準(zhǔn)噶爾盆地東北緣油氣微滲漏地表酸解烴測(cè)試分析

于浩，孫衛(wèi)東，匡薇，關(guān)維娜，李云鵬

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000)

酸解烴技術(shù)作為烴類直接檢測(cè)指標(biāo)，隨著色譜分析技術(shù)的發(fā)展而日益完善并被廣泛應(yīng)用[1]。該方法以烴類垂向微滲漏理論為基礎(chǔ)，將土壤中釋放的氣體經(jīng)堿溶液吸收除去CO2后，利用氣相色譜儀分析烴類氣體濃度，來判定油氣異常，從而指出油氣聚集的有利部位。近年來，AAPG多次組織了以“近地表烴類運(yùn)移機(jī)制與滲漏率”為專題的國(guó)際性地學(xué)會(huì)議，產(chǎn)生了廣泛影響。Klusman等通過研究前人成果，系統(tǒng)論述了烴類垂向微運(yùn)移的“微氣泡遷移機(jī)制”，較好地解釋了烴類運(yùn)移過程中的“色層效應(yīng)”。國(guó)內(nèi)運(yùn)用油氣微滲漏理論在松遼盆地、塔里木盆地雅克拉、內(nèi)蒙古西部等地進(jìn)行氣層識(shí)別、油氣潛力評(píng)估等方面取得了良好的勘探效果[2-4]。

由于烴類垂向微運(yùn)移過程極復(fù)雜，諸多因素對(duì)其產(chǎn)生影響，理論研究與實(shí)際測(cè)量結(jié)果有較大差距，面臨的最大難題是非油氣來源或其它成因烴類的干擾，使分析結(jié)果具多解性。因此，地表酸解烴氣體影響因素及消除方法的研究與分析是油氣化探工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文以準(zhǔn)噶爾盆地東北緣研究區(qū)地表樣品測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)油氣微滲漏酸解烴氣體的主要干擾因素進(jìn)行分析和消除，并對(duì)酸解烴指標(biāo)在研究區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣烏倫古坳陷，主要由石炭系、三疊系、侏羅系及白堊系組成，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，缺失二疊系、中下三疊統(tǒng)及新生界[5]，地層厚3 000～5 000 m。地貌以新月型沙丘、低山丘陵和山前沖積平原為主，植被較發(fā)育，以草本植物為主，伴生稀疏灌木。半個(gè)多世紀(jì)以來，該區(qū)經(jīng)歷了多次的地球物理勘探和地質(zhì)構(gòu)造研究，基本明確了控制烏倫古坳陷的主要邊界斷裂展布，內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)單元組成，但始終難以形成中型以上規(guī)模的油氣田(圖1)。

1 數(shù)據(jù)獲取

1.1 樣品采集與測(cè)試

研究區(qū)采集樣點(diǎn)間距約1 000 m，采樣深度為0.5～1.0 m，盡可能保證樣品采集層位和巖性統(tǒng)一，采樣時(shí)盡量避開低洼河道、茂盛植被等污染源。樣品統(tǒng)一包裝，記錄編號(hào)準(zhǔn)確，確保樣品質(zhì)量，共采集162個(gè)地表土壤樣。其中，酸解烴測(cè)試7種輕烴氣體，X射線衍射測(cè)得粘土類、非粘土類礦物含量。

1.2 酸解烴氣體相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

從樣品酸解烴測(cè)試結(jié)果可見，多數(shù)樣品檢測(cè)到異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷和正丁烷，指標(biāo)分布具有 C1＞C2＞C3＞C4＞C5的特點(diǎn)(表 1)。甲烷與總烴相關(guān)系數(shù)為1，說明重?zé)N含量相對(duì)較低，總烴主要受甲烷含量的影響(后續(xù)的分析以甲烷作為酸解烴氣體研究對(duì)象)，重?zé)N與乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷的相關(guān)系數(shù)大于0.96，表明為正常熱演化成因的油氣異常。

圖1 研究區(qū)中生代構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Division map of Mesozoic tectonic units in the study area

1.3 碳酸鹽與酸解烴氣體相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

酸解烴法是在抽真空、加熱、恒溫的情況下加鹽酸、脫氣的過程，由于酸破壞礦物結(jié)構(gòu)，樣品中的碳酸鹽遇酸分解，釋放內(nèi)部所含的烴類氣體，與其運(yùn)移烴疊加在一起，導(dǎo)致酸解烴濃度比正常含量增高,造成酸解烴假異常[7]。因此，樣品的酸解烴甲烷隨著樣品中方解石(碳酸鹽)含量的增加而明顯增高，使二者的相關(guān)性較高。

由表2可見，X射線衍射測(cè)試結(jié)果中與甲烷氣體相關(guān)性最高的礦物為碳酸鹽類的方解石，相關(guān)系數(shù)為0.664 2，其他礦物與甲烷氣體含量相關(guān)性均不高。

表1 測(cè)試樣品酸解烴氣體指標(biāo)相關(guān)系數(shù)分布表Table 1 Correlation index distribution of acid hydrocarbon gas index for test sample

表2 酸解烴與X射線衍射測(cè)試結(jié)果相關(guān)系數(shù)表Table 2 Correlation coefficient of acidolysis hydrocarbon and X ray diffraction

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 土壤碳酸鹽含量的排除與抑制

樣品中的碳酸鹽含量與酸解烴指標(biāo)含量有一定的相關(guān)性，為抑制碳酸鹽含量的影響，目前常用的方法是當(dāng)兩者呈線性關(guān)系時(shí)，利用回歸分析法，對(duì)碳酸鹽一定含量的各采樣點(diǎn)中酸解烴含量進(jìn)行校正[8]。即將碳酸鹽作為自變量，酸解烴作為因變量，回歸方程為：

校正方程相應(yīng)為：

其中，S校正為校正后的酸解烴量值；S酸解烴為大于均值的酸解烴測(cè)量值；S碳酸鹽為碳酸鹽含量；V碳酸鹽為碳酸鹽他碳酸鹽含量均值。

由此可將酸解烴指標(biāo)隨碳酸鹽含量增加的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的值降低，從而達(dá)到抑制碳酸鹽對(duì)酸解烴指標(biāo)濃度的影響(圖2)。

圖2 碳酸鹽對(duì)酸解烴測(cè)試含量修正對(duì)比圖Fig.2 Comparison of the content correction of carbonate for acidolysis hydrocarbons

2.2 異常門限值的確定

對(duì)于不同位置的采樣點(diǎn)背景值和異常門限值主要采用《油氣地球化學(xué)勘探方法與應(yīng)用》中的統(tǒng)計(jì)法確定，背景值即為采樣點(diǎn)的算術(shù)平均值，而異常門限值是相對(duì)于背景而言的，通常是指偏離背景值且對(duì)油氣分布具有指示意義的數(shù)據(jù)，常用下式求出：異常門限值δ(式中——算術(shù)平均值；n——倍數(shù)；δ——方差)。本次工作中n取1。對(duì)上述經(jīng)碳酸鹽較正后的甲烷含量進(jìn)行計(jì)算，得到研究區(qū)甲烷的異常門限值為227.15 μL/kg，據(jù)此可知研究區(qū)樣品中甲烷異常為26個(gè)。

2.3 烴類特征比值分析

由于地表烴異常成因復(fù)雜，可能是地下油藏、煤層或油氣活動(dòng)的反映，也可能是現(xiàn)代生物降解的烴類或人類活動(dòng)等干擾因素所引起。因此，必需對(duì)所發(fā)現(xiàn)的烴類異常進(jìn)行成因判別，以找出與油藏有關(guān)的異常。烴類特征比值法是較簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的方法，實(shí)踐證明是行之有效的[9]。

對(duì)各種成因類型的油氣藏的長(zhǎng)期研究過程中發(fā)現(xiàn)：不同生油階段的油氣藏，其烴類組份有特定的組構(gòu)特征，經(jīng)系統(tǒng)地對(duì)比研究后總結(jié)出以下幾種特征參數(shù)：①干燥系數(shù)(C1/∑Cn)：指甲烷與總烴的比值，系數(shù)值便越大，甲烷所占比重就越大；②平衡系數(shù)((C1+C2)/(C3+C4+C5))，由于 C3、C4、C5在近地表?xiàng)l件下由有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化形成的可能性小或量小，因而當(dāng)與已知油氣藏特征值對(duì)比時(shí)，系數(shù)偏高，說明烴類成份以 C1、C2為主，而 C3、C4、C5等重?zé)N含量相對(duì)較少，從而判定異?？赡転榈乇砀蓴_引起；③其他比值(C1/C2、C3/C1)。對(duì)上述26個(gè)高于異常門限值的樣品進(jìn)行烴類特征比值的對(duì)比?？梢?，高于異常門限值的樣品以石油伴生氣居多(表3)。

表3 烴類特征比值與油氣藏關(guān)系表Table 3 Relation between hydrocarbon characteristic ratio and hydrocarbon reservoir

2.4 干燥系數(shù)分析

研究區(qū)地表植被發(fā)育，必須考慮地質(zhì)沉積中有機(jī)質(zhì)厭氧降解，產(chǎn)生甲烷氣體對(duì)酸解烴測(cè)試結(jié)果的影響。利用酸解烴氣體中甲烷、總烴的含量與烴源巖的熱演化程度密切相關(guān)，采用干燥系數(shù)(甲烷/總烴)反映不同油氣藏的來源及影響程度。不同烴源巖類型或不同演化程度的烴源巖干燥系數(shù)不同，隨著烴源巖熱演化程度的提高干燥系數(shù)增大，地表厭氧細(xì)菌作用使富甲烷的烴類富集，從而影響干燥系數(shù)顯著偏大[7]。

以NW向局部斷裂將研究區(qū)分為南北兩部分，北區(qū)地勢(shì)較高，植被不發(fā)育，土壤以粘土為主，南部地勢(shì)偏低，植被較發(fā)育，土壤以砂土或亞砂土為主。

研究表明，酸解烴異常含量與干燥系數(shù)在區(qū)域上具較強(qiáng)的差異(表4)。以酸解烴氣體含量較多的甲烷為例，北區(qū)甲烷含量均值為215.238 μL/kg，高于異常門限值的樣品19個(gè)，南區(qū)的甲烷含量均值為63.829 μL/kg，高于異常門限值的樣品7個(gè)，北區(qū)不僅甲烷均值含量高，而且高于異常門限值的樣品數(shù)量多且集中。從干燥系數(shù)來看，北區(qū)干燥系數(shù)均值為0.808，南區(qū)干燥系數(shù)均值為0.844，北部明顯小于南部，同時(shí)也小于全部樣本的干燥系數(shù)均值0.831。

可見，一方面北區(qū)較南區(qū)的干燥系數(shù)低，說明北區(qū)地表有機(jī)質(zhì)中厭氧細(xì)菌產(chǎn)生的甲烷氣體較少，另一方面，酸解烴測(cè)試數(shù)據(jù)中北區(qū)甲烷氣體明顯高于南區(qū)。表明干燥系數(shù)結(jié)合酸解烴異常在研究區(qū)北部輕烴微滲漏具一定的指示意義，但仍需進(jìn)一步驗(yàn)證與分析。

表4 甲烷含量與干燥系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of methane content and drying coefficient

3 結(jié)論與討論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地東北緣烏倫古凹陷及其鄰區(qū)第四系以沖、洪積的砂礫層、粘土或風(fēng)成砂為主，烴類物質(zhì)與土壤中碳酸鹽含量關(guān)系密切，通過回歸分析法對(duì)土壤碳酸鹽的影響進(jìn)行排除與抑制，對(duì)酸解烴含量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行校正。

(2)進(jìn)一步確定甲烷含量校正數(shù)據(jù)的異常門限值，采用烴類特征比值法，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)與分析，認(rèn)為研究區(qū)高于異常門限值的樣品以石油伴生氣居多。

(3)研究區(qū)南北兩個(gè)區(qū)域酸解烴氣體含量與干燥系數(shù)具較強(qiáng)差異，北區(qū)較南區(qū)的干燥系數(shù)低，而酸解烴甲烷氣體含量明顯高于南區(qū)，表明北區(qū)地表厭氧細(xì)菌產(chǎn)生的甲烷氣體較少，干燥系數(shù)結(jié)合酸解烴異常在研究區(qū)北部輕烴微滲漏具一定的指示意義，但仍需進(jìn)一步驗(yàn)證與分析。

在近地表油氣化探工作中，酸解烴作為重要的油氣微滲漏信息指標(biāo)，是諸多因素共同作用的綜合反映，其中有油氣信息和干擾信息，影響這一指標(biāo)的因素有地層、樣品巖性、碳酸鹽含量、生化作用等，很難用某些方法一一消除，分析結(jié)果具較大的不確定性和多解性，需要配合其他指標(biāo)或手段進(jìn)行佐證，使其在油氣勘探中發(fā)揮更大作用。

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