渤海灣歧口凹陷海底表層沉積物苯系物特征分析

周大泉

(濰坊市礦產(chǎn)資源服務(wù)中心,山東 濰坊 261041)

0 引言

在陸地油氣資源越來越匱乏的當(dāng)代，陸域?qū)ふ矣蜌赓Y源的難度越來越大，成果越來越少，資源量越來越少。海域油氣資源的重要性不言而喻，以往受困于海域找油的技術(shù)局限。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，使得海域找油越來越簡便。而且海域油氣相較陸域油氣開發(fā)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，如無需破壞大量農(nóng)田，對人類生活生產(chǎn)影響很小等等。海域油氣化探由于其低廉的成本，快速檢測，以及近地表化探指標(biāo)對下伏油氣藏相對準(zhǔn)確的預(yù)測，使其成為了海域油氣勘探的優(yōu)勢方法。2001年美國地質(zhì)調(diào)查局在西得克薩斯和新墨西哥西南地區(qū)進(jìn)行了苯系物(BTEX)指標(biāo)預(yù)測油氣藏的實驗性油氣創(chuàng)新項目，在Permian盆地打了21口液錨鉆，7口井為干井(其中5口井BTEX指標(biāo)范圍位于干井區(qū)范圍內(nèi)或者在干井區(qū)與異常區(qū)分界線)，8口井為油井，有6口井位于BTEX指標(biāo)異常區(qū)，僅有一口干井一口油井與BTEX指標(biāo)不符，運(yùn)用BTEX指標(biāo)進(jìn)行油氣預(yù)測的準(zhǔn)確率高達(dá)76.12%[1]。張勇等[2]、孫春巖等[3]的研究表明海底1.5m深度的泥質(zhì)樣品的BTEX指標(biāo)異常與油氣藏直接相關(guān)，是非常有價值的油氣化探勘探指標(biāo)。

該文依托國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目(渤海灣歧口凹陷海底表層沉積物苯系物特征研究)，采集了渤海灣表層沉積物進(jìn)行了BTEX含量測定，分析歧口凹陷的海底表層沉積物中的苯系物含量特征、分布規(guī)律，旨在研究海底表層沉積物中的苯系物特征對深部油氣藏的指示作用。

1 地質(zhì)背景

渤海灣盆地是中朝準(zhǔn)地臺經(jīng)古生代沉積并在印支、燕山期運(yùn)動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中新生代斷陷盆地。歧口凹陷是渤海灣盆地的一級構(gòu)造單元黃驊坳陷中的二級構(gòu)造單元，歧口凹陷北部為北塘凹陷，東部為沙壘田凸起，南部為沙南凹陷及埕子口凸起[4-8]。渤海海域地區(qū)構(gòu)造變形復(fù)雜，NE，NW和近EW走向的伸展斷裂和走滑斷裂非常發(fā)育，早期以規(guī)模較大的伸展斷裂為主，晚期受郯廬走滑斷裂帶活動影響，新近系和第四系內(nèi)規(guī)模較小的次級斷裂密集發(fā)育，造成深、淺層具有不同的構(gòu)造面貌[8]。

鉆井資料證實，渤海海域主要發(fā)育新生代地層，包括古近紀(jì)孔店組、沙河街組、東營組和新近紀(jì)館陶組、明化鎮(zhèn)組以及第四紀(jì)平原組；前新生代地層包括太古代、古生代和中生代地層，巖性以變質(zhì)巖、碳酸鹽巖和火山巖為主[8-11]。

2 樣品采集及分析測試流程

2.1 樣品

采樣位置位于天津東南方位海域的表層沉積物樣品，共采集99個站位，99件樣品。采樣點(diǎn)位置如圖1，采樣間距為4km×4km。使用儀器為DDC-Z-1型震動取樣器。

為了避免人類活動對沉積物的干擾，采用1.5m深度以下的樣品進(jìn)行分析。具體分析流程如下：將沉積物進(jìn)行烘干，碾細(xì)，過40目分樣篩，于50℃烘1h。稱取過篩后的樣品100g，置于帶密封墊蓋的100mL螺口玻璃瓶中，加入10mL濃度為0.2mg/mL的4-溴氟苯二氯甲烷溶液；充分震蕩以混勻樣品；隔4，8，16，20h各震蕩一次后，放置24h以上，以備分析。

圖1 研究區(qū)及采樣點(diǎn)位置分布

2.2 儀器及分析條件

分析方法采用熱解析法和氣相色譜分析法，儀器分別采用CDS 8000熱解析儀(美國CDS公司)和GC 2010氣相色譜儀(日本島津公司)。

2.2.1 熱解析條件

①熱解析腔：保持溫度35℃，預(yù)吹掃時間30s，樣品池?zé)峤馕鰷囟?20℃，時間10min；烘焙溫度250℃，時間5min，樣品池傳輸管線溫度25℃；②除濕阱：保持溫度35℃，烘焙溫度100℃；③捕集阱：保持溫度40℃，干燥溫度50℃，時間2min，預(yù)加熱溫度245℃，時間30s，熱釋溫度250℃，時間2min，烘焙溫度280℃，時間4min；④閥箱溫度250℃；⑤GC傳輸管線溫度250℃；⑥吹掃氣體：氮?dú)猓?9.9%，流速30～50mL/min[12-13]。

2.2.2 氣相色譜分析條件

①色譜柱：DM-WAX(Dikma)石英毛細(xì)柱，60m×0.32mm×0.5μm；②柱箱溫度：起始溫度45℃，保持5min后，以每分鐘4℃的速度升至107℃，保持4～5min后，再以每分鐘20℃的速度升至220℃；③載氣：氦氣，流速32cm/s；④檢測器：FID，氫氣流速40mL/min[12-13]。

3 苯系物特征分析

3.1 苯系物含量特征分析

渤海灣歧口凹陷海底表層沉積物的苯系物含量的數(shù)值特征統(tǒng)計如表1，苯含量明顯高于其他苯系物，除苯外其余苯系物含量均在0.1μg·g-1以下，苯是BTEX中方差最大的指標(biāo)，離散程度最大，乙苯的離散程度僅次于苯，其余BTEX指標(biāo)的方差很小，數(shù)據(jù)離散程度小(表1)。除了苯和鄰二甲苯以外的苯系物均保持相同的變化規(guī)律，不同點(diǎn)位的含量變化趨勢是一致的，鄰二甲苯在有些點(diǎn)位上的變化趨勢與上述苯系物相一致，但是在一些點(diǎn)位上明顯相反(圖2)，上述特征表明甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯之間具有一致的來源。

表1 BTEX指標(biāo)數(shù)值特征(μg/g)

圖2 渤海灣歧口凹陷海底表層沉積物樣品苯系物含量折線圖

該文對苯系物進(jìn)行雙變量的相關(guān)性分析，分析采用Pearson法，苯系物之間的相關(guān)性分析表明苯與其余苯系物弱相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最高為0.243，甲苯與乙苯和間二甲苯為極強(qiáng)相關(guān)，甲苯與對二甲苯之間為強(qiáng)相關(guān)，乙苯與對二甲苯和間二甲苯之間為極強(qiáng)相關(guān)，乙苯與鄰二甲苯之間為中等程度相關(guān)，對二甲苯與間二甲苯和鄰二甲苯之間為強(qiáng)相關(guān)，間二甲苯與鄰二甲苯之間為中等程度相關(guān)。苯系物相關(guān)性分析表明甲苯、乙苯、對二甲苯、鄰二甲苯之間具有很好的統(tǒng)一性，而苯與鄰二甲苯與其余苯系物之間的相關(guān)性較差，這一點(diǎn)在圖2中的苯系物含量變化中也有體現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因有可能是BTEX降解特點(diǎn)不同導(dǎo)致的[14]，苯降解最快，甲苯次之，但甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯之間的降解速率比較接近，鄰二甲苯與間-對二甲苯、乙苯、甲苯之間的降解速率差距逐漸拉大，這也就解釋了苯系物之間相關(guān)系數(shù)不同的現(xiàn)象，隨著檢測滯后時間越長苯系物之間的相關(guān)性會越來越差，因此樣品的苯系物含量檢測的時效性非常重要[14]。

該文根據(jù)研究苯系物的相似性，對苯系物的各個觀測變量分析，找出一些能夠度量苯系物之間相似程度的統(tǒng)計量，在一定的置信系數(shù)下，將相似程度大的苯系物分為一類，相似度小的再聚合為一大類，直至所有數(shù)據(jù)都聚合完成，形成從小至大的分類系統(tǒng)。該文是對變量進(jìn)行分類，采用組平均連接法(Average group linkage)，類組織之間的距離系數(shù)的計算是采用二值歐氏距離平方(Square Euclidean Distance)來計算，轉(zhuǎn)換度量為絕對值[15]。

表2 苯系物之間相關(guān)性

3.2 苯系物分布特征

研究區(qū)99個樣品包括5個參數(shù)，即苯、甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯。依據(jù)測得的數(shù)據(jù)，在置信度25的情況下，將這五個參數(shù)劃分為兩類，苯自為一類，甲苯、乙苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯為一類。

該文選取苯與甲苯作為兩類數(shù)據(jù)的代表，根據(jù)底質(zhì)沉積物粒度進(jìn)行分區(qū)環(huán)境校正，把經(jīng)過校正的數(shù)據(jù)運(yùn)用區(qū)域趨勢面進(jìn)行分析，剝離背景，提取剩余異常，經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)制圖如圖3所示[16]。根據(jù)圖3所示的苯與甲苯異常圖，分析異常的分布特點(diǎn)可以看出，研究區(qū)具有明顯的異常分布，苯與甲苯的異常分布存在些許差異(甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯異常等值線圖的異常分布特征基本相同，限于篇幅原因，該文不再贅述)，苯異常主要存在于油氣田的正上方以及稍偏離正上方的位置，還有一部分分布在構(gòu)造發(fā)育的部位，甲苯異常與苯異常的分布有一些互補(bǔ)性，苯異常與油田對應(yīng)不是很好的位置在甲苯異常中得到了很好的對應(yīng)，在苯異常中對應(yīng)關(guān)系很好的一些油田在甲苯異常中卻沒有得到很好的對應(yīng)關(guān)系，也存在一些與苯和甲苯異常對應(yīng)均很好的油田如岐18-1-1井處的油田。但是無論是苯異常還是甲苯異常在4km×4km的取樣精度下，能得到如此明顯的對應(yīng)關(guān)系，已經(jīng)達(dá)到了區(qū)域異常的調(diào)查的目的[17-18]。

在尚未發(fā)現(xiàn)油氣田的苯與甲苯含量異常的區(qū)域，分析原因有以下幾個：①由于構(gòu)造因素，油氣藏通過構(gòu)造層散逸到海底造成異常；②由于斷裂將油氣藏中的BTEX帶到海底形成異常；③由于人為因素，原油泄漏導(dǎo)致海底污染造成異常。

圖3 苯與甲苯剩余異常等值線圖

4 結(jié)論

(1)BTEX對油氣藏具有非常好的指示意義,將BTEX化探技術(shù)與地質(zhì)、地球物理等地下勘探方法結(jié)合起來,把BTEX異常與地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)相結(jié)合,從多方面綜合提取油氣信息,從而得到更好的預(yù)測評價結(jié)果。

(2)歧口凹陷的未開發(fā)油氣田的苯系物異常區(qū)具有非常大的油氣勘探潛力，下一步應(yīng)著重對苯系物異常區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。

(3)在進(jìn)行苯系物研究時應(yīng)對采集的樣品及時進(jìn)行測試，以免苯系物揮發(fā)以及降解對其結(jié)果產(chǎn)生不良影響。