量明显高于我国其他海域, 其异常的成片性和稳定性均很好, 但是异常区与油气田的关系、断裂对异常区的影响还有待研究。本次工作拟通过对渤海湾盆地歧口凹陷及其邻区海底沉积物的酸解烃地球化学特征的研究, 探讨深部油气对异常区的影响以及构造对异常分布的控制作用, 为研究区下一步的油气勘探提供帮助。

1 地质背景

渤海湾盆地北部与山海关隆起接壤, 西部以太行山隆起为界, 南部以鲁西隆起为界, 东部以胶辽隆起为界。渤海湾盆地是在太古宙结晶基底上发育成的叠合盆地, 其中西部为冀中坳陷等, 中部为黄骅坳陷、济阳坳陷, 东部为渤中坳陷等。各坳陷内又分布着次级的凹陷和凸起[1]。研究区所在的歧口主凹及其邻区受沧县隆起与埕宁隆起夹持, 东部从北向南分布着南堡凹陷、沙垒田凸起、沙南凹陷, 中部为歧口凹陷、埕北斜坡等, 西部为板桥次凹、大港潜山等[3](图2)。

研究区域包括歧口主凹东南部、滨海Ⅰ号构造东南部、沙垒田凸起西部、沙南凹陷西部、埕北断阶带东北部、埕北斜坡东北部以及埕宁隆起北部。

研究区主要断层有：白东断层、岐中断层、岐东断层以及羊二庄断层。其中白东断层和岐中断层属于北大港断裂构造带, 岐东断层属于南大港断裂构造带, 羊二庄断层属于羊二庄断裂构造带, 断裂总体走向北东-近东西[4‒5]。

2 样品采集与分析测试

此次共采集到100个站位的海底表层沉积物样品。使用仪器为DDC-Z-1型振动器。为了排除人类活动对表层样品的影响, 选取1.0~1.5 m深度的柱状样样品进行酸解烃和碳同位素指标的分析测试。样品的分析测试单位有无锡石油地质研究所中心实验室和合肥石油化探研究所中心实验室。

图1 研究区地理位置及取样站位图

图2 歧口凹陷及其邻区构造及研究区位置图(据周立宏等[4])

测试流程如下: 将样品运至实验室自然风干、捣碎, 称取大约10 g样品放置在真空系统中, 将装有样品的烧瓶静置于40 ℃的水中进行水浴并加热, 缓慢加入稀盐酸使样品酸解, 直至气泡不再产生为止。用碱性溶剂吸收酸解过程中产生的CO2, 随后立即用微量注射器抽取一定的气体注入气相色谱仪进行烃类气体含量的测定, 测定的主要指标为C1‒C5的轻烃类组分。另取少量气体, 利用质谱仪测定甲烷碳同位素13C的含量。

3 结果与讨论

3.1 烃类气体的分布特征

100个站位酸解烃的含量均具有甲烷(AC1)＞乙烷(AC2)＞丙烷(AC3)＞丁烷(AC4)＞戊烷(AC5)的特点。对比已有的测试结果[6](表1), 发现研究区海底表层沉积物中AC1与AC2的平均含量要低于整个渤海湾盆地的平均含量, 而丙烷(AC3)、异丁烷(AC4-)以及正丁烷(AC4+)的平均含量却高于整个渤海湾盆地, 表明研究区热成因烃类气体的贡献大于整个渤海湾盆地。

表1 渤海湾盆地歧口凹陷及其邻区酸解烃地球化学指标特征值(μL/kg)

注: AC22代表乙烯, AC33代表丙烯, AC4+代表正丁烷, AC4-代表异丁烷, AC5+代表酸解烃正戊烷, AC5-代表酸解烃异戊烷, *据文献[6]

前人研究认为海底表层沉积物中的乙烯(AC22)和丙烯(AC33)是微生物作用产生的, 深部运移而来的烃类气体中几乎不含有AC22和AC33[7‒9], 而本次分析测试结果表明沉积物中含有少量的AC22和AC33, 表明研究区存在生物成因气。但AC1与AC22相关性很差, 决定系数仅有0.087, 表明微生物对研究区表层沉积物中的轻烃贡献有限。

各酸解饱和烃指标之间具有明显的相关性(图3),其中AC1与AC2的相关系数为0.75, AC2与AC3的决定系数为0.878, AC3与AC4-的决定系数为0.959, AC3与AC4+的决定系数为0.89, AC4与AC5的决定系数也在0.7以上。饱和烃指标之间良好的线性关系表明这些烃类气体具有相同的来源[10]。AC1与AC2均呈单峰分布特征, 且表现为前高后低的形态(图4), AC1的含量范围在200~350 μL/kg之间, 峰值为275 μL/kg。AC2的含量范围在10~30 μL/kg之间, 峰值为22.5 μL/kg。相似的单峰特征表明AC1与AC2具有相同的来源与相似的演化特征[11‒12]。

图3 各饱和烃之间的相关性(图中计量单位为μL/kg)

3.2 酸解烃地球化学异常分布

酸解烃含量受多方面因素的影响, 如岩性、地形地貌和碳酸盐含量等[13]。提取其地球化学异常相应地也有多种方法, 图解法、计算法以及趋势分析法是常用的几种确定背景和异常的方法。在不同的影响因素下需要选择不同的方法来确定背景和异常。研究区位于1.0~1.5 m深度的海底表层沉积物几乎全部为黏土质粉砂[10,14], 岩性相同, 地形平坦, 碳酸盐含量在同一范围内, 因此, 对研究区海底沉积物酸解烃的异常和背景的确定采取计算法最为合适。确定异常下限的公式为:

=±

式中,代表异常下限,代表指标浓度均值,为经验系数,为标准偏差[15]。

根据前人经验[16]以及数据的实际情况, AC1的经验系数选择为1/3, 异常下限为260 μL/kg, AC2的经验系数为1/8, 异常下限为19.4 μL/kg。

根据上述异常下限圈定出4个AC1异常区和4个AC2异常区, 并绘制了异常等值线图(图5，图6)。分别对AC1异常区和AC2异常区进行编号, AC1异常区可分为AⅠ、AⅡ、AⅢ、AⅣ号异常区, AC2异常区可分为BⅠ、BⅡ、BⅢ、BⅣ号异常区。AⅣ号异常区和BⅣ号异常区分别是两类异常范围中最大的异常区。从图中可以看出AC1异常范围要比AC2的异常范围稍大, 这是由于AC1是所有酸解烃中迁移能力最强、最活跃的组分, 因此AC1更容易到达海底表层沉积物中, 也更容易扩散到更大的范围形成异常, 但是两者之间的主要异常范围及异常中心位置吻合度非常高。统计得出, AC1异常点数为37、AC2异常点数为50, 甲烷的异常点数较乙烷少。

图5和图6显示, 异常范围并不与油田重合, 油田主要位于异常的周围或者是低浓度异常范围内, 异常对油田呈现包围的趋势, 这可能是由于油气藏边缘部位是烃类微渗漏作用最强的部分, 在油水边界处会形成一个类似环状的烃类异常高值带, 从而在海底沉积物中形成围绕油田的类似环状的异常带[17]。断裂构造对油气藏的切割可能使得这个环状异常带并不完整, 因此, 上述异常分布图可能是多种烃类渗漏机制共同作用的结果[18]。

图4 海底沉积物酸解烃甲烷和酸解烃乙烷含量频率分布图

图5 酸解烃甲烷异常等值线图

异常的分布特点为将来在该区域寻找油气提供了理论帮助, 下一步勘探重点应该放在歧口主凹与沙南凹陷内。由于研究区域的限制我们无法确定歧口主凹西南部的异常分布情况, 就目前资料来看, 歧口主凹位于低异常的合围之下, 推断歧口主凹深部可能具有油气藏。其次, 沙南凹陷有扩大油气藏范围的潜质, 由图5和图6可知, 沙南凹陷内已经有油田在开采, 深部存在油气藏已不容置疑, 结合异常分布范围与强度, 沙南凹陷的油气藏范围应比目前要大, 其有向东扩大的可能, 下一步应该加大对油田东部的勘探开发力度。

图6 酸解烃乙烷异常等值线图

3.3 烃类气体异常成因类型

烃类气体异常成因类型对于判别地球化学异常区深部的油气属性至关重要[7], 烃类气体异常成因判别的依据见表2。

研究区海底沉积物酸解烃特征如下: AC1、AC2、AC3、AC4-、AC4+均检出, AC5-大部分检出, AC5+少部分检出。AC1/∑AC×100在84.87~92.85之间,13C1在–38‰ ~ –33.3‰之间, AC1/AC2的范围为11.06~ 19.18, AC3/AC1×100的范围为15.75~38.15, AC1/ AC2+3的范围为7.78~14.73。数据分析表明, 研究区的烃类气体属热成因气[20]。

3.4 烃类气体对深部含油气性及油气属性的指示

利用C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)图解(图7)对研究区深部的油气属性进行判别[21], 投点非常集中, 主要分布在“油”区和“凝析气”区, 分布在“凝析气”区的样品要比分布在“油”区的样品多, 表明研究区酸解烃含量异常指示了深部的油气属性应该为凝析气或油。

图7 研究区酸解烃类气体C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)图解

4 异常分布与构造的关系

从图5和图6中可以看出, 酸解烃异常与构造关系密切。深部油气藏在向上渗漏时会选择最有利于渗漏的方向与位置, 构造单元交接部位与断层均是油气渗漏的有利位置[22]。研究区内的歧口主凹与沙南凹陷是渤海湾盆地的主要生烃凹陷, 沙垒田凸起是渤海湾盆地的主要潜山储油构造, 白东断层、岐东断层、羊二庄断层等断裂是凹陷内的油气运移的优势通道, 使深部油气更快、更多地运移到海底表层沉积物中[23]。AⅠ和BⅠ号异常区均位于滨海Ⅰ号构造南部边缘, 构造内的断裂为滨海Ⅰ号构造深部油气的垂向运移提供了良好的通道。歧口主凹内没有深大断层, 因此歧口主凹内并没有明显的异常分布; AⅡ和BⅡ号异常区位于埕北断阶带与歧口主凹的交界位置, 岐北次凹的油气在岐东断层的导向下运移至AⅡ和BⅡ号异常区的海底沉积物中形成异常, 运移路径远, 因此异常强度较小; AⅢ和BⅢ号异常区位于埕北断阶带东部, 受羊二庄断层控制, 岐南次凹内的油气通过羊二庄断层运移至异常区域。AⅣ和BⅣ异常区均围绕沙南凹陷展布, 其原因主要有三: 一是沙南凹陷是渤海湾盆地几个主要生烃凹陷之一; 二是沙南凹陷南北两侧断层对凹陷的控制, 为沙南凹陷深部油气的运移提供了通道; 三是沙南凹陷周围地形的影响, 围绕沙南凹陷的几个主要构造为沙垒田凸起、埕北断阶带、埕北斜坡和歧口主凹, 沙垒田凸起、埕北断阶带以及埕北斜坡对于沙南凹陷均是高位置构造, 对于沙南凹陷内油气的运移, 这些构造均是优势运移方向, 因此AⅣ和BⅣ异常区高值带均位于沙南凹陷边缘, 在沙垒田凸起和埕北斜坡的交界处。这也印证了油气藏中的烃类沿构造带向上运移的油气渗漏理论[10,14,17,18,23‒25]。

5 结论

(1) 歧口凹陷及其邻区各站位酸解烃含量均具有AC1＞AC2＞AC3＞AC4＞AC5的特点, 饱和烃指标之间具有明显的相关性, 表明这些烃类气体具有相同的来源。

(2) 研究区海底沉积物酸解烃含量分析结果表明, 研究区的烃类气体地球化学异常成因总体上属于热成因性质, 微生物对研究区表层沉积物中的轻烃贡献有限。

表2 烃类气体异常成因判别表(据文献[15,19])

(3) 根据计算得出的异常下限圈定了4个AC1和4个AC2异常区。从C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4)图解可以看出, 酸解烃异常区可能表示深部的油气属性为凝析气或油。

(4) 从酸解烃异常区的范围、饱和烃指标之间的吻合度以及异常区与构造的对比关系来看, 异常区的分布与构造关系密切, 因此, 下一步应加强对AⅠ和AⅣ区域的研究。

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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

0379-1726(2016)01-0077-10

2015-03-19;

2015-05-09;

2015-06-08

国土资源部公益性行业科研专项经费项目(201211060)

张念礼(1991–), 男, 硕士研究生, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail: zhangnl1991@163.com

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