我国海域油气资源勘探正在成为未来油气勘探取得新突破的重点方向。海域油气化探方法因其具有低廉的成本，可快速进行大范围的油气远景预测，成为海域油气初步勘探的优势方法。近地表油气地球化学勘查的关键是所用指标物对其下伏油气藏指征意义的可靠性。Calhoum等^{[1, 2, 3]}在西得克萨斯和新墨西哥西南地区利用野猫钻对单环芳烃BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)指标进行了研究，在发现有油气的钻井上方，BTEX异常非常显著，利用BTEX这种异常对地下油气藏进行预测，准确率达76.2％。这是由于单环芳烃BTEX具有不易受细菌分解作用影响，几乎存在于任何类型的油气藏，化学性质稳定且分子体积小、易于运移，可在油气藏顶部形成稳定异常^{[4, 5]}等优点。在我国，刘海生^[6]对BTEX的油气地球化学勘探效果展开了研究，认为BTEX指标对下伏油气藏具有专一性。张勇等^[7]、孙春岩等^[8]利用激光单分子及单分子探测技术，确定了钻井样品和海底1.5 m深处底泥样品的BTEX指标异常与油气藏直接相关并具有高分辨、高精度特征，能够作为指示烃类信息的分子示踪，是有价值的油气地球化学勘探指标。但是，由于海洋钻探耗资巨大，底泥的采集与激光单分子分析成本高昂，限制了BTEX示踪在海域油气化探工作中的推广。若能在海底表层沉积物中探测到微量苯系物含量异常，并能用于推测地下油气藏、生烃灶，这对于海洋油气化探研究工作具有极其重要的意义。

本文采集了辽东湾海域海洋表层沉积物样品，利用汪双清等^[9]建立的热解析气相色谱技术进行苯系物含量测定，分析海洋表层沉积物中的微量苯系物含量特征，旨在研究海洋表层沉积物中的苯系物含量对油气藏及生油凹陷的指示作用。

1.   表层沉积物样品采集

辽东湾坳陷是渤海湾盆地的一个次级构造单元，发育辽东凹陷、辽中凹陷、辽西凹陷3个负向构造单元和辽东凸起、辽西低凸起2个正向构造单元。辽东湾凹陷在新生代经历了古近纪裂陷沉降阶段和新近纪后裂陷沉降阶段^{[10, 11, 12]}，盆地内发育大量断层。采样位置选择位于山海关以东海域的浅海表层沉积物，构造上横跨辽西凹陷南侧、辽西南凸起、辽西凸起和辽中凹陷西南边缘，共选取35处采样点，采集表层沉积物样品(0～15 cm)。采样点位置见图 1。其中点B1～B4位于渤海盆地以外的沿海海域，点4、6、7、15、29、30位于渤海油田工作区内，点18～22、26、31位于辽西南凸起之上的海域内，其余采样点位于辽西凹陷之上的海域内。

图  1  研究区及采样点位置分布

Figure  1.  The illustration of sampling location in this study

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2.   沉积物样品分析

2.1   沉积物样品的准备

沉积物样品于室温下晾干后，碾细至630 μm(40目)。称取50.0 g样品，置于带密封垫盖的100mL螺口玻璃瓶中，加入20 μL浓度为0.2 mg/mL的4-溴氟苯二氯甲烷溶液。旋紧瓶盖，充分振摇以混匀样品。隔4、8、16、20 h各振摇1次后，放置24h以上，以备分析。

2.2   仪器及分析条件

CDS 8000热解析仪(美国CDS公司)，GC 2010气相色谱仪(日本岛津公司)。

渤海沉积物样品分析按照文献[9]中的仪器条件和实验要求完成。

3.   研究区苯系物特征分析

3.1   样品苯系物含量特征

根据苯系物与4-溴氟苯的质量比值和色谱峰面积比值之间的数学关系，建立内标法标准曲线，计算出渤海表层沉积物中各苯系物的含量，如图 2所示。

图  2  辽东湾沉积物样品苯系物的含量

Figure  2.  Analytical results of BTEX content in samples of Liaodong Bay

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不同采样区域采样点的苯系物含量有明显差异。位于沿海海域的点B1～B4的六种苯系物组分含量均明显高于其他样品；位于生烃凹陷和油田区的样品(点 1～7、点12～22)苯系物含量较稳定，变化较小；而位于辽西南凸起与辽中凹陷交界区域上方的样品点23～27苯系物含量变化较大。辽东湾凹陷构造复杂，下伏多条断裂，苯系物含量的异常应与该区特殊的构造特征有关^[13]。

3.2   研究区苯系物分布特征

3.2.1   沿岸海域样品苯系物含量特征

将沿岸海域样品与含油气盆地海域内样品的苯系物含量进行对比(见图 3a)，发现沿岸海域表层沉积物中的苯系物含量明显高于含油气盆地上方沉积物中的苯系物含量，并且苯和间二甲苯的差异最明显。沿岸海域不同样品的苯系物含量也有一定差异(见图 3b)。

图  3  沿岸海域沉积物样品苯系物含量特征

Figure  3.  Characteristics of BTEX content in sediments along the coastal area

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BTEX中的6种苯系物(苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯)都是常规石油化工产品，通常作为溶剂等化工原料使用，广泛应用并存在于工业和民用产品中；它们都是易挥发物质，通过大气沉降与河流输入都可以对海洋沉积物造成污染^{[14, 15]}。样品采集区处于被稠密人口居住的陆地所围绕的海湾，离岸距离不足百公里，BTEX污染物很容易到达，可能导致沿岸海域表层沉积物中的苯系物含量明显高于远岸地区。实验数据结果显示，越靠近海岸的区域，石油烃类污染的含量越高，相对应的苯系物含量也越高，表明海洋表层沉积物中苯系物含量很可能受人类活动的影响。此外，图 3A中沿岸与含油气盆地区样品的分析结果显示6种苯系物的含量变化的比例也不尽相同，苯和间二甲苯的含量变化最大，这可能与石油烃类污染物中的苯系物含量有关。

海洋表层沉积物由于直接与海洋水体接触，并接受海水中沉降物质，其中的苯系物含量较易受到除地下烃类微运移外的其他因素影响，同时，在辽东湾表层沉积物采集区域，石油开发生产已经持续多年，这一过程也可能对于区域内沉积物造成程度不等的BTEX污染。因此，在应用海洋表层苯系物含量指标时，要综合勘探区构造地质条件及其他化探指标，以减少其他因素导致的苯系物含量异常及单一化探指标的多解性，有效地提高化探工作准确度。

3.2.2   油田工作区上方苯系物含量变化

为验证海洋表层沉积物中的苯系物含量与石油烃类影响的相关关系，本文选择采样点并按照逐渐远离油田区工作(点5～10)和靠近油田区(点11～15)的顺序进行了排序对比(图 4，采样点位置见图 1)。对比结果显示，苯、甲苯、间二甲苯、邻二甲苯含量从点5～10有明显的下降趋势，从点11～15有明显的上升趋势，乙苯与对二甲苯虽然变化趋势不明显，但总体变化趋势与其他苯系物含量一致。这表明海洋表层沉积物中苯系物的含量与地下油气藏具有相关性，油气藏上方的沉积物中苯系物含量较高，但不同苯系物含量的变化幅度有明显差异。除此之外，点1～4也表现出了与采样点位置良好的相关性，点16～22由于均处于油田工作区外，距离地下油气藏较远，苯系物含量总体较低，未表现出明显变化。点23～31将在后文单独分析。

图  4  与油田工作区距离不同的表层沉积物中苯系物含量变化图

Figure  4.  The correlation analysis between BTEX content and the distance between sample and oil field

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分析结果表明，油气藏上方的表层沉积物中苯系物含量较高，靠近油田工作区苯系物含量增高趋势明显，证明了利用表层沉积物中苯系物含量判断下伏油气藏方法的有效性。苯和间二甲苯含量均高于甲苯、乙苯、对二甲苯和邻二甲苯，且较为稳定，并且二者对石油烃类影响的响应更为明显。虽然苯系物含量在靠近油气藏上方时，总体表现出增高趋势，但由于苯系物含量的绝对差值较小，并非所有样品严格符合递增趋势，因此若直接只应用BTEX含量进行油气藏勘查是不可取的。

3.2.3   生烃凹陷上方苯系物含量特征

将凹陷内外样品的苯系物含量进行对比(图 5)，发现凹陷外样品的苯系物含量低于凹陷内样品，对二甲苯和间二甲苯均表现出明显的差别。程军等^[16]研究表明，烃类在温度、压力、浓度及水动力梯度等因素的制约下，沿着一定的通道垂向微运移，岩石中孔隙和微裂隙为主要通道。烃类垂向微运移是客观存在的，这也为利用BTEX变化找油气技术方法提供了理论依据。油气从生烃灶沿优势运移通道向外运移，生烃灶上部、优势运移通道上部的石油烃类微运移作用较强，从而导致生烃凹陷上方表层沉积物中的苯系物含量高于生烃凹陷外样品。数据分析结果显示，生烃凹陷上方的沉积物中苯系物含量高于凹陷外，对二甲苯和间二甲苯表现出明显差异，表明表层沉积物中的苯系物含量对下伏生烃凹陷具有一定的指示作用，对二甲苯和间二甲苯的指示效果较好。油田工作区及含油凹陷上方表层沉积物中的苯系物含量特征证实了利用表层沉积物中BTEX含量预测含油气前景区的有效性，展示了该技术方法在海域油气化探领域良好的应用前景。

图  5  生烃凹陷内外样品的苯系物含量对比

横坐标为样品点，纵坐标为苯系物含量；采样点编号在10之前为凹陷内样品，编号在10之后为凹陷外样品。

Figure  5.  Comparison of BTEX content between samples of internal and external hydrocarbon generation depression

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3.2.4   苯系物含量异常点分析

表层沉积物中的苯系物含量随着采样点与生烃凹陷、油田区的距离变化而变化，采样点23～25、点27、点31远离油田工作区及辽西凹陷中心，按照烃类物质的微运移理论，其苯系物含量应低于油田区和凹陷中心样品含量，但其测试数据结果明显偏高，与相邻采样点的苯系物含量有明显差异，本文称之为苯系物含量异常点。

为判断异常高值的形成原因，本文结合贯穿采样区域的构造剖面图(图 6，剖面平面位置见图 1)进行分析。剖面特征表明，辽西凹陷与辽中凹陷地层沉积作用明显受到凹陷东南侧同沉积断层的影响，沉积地层厚度向东南侧凹陷中心快速增大，加之丰富的有机质含量，可成为良好的生烃灶，凹陷西侧处于构造高位，由于浮力作用，油气由生烃灶沿优势运移通道向上运移，若无其他构造条件影响，此处应是良好的地层圈闭，因此在辽中凹陷与辽西凸起接触地带形成了绥中油田区丰富的油气资源(图 6右侧圆圈位置)^{[17, 18, 19]}。

图  6  辽东湾地区(中部)构造剖面图

Figure  6.  Structure sectional drawing of central Liaodong Bay

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观察这三个采样点的位置可发现，这些异常点均位于辽西南凸起与辽西凹陷的交界地带(图 6左侧圆圈位置)，若无其他影响因素，沉积物中苯系物含量的异常高值表明地下应存在良好的油气聚集；但与辽中凹陷不同的是，辽西凹陷在与辽西南凸起的交界地带存在一条张性断裂，通常张性断裂的封闭条件较差，形成优势运移通道，油气的保存条件较差，易形成强烈油气散失，这也导致其上方的沉积物中苯系物含量更高，甚至高于油田工作区样品的苯系物含量。此外，辽西凹陷有大量断裂发育，生烃灶中的油气很可能在向上运移的同时沿着张裂隙向上逸散，进而在表层沉积物中形成明显的苯系物含量异常，从而扰乱生烃灶上方微运移形成的沉积物中苯系物含量变化趋势，这也是研究区生烃凹陷内与凹陷外样品的苯系物含量差异较小的原因。表层沉积物中苯系物含量不仅受到油气藏、生烃灶的影响，构造特征导致的烃类逸散对其影响更加明显，因此，在分析沉积物中的苯系物含量特征、利用其调查地下油气资源时，必须结合研究区的盆地构造特征，结合数据结果综合分析，才能得到较为可靠的结论。

4.   结语

本文通过渤海辽东湾海域表层沉积物的苯系物含量分析，证实了海洋表层沉积物中的苯系物含量与地下油气藏、生油凹陷的关系。海洋表层沉积物中的苯系物含量对地下油气藏具有良好的指示作用。靠近油气藏上方的沉积物中苯系物含量升高； 随着采样点与油气藏距离的增加，苯系物含量降低，苯和间二甲苯响应较为明显。生油凹陷上方的苯系物含量较高，间二甲苯在凹陷内外的含量差异明显，可以对生烃凹陷的判别起到一定的指示作用。

已有的研究由于激光单分子及单分子探测技术^{[20, 21]}检测成本过高，导致BTEX指标在大范围海洋油气化探工作中的应用受到了限制。而本文利用海洋表层沉积物样品研究BTEX的含量变化特征，可以减小采样成本，利用热解析气相色谱法分析检测苯系物含量方便、快捷，为BTEX指标的应用开拓了新路径。研究认为，由于人类活动的污染以及断裂构造对表层沉积物中的苯系物含量造成了明显的影响，增加了利用苯系物含量异常预测地下油气藏的不确定因素，因此在开展海洋油气勘查工作时应结合研究区地质构造、多种化探指标综合分析，以达到较好的预测效果。