南黃海盆地北部坳陷海底烴類滲漏與深部油氣屬性

王建強，李雙林，孫　晶，董賀平，趙青芳

（1.國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071；2.青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071）

南黃海盆地北部坳陷海底烴類滲漏與深部油氣屬性

王建強1，2，李雙林1，2，孫晶1，2，董賀平1，2，趙青芳1，2

（1.國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室，山東青島266071；2.青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071）

采用側(cè)掃聲納和高分辨率地震方法，對南黃海盆地北部坳陷海底烴類滲漏地球物理特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了與海底烴類滲漏有關(guān)的聲學(xué)特征（麻坑及海底圓丘增強反射及柱狀擾動等）。通過對南黃海盆地北部坳陷烴類滲漏區(qū)酸解烴的分析，認(rèn)為烴類氣體主要屬于熱成因氣類型。海底地層中發(fā)育的接近或直達(dá)海底的斷層為烴類滲漏提供了運移通道和路徑，海底淺表層氣體的聚集和滲漏是深部地層中孔隙流體向上運移的結(jié)果。

海底烴類滲漏；聲學(xué)特征；熱成因氣；南黃海盆地

0　引言

在海洋環(huán)境，尤其是近海陸架海底，烴類滲漏是廣泛存在的自然現(xiàn)象。海底滲漏是淺部氣源（主要為生物成因）或深部氣源（主要為熱成因）在浮力作用下沿通道（沉積層中的孔隙、斷層面或泥火山口等）溢出海底的過程［1］。目前，世界許多海域的海底均已發(fā)現(xiàn)存在烴類滲漏現(xiàn)象，表明深部存在油氣藏及其活躍的含油氣系統(tǒng)，是油氣生、運、聚、散的重要標(biāo)志和直接指示，意味著烴類滲漏區(qū)域是油氣運移、聚集成藏與散失破壞活躍的地區(qū)。陸地上，烴類滲漏是沿斷裂體系運移至地表形成容易觀測的液態(tài)烴類，而海底廣泛且長期的擾動導(dǎo)致海底烴類滲漏形成海底麻坑，它是深部烴類滲漏最普遍的識別證據(jù)。據(jù)文獻(xiàn)［1］報道，國外于20世紀(jì)50年代有學(xué)者先后在墨西哥灣、南美洲大陸邊緣及澳大利亞近海海域等地區(qū)對海底烴類滲漏進(jìn)行了研究。近年來，國內(nèi)也有學(xué)者在南海北部海域、東海沖繩海槽及南黃海北部等地區(qū)開展海底烴滲漏研究［2-8］。

從淺部或深部滲漏到海底的烴類改變了海底沉積物的物理特性，地層中含有的氣體能夠明顯地影響沉積物的聲學(xué)特征，造成其縱、橫波速度減小、吸收增加及聲散射增強［3-6］。目前，海底烴類滲漏研究常采用聲納地形地貌探測、地震探測、地球化學(xué)分析與海底攝像取樣等多學(xué)科多方法綜合研究。在諸多方法中，地球物理方法為間接手段，可為海底取樣并證實滲漏提供依據(jù)。

南黃海盆地已有大量的淺地層剖面、二維地震勘探資料及地球化學(xué)樣品，筆者主要利用采集的多道二維地震數(shù)據(jù)和海底淺地表地球化學(xué)樣品測試數(shù)據(jù)，對南黃海盆地北部坳陷開展海底烴類滲漏特征研究，識別海底烴類滲漏聲學(xué)特征及滲漏區(qū)烴類屬性，以期為南黃海盆地油氣勘探提供依據(jù)。

1　地質(zhì)背景

南黃海盆地橫亙于中國東部四大構(gòu)造單元（華北地臺、秦嶺-大別造山帶、揚子地臺和華南褶皺帶）交會部，是下?lián)P子地臺的主體，在前震旦系變質(zhì)巖基底上疊覆了古生代及中生代海相殘留盆地，印支運動晚期伴隨著郯廬斷裂的走滑和揚子地臺與華北地臺的碰撞形成了南黃海盆地，并接受了中生代及新生代陸相沉積［9］。揚子板塊與華北板塊從早三疊世開始沿大別-膠南造山帶發(fā)生陸—陸碰撞，到三疊紀(jì)末完成陸—陸碰撞進(jìn)入陸內(nèi)俯沖階段，在造山帶的兩側(cè)形成盆地（圖1）。印支期擠壓抬升，不僅在中生界及古生界內(nèi)幕形成了許多古隆起、潛山和背斜構(gòu)造，而且不同程度地剝蝕或斷層切割使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化。構(gòu)造和儲集條件的有機結(jié)合是油氣聚集的必備條件，而坳陷烴源巖的發(fā)育程度和蓋層的封堵性能也是勘探獲得油氣的前提和保證。

圖1　南黃海盆地北部坳陷研究區(qū)位置Fig.1　The location of the northern depression in the South Yellow Sea Basin

南黃海盆地主要劃分為千里巖隆起、北部坳陷、中部隆起和勿南沙隆起，斷層以東西向為主，其不僅控制著盆地內(nèi)部的構(gòu)造格局，而且對圈閉的發(fā)育及油氣的聚集均起著重要作用［10-12］。北部坳陷可以劃分為北部凹陷、西部凸起、中部凹陷、南部凸起、西部凹陷和南部凹陷等三級構(gòu)造單元［13-14］（參見圖1）。

晚白堊世晚期—始新世末，北部坳陷發(fā)育2期明顯的湖泊相沉積，存在2套烴源巖，主要分布于上白堊統(tǒng)泰州組（K2t）及始新統(tǒng)阜寧組（E2f）中上部。ZC1-2-1井在始新統(tǒng)戴南組（E2d）測井解釋存在油層和油水同層，說明上白堊統(tǒng)泰州組已生油，并發(fā)生運移，為有效烴源巖［14-15］。烴類的生成、運移及聚集過程，顯示該坳陷具有良好的油氣勘探前景。

2　海底烴類滲漏特征

海底烴類滲漏可以通過地球物理和地球化學(xué)方法進(jìn)行識別。地球物理方法主要利用海底烴類在向上滲漏過程中對地層聲學(xué)性質(zhì)的改變，在地震剖面上可形成各種指示烴類滲漏的地球物理標(biāo)志來進(jìn)行。海洋地球化學(xué)方法通過取樣，并進(jìn)行分析測試、異常提取及成因類型識別，最后確定海底烴類滲漏異常區(qū)，它將海底表面滲漏與深部含油氣系統(tǒng)結(jié)合起來，從烴類生成、運移和演化入手，揭示含油氣系統(tǒng)信息。

2.1地球物理特征

2.1.1側(cè)掃聲納特征

烴類滲漏可引起海底局部沉積物的重新分布，并改變海底微地貌形態(tài)，使海底聲波阻抗增加，并在側(cè)掃聲納圖像上顯示增強的逆向散射，由此可識別出一系列的海底表面特征，如海底隆丘、海底麻坑構(gòu)造、海底表面斷層和碳酸鹽結(jié)核分布區(qū)等。

南黃海盆地北部坳陷海底地形平坦，水深為50～60 m。2007年，青島海洋地質(zhì)研究所采用EdgeTech 4200-FS側(cè)掃聲納系統(tǒng)對該區(qū)塊海底進(jìn)行掃描測量，工作頻率為120 kHz，脈沖長度為20 m，單側(cè)掃描量程為400m，在高精度模式下拖曳速度為5km/h，橫向分辨率約0.08 m，縱向分辨率為0.5～2.5 m。圖2為通過側(cè)掃聲納調(diào)查識別出的海底圓丘和海底麻坑，其中較大的海底圓丘跨度達(dá)1 600 m，最大凸起高度約為6 m；海底麻坑大體呈南北向展布，形態(tài)及大小均不相同，平面尺寸一般幾米到幾十米，個別呈條帶狀延伸，長度可達(dá)數(shù)百米。這些特征均顯示其可能與海底烴類滲漏有關(guān)。

圖2　海底烴類滲漏在海底淺表層聲學(xué)特征（據(jù)文獻(xiàn)［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

利用研究區(qū)獲取的高分辨率二維地震剖面，可識別出與氣體運移、聚集及滲漏有關(guān)的地震反射特征，主要包括增強反射與柱狀擾動等。

海底烴類滲漏在地震剖面上的特征并不是孤立存在的，多數(shù)情況下各種滲漏特征之間關(guān)系密切，體現(xiàn)了深部和淺表層為統(tǒng)一的滲漏系統(tǒng)。根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)柱狀取樣測試結(jié)果分析，沿地震剖面截取的甲烷含量剖面圖（圖3）可以看出，深部斷裂分布區(qū)域有很高的甲烷含量，高異常的出現(xiàn)可能與海底烴類沿著斷裂運移到淺表層聚集，并形成高異常區(qū)有關(guān)［圖3（a）］。增強反射通常代表氣體在粉砂巖和砂巖地層中聚集，使地震剖面出現(xiàn)濁積反射，呈連續(xù)強振幅特征［圖3（b）］。

柱狀擾動是指正常的地震反射層序由于孔隙流體（氣體）向上運移受到擾動或破壞所呈現(xiàn)的垂向反射特征。

圖3　甲烷含量剖面（a）及地震剖面響應(yīng)（b）Fig.3　Methane content section（a）and seismic response section（b）

2.2地球化學(xué)特征

在海底烴類滲漏中，烴類氣體易沿深部斷裂與裂縫等運移通道向上運移，并聚集到海底淺表層，形成明顯的海底烴類滲漏異常區(qū)。在海洋油氣地球化學(xué)勘查中，根據(jù)海底淺表層沉積物中烴類組分異常來識別海底烴類滲漏是當(dāng)前普遍采用的方法之一，其中以吸附態(tài)存在的酸解烴類指標(biāo)一直是油氣地球化學(xué)勘查的重要指標(biāo)。

甲烷是遷移能力最強、最活躍的烴類組分，在海底滲漏中甲烷最容易到達(dá)海底淺表層并形成異常。甲烷也最容易受到海底淺表層生物化學(xué)活動的干擾，一方面其在海底淺表層可以因氧化等作用而消耗，另一方面也可以因生物活動而產(chǎn)生大量的生物成因甲烷。相比較而言，乙烷到戊烷在海底則較為穩(wěn)定，除海底油氣滲漏可形成高含量異常外，生物成因不能或很少產(chǎn)生這些組分。

酸解烴類氣體指標(biāo)中用于趨勢分析的指標(biāo)選擇了酸解烴甲烷和酸解烴乙烷2個指標(biāo)，前者代表干氣組分，后者代表濕氣組分。酸解烴甲烷剩余異常區(qū)主要分布于研究區(qū)西部和東部，西部為高異常區(qū)，東部為低異常區(qū)［圖4（a）］。在構(gòu)造上，其高異常區(qū)主要分布于北部凹陷，向北穿過千里巖斷裂帶，向南到達(dá)中部凸起西部且強度降低。酸解烴乙烷剩余異常分布特征總體上與酸解烴甲烷剩余異常的分布特征相似，同樣可分為西部高異常區(qū)和東部低異常區(qū)，但西部高異常區(qū)酸解烴甲烷為2個異常區(qū)，而酸解烴乙烷為4個異常區(qū)；在東部低異常區(qū)酸解烴乙烷異常更偏向東部，面積變小［圖4（b）］。

圖4　南黃海北部酸解烴剩余異常分布Fig.4　Acidolysis hydrocarbon distribution in the northern depression of the South Yellow Sea Basin

3　烴類滲漏對深部油氣的指示

海底滲漏烴主要為生物成因和深部油氣滲漏的烴類，也包括它們二者的混合，因此海底烴類滲漏的成因可分為生物成因、熱成因及其混合成因。對深部油氣具有指示意義的烴類滲漏主要是熱成因與混合成因。海底沉積物中以吸附態(tài)存在的酸解烴不僅能指示油氣異常區(qū)，而且也能判別烴類氣體異常成因類型和深部油氣屬性。

烴類氣體及其同位素組成的相互關(guān)系可以反映其來源、成因、演化和運聚特征，可以用來識別生物成因和熱成因的滲漏烴類。生物成因烴類的氣體組成以甲烷為主，重?zé)N類氣體含量相對較低。此外，生物成因烴類含不飽和烴類型，如乙烯與丙烯等，甲烷碳同位素組成小于-54‰；熱成因烴類甲烷和重?zé)N類氣體含量均較高，具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，含很少或不含不飽和烴類，甲烷碳同位素組成為-20‰～54‰。因此，濕度比［（C2-C5）/（C1-C5）］高，一般大于5%，而C1/（C2+C3）值低，一般小于50%。

南黃海北部海底烴類滲漏區(qū)甲烷碳同位素為-34.4‰～38.1‰（表1），濕度比為5.78%～10.77%，C1/（C2+C3）值為10.53%～18.08%，表明滲漏區(qū)烴類氣體屬于熱成因氣體類型。

利用烴類氣體的碳同位素組成能夠較好地判別烴類氣體成因類型及其形成時烴源巖的成熟度。南黃海北部海底烴類滲漏區(qū)甲烷碳同位素為-34.4‰～38.1‰，干燥系數(shù)達(dá)0.9（表1）。根據(jù)甲烷碳同位素與干燥系數(shù)的關(guān)系［16-17］，可將天然氣劃分為3個大類，即生物氣、生物一熱成因混合氣和熱成因氣（圖5）。熱成因氣可根據(jù)成熟度的高低進(jìn)一步劃分為3個小類，即低熟氣（C1）、成熟氣（C2）、高熟氣（C3）。生物一熱成因混合氣按不同類型天然氣混入比例，可進(jìn)一步劃分為以低熟氣經(jīng)生物改造形成的混合氣（B1）、以原油菌解氣為主的混合氣（B2）和以熱成因氣為主的混合氣（B3）。研究區(qū)海底烴類落入C2或C3區(qū)，屬于熱成因氣，成熟度主體為成熟—高成熟（圖5）。

表1　南黃海北部海底烴類滲漏區(qū)甲烷同位素Table 1　The methane isotope of hydrocarbon seepage zone in the northern depression of the South Yellow Sea Basin

圖5　天然氣δ13C1與干燥系數(shù)關(guān)系Fig.5　Relationship between δ13C1and aridity coefficient of natural gas

將南黃海盆地北部坳陷酸解烴分析的結(jié)果投到Bernard圖版［18］中可以發(fā)現(xiàn)，樣品主要落入熱成因類型區(qū)內(nèi)，表明酸解烴氣體屬于熱成因氣體類型［19-22］，指示深部油氣屬性特征（圖6）。

圖6　海底沉積物烴類氣體Bernard圖版Fig.6　Bernard diagram of hydrocarbon gases from seabed sediments

4　結(jié)論

（1）南黃海盆地海底油氣滲漏與穿透或接近海底的斷層構(gòu)造關(guān)系密切，這些斷層為海底油氣滲漏提供了運移通道。

（2）酸解烴甲烷和酸解烴乙烷含量異常主要分為西部高異常區(qū)和東部低異常區(qū)，西部高異常區(qū)主要分布于北部凹陷和千里巖隆起區(qū)。

（3）南黃海盆地北部坳陷海底淺層聚集的氣體來自深部烴類滲漏，其為成熟—高成熟熱成因氣。

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（本文編輯：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

國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室基金項目“南黃海北部盆地海底烴類滲漏特征識別與滲漏路徑分析”（編號：MRE201311）和公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目“海洋油氣地球化學(xué)勘查技術(shù)及其應(yīng)用研究”（201211060）聯(lián)合資助

王建強（1985-），男，博士，助理研究員，主要從事盆地分析及油氣地質(zhì)方面的研究工作。地址：（266071）山東省青島市市南區(qū)福州南路62號。E-mail：wangjianqiang163@163.com

李雙林（1962-），男，博士，研究員，主要從事海洋油氣地球化學(xué)方面的研究工作。E-mail：lishuanglin5335@hotmail.com。