台湾海峡盆地西部坳陷油气地球化学特征及其勘探远景评价
赵静1,2, 梁前勇1,2, 张莉1, 钟广见1
1.广州海洋地质调查局,广东 广州 510760
2. 国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东 广州 510760

作者简介: 赵静(1983-),女,博士,油气地球化学专业。E-mail:zhaojing_0315@163.com

摘要

台湾海峡盆地一直被认为具有良好油气远景,然而以往的研究都是基于沉积学、地球物理学等方面的成果,尚缺少直接的钻探资料来证明其油气资源,或油气地球化学资料证明该区油气渗漏体系的存在与否。笔者拟通过该区的油气地球化学勘探普查,探索该区油气渗漏体系的存在性及其地表响应特征,为进一步的海域油气详查提供有力证据。结果表明,各项油气化探指标在该区均有一定的地表响应,为低背景场反映,表明研究区下伏地层中存在烃类渗漏现象;通过化探指标有效性遴选及综合异常评价,在九龙江凹陷和晋江凹陷共遴选了7个异常区,且均具有较好的油气远景,是下一步油气详查的优选靶区。

关键词: 油气化探; 油气渗漏; 地表响应; 油气远景; 台湾海峡盆地
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)04-0657-08
Near-surface oil and gas geochemical characteristics and exploration prospect of the western depression of Taiwan Strait Basin
ZHAO Jing1,2, LIANG Qian-Yong1,2, ZHANG Li1, ZHONG Guang-Jian1
1. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China
2. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou 510760, China
Abstract

Taiwan Strait Basin is commonly considered to be a good petroleum-bearing area. However, the former studies were all focused on the data from sedimentology and geophysical exploration, and no direct evidence from drilling or petroleum geochemistry can prove the existence of any economic oil or gas reservoirs in areas supposed to have good petroleum prospects. In this study, submarine near-surface geochemical exploration for oil and gas was conducted to reveal whether the hydrocarbon seepage is existent in these areas in the hope that it could further provide direct evidence for the existence of petroleum reservoirs at subsurface. The result indicates that the hydrocarbon seepage system do exist in this area, and the near-surface response of hydrocarbons in the sediments further indicate that the study area has a good petroleum prospect.

Keyword: geochemical exploration for oil and gas; hydrocarbon seepage system; near-surface response; petroleum prospect; Taiwan Strait Basin

地表油气地球化学勘探的基本原理为:地下油气藏中的烃类通过各种形式向上运移(渗漏), 在地表或近地表介质中形成一系列的响应。油气地球化学勘探(简称“ 油气化探” )就是寻找烃类物质以及它们的转换产物在地表或近地表的化学特征物质, 这些物质可以成为确定尚未发现的石油与天然气藏的线索 112

台湾海峡盆地是位于台湾海峡及其相邻台湾西部的中、新生代叠合盆地, 其地质构造特征及其演化历史表明, 该盆地具有较好的油气资源前景 1317。由于对台湾海峡盆地西部坳陷的研究有限, 前人的研究成果都是基于沉积、构造及地震等方面 1821, 尚缺少直接的钻探成果证明该地区存在有经济价值的油气资源, 且该区域油气地球化学勘探工作也开展较少[22, 23]。因此, 在台湾海峡西部坳陷进行油气地球化学勘探, 探索研究区烃类渗漏体系的地表响应及分布规律, 可以为指示深部油气藏的存在性提供最直接的证据。

本研究拟通过对台湾海峡西部坳陷的九龙江凹陷及晋江凹陷进行海洋油气化探普查, 在调查区开展系统的表层沉积物地球化学取样, 分析海底沉积物中烃类的赋存状态、含量及其地表响应特征, 探讨调查区油气渗漏活动的存在性, 弥补该区油气勘探的空白; 同时圈定油气异常靶区, 为该区油气勘探提供最直接的地球化学证据, 评价调查区油气勘探远景。

1 样品与实验
1.1 样品采集

本次共部署化探调查站位160个(图1), 主要分布于台湾海峡盆地的九龙江凹陷及晋江凹陷。站位采用8 km× 8 km网格部署, 部分区域加密 4 km× 4 km或2 km× 2 km网格。海上化探取样由上海海洋石油局第一海洋地质调查大队“ 勘407” 船完成。除少数站位采用重力取样外, 其余站位均为活塞取样。

图1 台湾海峡油气地球化学勘探研究区位置示意

微生物样品在船上进行现场分样。样品取上甲板后, 在距岩芯柱顶部向下20~30 cm处切割不少于400 g的沉积物样(400 g为双样质量, 单个样品质量不少于200 g), 尽量避免扰动。样品标识清楚无误后, 密封并放入-10℃或以下的冰柜中冷冻保存。

有机地球化学勘探指标样品在实验室进行取样。样品运回实验室后, 在距岩芯柱顶部向下85~100 cm处采集沉积物柱状样品, 然后送相关实验室进行前处理及分析测试。

1.2 实验分析

有机化探指标样品的分析测试在中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所完成。具体指标有:酸解烃、热释烃、土壤蚀变碳酸盐(Δ C)、芳烃及其衍生物总量及稠环芳烃, 相关样品预处理及实验分析测试均按照中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T 6009-2003 油气化探试样测定方法》完成。

油气微生物检测由盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司完成。

2 结果与讨论
2.1 化探指标参数的地球化学特征

2.1.1 酸解烃组成特征

九龙江凹陷研究区样品中酸解烃C1~C5均有检出, 其中以甲烷(ACH4)、乙烷(AC2H6)和丙烷(AC3H8)为主, 丁烷和戊烷系列烃类含量极低, 尤其是戊烷系列, 只有少数样品检出(表1)。各站位样品的酸解烃指标含量具有ACH4> AC2H6> AC3H8的特征。整个研究区样品酸解烃甲烷含量变化范围为1.50~258.0 μ L/kg, 平均值为83.9 μ L/kg; 酸解烃乙烷的含量范围为0~25.0 μ L/kg, 平均值为 2.67 μ L/kg, 明显低于甲烷含量; 酸解烃丙烷含量较酸解烃甲烷和乙烷含量更低, 其变化范围为0~18.5 μ L/kg, 平均值为1.04 μ L/kg。

表1 台湾海峡油气化探指标丰度特征

2.1.2 热释烃组成特征

研究区沉积物热释烃系列主要检测到甲烷(PCH4)、乙烷(PC2H6)和丙烷(PC3H8)三种烃类物质, 其中甲烷含量最高, 乙烷和丙烷含量近似。热释烃甲烷的含量变化范围为2.29~17.4 μ L/kg, 平均值为6.22 μ L/kg; 热释烃乙烷的含量变化范围为0.04~0.69 μ L/kg, 平均值为0.20 μ L/kg; 热释烃丙烷含量略高于乙烷, 其含量范围为0.04~2.47 μ L/kg, 平均值为0.33 μ L/kg。热释烃甲烷、乙烷和丙烷含量均小于酸解烃对应的化合物含量。另外, 在沉积物的热释烃气体中还普遍检测到丁烷和戊烷系列化合物, 但含量相对较低。

2.1.3 土壤蚀变碳酸盐(Δ C)含量特征

研究区沉积物样品Δ C含量变化范围是0.16%~1.62%, 平均值为0.63%。

2.1.4 芳烃及其衍生物含量特征

沉积物紫外吸收光谱法检测了220 nm、260 nm和275 nm三个波长的吸收峰相对强度, 这三个指标的相对强度一般为UV220> UV260> UV275。研究区样品中UV220吸收峰的相对强度最小值为13× 10-6, 最大值为3 412× 10-6; UV260吸收峰的相对强度最大值为5 465× 10-6; UV275吸收峰的相对强度最大值为4 552× 10-6

2.1.5 稠环芳烃特征

沉积物荧光光谱法检测了320 nm、360 nm和405 nm三个固定波长的荧光强度, 三个指标的相对强度为F320> F360> F405。F320荧光强度最大值为148.36× 10-6; F360荧光强度最大值为112.03× 10-6; F405最大值为35.31× 10-6

2.1.6 原始烃类微生物值(MV值)

研究区160个站位表层沉积物中原始烃类微生物值(MV值)的含量范围为0~83, 平均值为7。

酸解烃甲烷(AC1)和酸解烃重烃(AC2+)的变异系数分别为0.65和2.28; 热释烃甲烷(AC1)和重烃(AC2+)的变异系数分别为0.45和0.50; Δ C的变异系数为0.44。根据我国主要含油气盆地区域地球化学场划分标准[24], 研究区的酸解烃指标应为低背景、区域非均匀地球化学场; 蚀变碳酸盐指标为低背景、区域稳定地球化学场。

2.2 化探指标有效性评价

由于油气化探是面上勘探, 因此首先需要对各项化探指标的数据进行数理统计分析, 研究各化探指标的总体分布特征, 以进一步探讨其有效性。一般情况下, 对于任何一个勘探区而言, 无产能勘探区化探指标含量直方图通常具有正态分布特征; 对于有产能的勘探区或远景区, 其频率分布呈现双峰特征, 或者更为常见的是明显向右偏斜的特征。图2为油气化探指标含量的频率分布直方图。从图中可以看出, 研究区海底表层沉积物酸解烃、热释烃、土壤蚀变碳酸盐(Δ C)、芳烃及其衍生物总量、稠环芳烃以及油气微生物等各项化探指标的含量值分布均呈典型的右偏斜特征, 表明研究区有较好的油气潜力。

受应用条件的限制, 油气化探只能反映油气的局部信息, 在确定异常与评价异常的含油气性时具有一定的局限性。为了多角度、深层次地揭示油气藏的表层地球化学特征, 需要筛选有效的指标和指标组合, 最大限度的提取综合信息, 提高化探预测成功率。本次研究分析了样品酸解烃、热释烃、蚀变碳酸盐、紫外吸收光谱、荧光光谱和微生物等六大指标系列。笔者对ACH4、AC2H6、AC3H8、AC2+、PCH4、PC2H6、PC3H8、PC2+、Δ C、UV220、UV260、UV275、F320、F360、F405和MV共16个指标变量分别进行因子分析、聚类分析和相关分析, 优选化探有效指标和指标组合。

图2 台湾海峡油气化探各指标参数含量频率分布

表2 台湾海峡油气化探指标旋转后的因子载荷矩阵

通过方差极大法旋转后, 得到16个指标在5个因子上的载荷矩阵(表2)。结果显示, 因子1支配的指标有ACH4、AC2H6、AC3H8和AC2+, 因子载荷均大于0.500, 方差贡献为26.481%, 其中AC2H6、AC3H8和AC2+的因子载荷均大于0.900; 因子2支配的指标有UV220、UV260和UV275, 因子载荷均大于0.900, 方差贡献为22.830%; 因子3支配的指标有PCH4、PC2H6、PC3H8和PC2+, 因子载荷大于 0.600, 方差贡献为17.575%, 其中PC2H6和PC2+因子载荷超过0.900; 因子4支配的指标有F320、F360、F405和Δ C, 对荧光有较好的反映, 因子载荷均大于0.800, 方差贡献为10.219%; 因子5支配的指标是MV值, 因子载荷为0.930, 方差贡献6.409%。5个因子的特征值均大于1, 累积方差贡献率83.514%, 因此可以认为, 因子1反映酸解烃检测的情况, 因子2反映紫外吸收光谱检测的情况, 因子3反映热释烃检测的情况, 因子4反映荧光光谱和蚀变碳酸盐检测的情况, 因子5反映微生物检测的情况, 可见各因子均具有较明确的专业意义。

从因子结构上表明, 酸解烃指标, 尤其是酸解烃乙烷、丙烷和重烃指标为一类有效指标, 紫外吸收光谱为一类有效指标, 热释烃为一类有效指标, 蚀变碳酸盐和荧光光谱为一类有效指标, 微生物指标为一类辅助有效指标。

为进一步分析各化探指标间的群聚和分类特征, 对其进行R型聚类分析。结果显示, 本次研究所检测的指标可分为3个大类和5个小类(图3)。紫外吸收光谱检测的三个指标UV220、UV260和UV275为第一类, 酸解烃的4个指标ACH4、AC2H6、AC3H8和AC2+为第二类, 其余指标为第三类。第三类指标又可细分为3小类, 热释烃的4个指标PCH4、PC2H6、PC3H8和PC2+为一类, 荧光光谱的3个指标F320、F360、F405和Δ C为一类, MV为一类。

图3 台湾海峡油气化探指标R型聚类分析谱系

此外, 对各化探指标进行相关性分析, 以进一步揭示各指标间的相关关系。结果表明(表3), 酸解烃、热释烃、蚀变碳酸岩、紫外吸收光谱、荧光光谱和微生物六类指标中, 除蚀变碳酸盐与荧光光谱有一定的相关关系外, 其余指标均相互独立, 且相关系数较小或为负数, 无明显相关关系。在每一类指标系列中, 指标间的相关性较大, 尤其是紫外吸收光谱的三个指标间以及酸解烃乙烷、丙烷和重烃指标间的相关系数较大, 相关性较好。同时, 在R型聚类分析结果中, 相应指标间的类间距离较小, 表明相关分析与R型聚类分析得出的认识一致。因此, 下文仅选取每个指标系列中的一个指标进行分析描述。

表3 台湾海峡油气化探各指标相关系数矩阵

综上所述, 以上六类化探指标均为有效指标, 且酸解烃、紫外吸收光谱、热释烃和荧光光谱为主要指标, 蚀变碳酸盐和微生物为辅助指标。

2.3 化探异常分布特征

采用二次趋势面法对各项有机地球化学指标进行综合处理, 根据空间采样数据, 用多元回归方法拟合出一个二次数学曲面来反映数据的分布情况, 计算相应位置的原始观测数据与趋势值之间的残差, 在此基础上滤掉随机分量, 得到各观测点的异常分量, 从而可以作出异常分量图, 圈出化探指标的异常分布[25, 26]

2.3.1 九龙江凹陷区化探指标特征

由九龙江凹陷研究区主要油气化探指标异常平面分布(图4)可见, 酸解烃异常主要位于该区的西北部, 分布较为连续; 热释烃异常主要位于该区东南部; 蚀变碳酸盐异常为片状分布, 整体呈现环带状分布; 芳烃及其衍生物总量异常分布在该区的西部; 稠环芳烃异常在该区的西北部和南部均有一定程度的分布; 油气微生物异常主要位于该区的中部, 分布范围广, 连续性强。

图4 九龙江凹陷研究区各指标地球化学异常分布

2.3.2 晋江凹陷区化探指标特征

由晋江凹陷研究区主要油气化探指标异常平面分布(图5)可见, 酸解烃异常主要位于该区的西部, 在中部也有一定程度的分布; 热释烃异常主要位于该研究区的中部, 异常较为连续; 蚀变碳酸盐异常零星分布于研究区的中西部; 芳烃及其衍生物异常在该区呈连续分布, 主要位于中部和北部; 稠环芳烃异常分布在研究区的东南边部和北部; 微生物异常位于该区的南部, 呈片状分布, 在西部也有一定程度的分布。

图5 晋江凹陷研究区各指标地球化学异常分布

总体而言, 在研究区北部, 各化探指标的异常分布较为分散, 分布范围近似, 异常大都位于该区的边部, 各指标异常重叠性较好。

2.3.3 各化探指标的综合异常特征

综合分析九龙江凹陷和晋江凹陷各化探指标的异常分布特征, 发现各指标异常站位总体分布相似。将九龙江凹陷研究区各化探指标进行叠合分析, 初步确定出3个异常区(图6a), 其中I区位于该区东部, II区位于北部, III区位于中西部。该异常整体呈环带状分布, 且环带状异常的中心存在油气微生物指标异常, 与油气微生物勘探的顶部异常理论吻合。3个异常区中, 勘探前景最好的为I区, 其次为II区和III区。

将晋江凹陷各化探指标进行叠合分析, 初步确定4个异常区(图6b), 其中I区各化探指标异常均较明显, 是具有勘探前景的区域; II区位于该区南部, 勘探前景良好; III区位于该区北部, 各化探指标油气异常显示也较明显; IV区化探指标重合性较好。晋江凹陷研究区化探异常整体呈环带状分布, 4个异常区的勘探前景优选次序为I区> II区> III区> IV区。

图6 台湾海峡综合异常分布

3 结论

(1) 台湾海峡盆地西部研究区海底表层沉积物油气地球化学特征表明, 该区存在油气渗漏活动, 各项化探指标均为低背景场。

(2) 研究区油气化探指标有效性分析结果表明, 在海域油气概查(普查)阶段, 所使用的六类化探指标均为有效指标, 且酸解烃、紫外吸收光谱、热释烃和荧光光谱为主要指标, 蚀变碳酸盐和微生物为辅助指标。

(3) 九龙江凹陷和晋江凹陷研究区的各化探指标异常站位总体分布相似, 异常整体呈现环带状分布, 且环带状异常中心存在油气微生物指标异常, 与油气微生物勘探的顶部异常理论吻合。

(4) 综合化探异常表明, 研究区两个凹陷共有7个化探异常优选区, 均具有较好的油气勘探潜力, 应为该区油气详查的优选化探靶区。

致谢:感谢中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所和盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司所有相关工作人员对本工作的支持和帮助。李武高级工程师和陈英伟高级工程师在数据解释方面给予了很大帮助, 在此一并致谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

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