復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁(yè)巖氣保存條件研究

趙文韜，荊鐵亞，姚光華，杜宏宇，吳 斌

(1.中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；2.煤基清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209；3.重慶礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)有限公司，重慶 401123)

0 引 言

頁(yè)巖氣是一種自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣，烴源巖、儲(chǔ)層和蓋層等油氣關(guān)鍵要素均為同一套頁(yè)巖層[1-2]。中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣發(fā)育具有形成時(shí)代老、熱演化程度高、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大、地應(yīng)力狀態(tài)與地表?xiàng)l件復(fù)雜、保存條件差異大等特點(diǎn)[3-4]，因此，有必要對(duì)油氣保存條件進(jìn)行系統(tǒng)性研究[5]。眾多學(xué)者已利用不同手段針對(duì)南方地區(qū)開(kāi)展研究，主要認(rèn)為，頁(yè)巖氣藏更看重抬升剝蝕、斷裂分布及構(gòu)造組合的影響[6-7]，地層水的開(kāi)啟性可能與地層抬升剝蝕、斷裂裂縫發(fā)育、蓋層缺失有關(guān)[8]，并且向斜和背斜具有不同的保存條件[9-10]。

微生物烴檢測(cè)技術(shù)最早形成于20世紀(jì)50年代[11-12]，該技術(shù)能夠通過(guò)地表微生物的富集程度，靈敏、快捷、準(zhǔn)確地識(shí)別下伏油氣藏的存在與分布特征[13]。21世紀(jì)以來(lái)，微生物烴檢測(cè)技術(shù)先后運(yùn)用于沉積型高山區(qū)、鹽湖區(qū)、淺海海域和戈壁沙漠區(qū)，均取得了良好的常規(guī)油氣藏勘探效果[14-16]。2009年至2011年，在鄂爾多斯盆地、青海地區(qū)完成的致密砂巖氣和天然氣水合物勘探，證實(shí)了微生物烴檢測(cè)技術(shù)在非常規(guī)油氣勘探領(lǐng)域的有效性[17-18]；2013年，首次將微生物烴檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于四川盆地頁(yè)巖氣富集區(qū)調(diào)查，在永川-富順區(qū)塊識(shí)別出4個(gè)“甜點(diǎn)”區(qū)，初步證實(shí)微生物烴檢測(cè)技術(shù)在頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”識(shí)別方面的適用性[19-20]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

渝東南地區(qū)位于四川盆地東南部，大地構(gòu)造單元屬于上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)臺(tái)內(nèi)坳陷，地處川中隆起和黔中隆起之間。經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)今形成由多條NE—SW向背、向斜相間排布的褶皺帶，斷裂也普遍發(fā)育。黔江地區(qū)位于渝東南復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的槽—擋過(guò)渡帶，構(gòu)造作用強(qiáng)，地層破壞嚴(yán)重。五峰組—龍馬溪組是研究區(qū)最重要的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層之一，大部分儲(chǔ)層厚度在80 m以上。

濯河壩向斜是黔江地區(qū)最主要的構(gòu)造單元，其西側(cè)與東側(cè)緊鄰天館背斜和咸豐背斜，整體軸向均為NNE—NE向；向斜核部及兩翼發(fā)育多套大—中型斷裂，自西向東依次為王家灣-大河口斷裂、蒼嶺斷裂、雙泉斷裂和鷹家壩-文家槽斷裂和馬喇湖斷裂(圖1)。向斜西翼主要受控于王家灣-大河口逆沖斷裂，而東翼則主要受控于鷹家壩-文家槽斷裂，整體呈對(duì)稱發(fā)育。

圖1 黔江地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖與微生物地質(zhì)調(diào)查剖面分布

2 實(shí)驗(yàn)方法和樣品

2.1 實(shí)驗(yàn)原理與手段

油氣藏中的輕烴以垂向滲漏方式，在近地表誘發(fā)以輕烴為碳源和能量源的烴氧化菌生長(zhǎng)。盡管甲烷(C1)可以最好地反映地下氣藏，但甲烷氧化菌異常的多解性極大；而丁烷(C4)主要為熱成因，且受人為因素影響較小[20]。經(jīng)大量勘探實(shí)踐證實(shí)，丁烷氧化菌與甲烷氧化菌的地表分布特征具有高度相似性，部分峰值甚至更為明顯，表明丁烷氧化菌對(duì)甲烷油氣藏具有良好的識(shí)別效果[21]。因此，文中選取專一性丁烷氧化菌作為微生物烴檢測(cè)研究對(duì)象。

通過(guò)GPS校驗(yàn)、地面土壤采集、樣品記錄等流程，將采集的土壤樣品經(jīng)塑料袋密封后，置于恒溫箱內(nèi)烘烤8～12 h，預(yù)處理后送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，鑒定專性烴氧化菌的含量。

2.2 樣品情況

為了排除土壤吸附氣等噪音數(shù)據(jù)，微生物調(diào)查主要設(shè)計(jì)3類烴檢測(cè)剖面，分別為：沿地震測(cè)線布設(shè)烴檢測(cè)長(zhǎng)剖面2條(L01、L02)，采樣點(diǎn)間距為500 m；在主要斷裂附近設(shè)計(jì)烴檢測(cè)加密剖面10條(F01—F10)，采樣點(diǎn)間距為50～100 m；在目的層出露區(qū)設(shè)計(jì)烴檢測(cè)加密剖面4條(T01—T04)，采樣點(diǎn)間距為50～100 m。另在Q1井區(qū)附近布設(shè)10個(gè)采樣點(diǎn)，以確認(rèn)黔江地區(qū)微生物背景值范圍(圖1)。

3 微生物烴檢測(cè)結(jié)果

3.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)特征

在微生物地質(zhì)勘探中，微生物異常值與背景值的劃分是評(píng)價(jià)探區(qū)油氣有利前景區(qū)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和正演手段，綜合分析得出該區(qū)微生物異常等級(jí)的劃分區(qū)間。

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)公式，確定微生物中異常值范圍為28～52，其下限值控制在30～40。根據(jù)頁(yè)巖氣勘探資料，Q1井為研究區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣井，五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層段含氣性較好，現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量均大于1.0 m3/t，最高值可達(dá)4.3 m3/t。因此，將Q1井作為參考標(biāo)準(zhǔn)，高于此范圍的為有利區(qū)帶。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，Q1井區(qū)周邊微生物平均值為25。綜合考慮多種因素，分別確定研究區(qū)微生物值背景區(qū)、過(guò)渡區(qū)、高值區(qū)。各異常等級(jí)對(duì)應(yīng)范圍和標(biāo)示顏色見(jiàn)表1。

表1 黔江地區(qū)微生物值異常等級(jí)

3.2 平面分布特征

將2條地震測(cè)線長(zhǎng)剖面微生物值投射在地質(zhì)綱要圖上(圖2，斷裂名同圖1)。由圖2可知：黔江地區(qū)南部的L01剖面高異常值較中部的L02剖面更為顯著，說(shuō)明研究區(qū)南部的烴滲漏強(qiáng)于中部；L01剖面中部的高異常值分布集中，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的烴滲漏特征，而其東部整體以低異常值為主，烴滲漏強(qiáng)度較弱；L02剖面異常值較為分散，除東部局部位置，其余點(diǎn)均以中—低異常值為主。

4 分析與討論

4.1 地震測(cè)線剖面分析

通過(guò)將微生物數(shù)據(jù)與黔江地區(qū)地質(zhì)綱要圖疊合(圖2)，得出以下結(jié)論。

(1) L01剖面高異常值主要分布在濯河壩向斜核部。核部發(fā)育大型斷裂系統(tǒng)，斷裂斷距大、延伸長(zhǎng)，具有較大破壞性。地震資料上的“雜亂反射帶”推測(cè)是斷裂破碎帶，導(dǎo)致頁(yè)巖氣保存條件相對(duì)較差(圖3)。將區(qū)域構(gòu)造與微生物分布圖疊合發(fā)現(xiàn)，L01剖面的高異常區(qū)與破碎帶分布密切相關(guān)，主要集中在大河口-蒼嶺-雙泉斷裂系統(tǒng)附近(圖3)。初步分析，斷裂破碎帶造成裂縫大規(guī)模發(fā)育，形成烴滲漏的優(yōu)勢(shì)通道，導(dǎo)致地表微生物高異常值相對(duì)集中。

另外，根據(jù)鉆探結(jié)果可知：向斜核部?jī)?chǔ)層含氣性整體較差，結(jié)合微生物數(shù)據(jù)，推測(cè)與斷裂破碎帶引起頁(yè)巖氣逸散有關(guān)；而在測(cè)線東南部的斷裂欠發(fā)育區(qū)，垂向蓋層封蓋作用較好，微生物值較低，推測(cè)與頁(yè)巖氣沿著西部斷裂系統(tǒng)逸散，導(dǎo)致東部烴類微滲漏相對(duì)較少有關(guān)。

(2) L02地震測(cè)線位于研究區(qū)中部，濯河壩向斜規(guī)模有所縮小，但向斜內(nèi)斷裂系統(tǒng)仍高度發(fā)育，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層破壞嚴(yán)重(圖4)。王家灣-鷹家壩斷裂系統(tǒng)附近為斷裂破碎帶，該區(qū)同時(shí)發(fā)育微生物高異常值，指示斷裂破碎帶控制了地表嗜烴微生物富集。另外，L02測(cè)線西部的桐麻園背斜和東部的咸豐背斜附近也觀測(cè)到微生物高異常值，可能與背斜區(qū)五峰組—龍馬溪組剝蝕嚴(yán)重甚至出露地表，導(dǎo)致烴類沿地層發(fā)生側(cè)向運(yùn)移有關(guān)。

圖3 L01測(cè)線地震剖面與微生物數(shù)據(jù)折線對(duì)比

圖4 L02測(cè)線地震剖面與微生物數(shù)據(jù)折線對(duì)比

4.2 斷裂剖面分析

針對(duì)研究區(qū)6條斷裂剖面進(jìn)行加密采樣，旨在進(jìn)一步查明斷裂對(duì)烴滲漏的控制作用。

4.2.1 向斜翼部單一斷裂

王家灣-大河口斷裂為天館背斜與濯河壩向斜的分界斷裂，斷裂整體走向?yàn)镹NE向，傾向NW向，斷穿整個(gè)黔江地區(qū)，向上斷至地表。從分布特征上看，該斷裂內(nèi)的F01、F03和F04剖面均表現(xiàn)出較好的規(guī)律性，即在斷裂附近微生物值以高異?！弋惓Ｖ禐橹?，但超過(guò)控制范圍后，微生物值急劇下降(圖5a、表2，斷裂名同圖1)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該斷裂所控制的滲漏范圍不超過(guò)300 m；然而，F(xiàn)02剖面整體均表現(xiàn)出低異常特征，推測(cè)與其剛好位于斷裂轉(zhuǎn)換帶，上覆地層封蓋性較好有關(guān)。鷹家壩-文家槽斷裂是濯河壩向斜東翼主要斷裂之一，主要針對(duì)F07—F09等3條剖面進(jìn)行微生物分析(圖5a、表2)。該斷裂微生物值顯著低于向斜核部的雙泉斷裂，但其與向斜西翼的王家灣-大河口斷裂基本持平，其分布特征也類似，即超過(guò)斷裂控制范圍后微生物值明顯降低，反映褶皺兩翼微生物發(fā)育情況具有對(duì)稱性。由北至南這種特征愈發(fā)鮮明，推測(cè)與鷹家壩-文家槽斷裂在濯河壩向斜南段更為發(fā)育，地表破碎程度更高有關(guān)。

4.2.2 向斜核部斷裂破碎帶

雙泉斷裂的2條加密剖面(F05、F06剖面)均呈微生物高異常特征，且高異常值從斷點(diǎn)至兩側(cè)無(wú)明顯衰減(圖5a、表2)。根據(jù)構(gòu)造分析，雙泉斷裂位于濯河壩向斜核部，地層變形嚴(yán)重，斷裂和裂縫高度發(fā)育，因此，其轉(zhuǎn)化為斷裂破碎帶，在斷裂兩側(cè)較寬范圍內(nèi)均檢測(cè)到較高微生物值?？梢?jiàn)，在緊閉向斜核部的大規(guī)模斷裂系統(tǒng)為烴類逸散至地表提供了通道。

表2 各斷裂加密剖面微生物平均值

4.2.3 向斜與背斜過(guò)渡斷裂

馬喇湖斷裂附近布設(shè)F10剖面，總體微生物值較高(圖5a、表2)。該斷裂處于濯河壩向斜與咸豐背斜的過(guò)渡部位，五峰組—龍馬溪組目的層剝蝕嚴(yán)重，因此，可能受側(cè)向運(yùn)移影響，導(dǎo)致其整體呈現(xiàn)微生物高異常特征，分布規(guī)律不明顯。

4.3 目的層剖面分析

除斷裂剖面外還設(shè)計(jì)4條目的層剖面，旨在查明目的層出露對(duì)烴滲漏的控制作用。

4個(gè)目的層剖面雖然處于不同位置，但在五峰—龍馬溪組和上部新灘—小河壩組出露區(qū)均呈現(xiàn)微生物高值特征(圖5b、表3)。這說(shuō)明：一方面，烴類沿目的層順層逸散，從而造成地表目的層微生物富集；另一方面，上覆頁(yè)巖、粉砂巖蓋層裂縫高度發(fā)育，封堵性有限，縱向上形成了烴類逸散優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)頁(yè)巖氣保存極為不利，也均出現(xiàn)微生物高異常的特征。

表3 各層位加密剖面微生物平均值

4.4 有利區(qū)分析

綜上所述：濯河壩向斜核部為斷裂破碎帶，其內(nèi)斷裂和裂縫高度發(fā)育，且向斜南部比北部的斷裂破碎帶更為發(fā)育；破碎帶易形成頁(yè)巖氣逸散有利通道，不利于頁(yè)巖氣藏的后期保存；同時(shí)，五峰組—龍馬溪組目的層及其上部新灘—小河壩組出露區(qū)，由于易發(fā)生頁(yè)巖氣順層或近層泄露，也屬于頁(yè)巖氣保存的不利區(qū)(圖2)；在剔除保存條件欠佳區(qū)后，可指示區(qū)域頁(yè)巖氣保存相對(duì)有利區(qū)，主要位于黔江地區(qū)北部、遠(yuǎn)離目的層出露與斷裂破碎帶發(fā)育區(qū)的Q1井區(qū)，其與實(shí)際鉆井含氣量情況一致，證明微生物烴檢測(cè)技術(shù)在識(shí)別復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁(yè)巖氣保存有利區(qū)方面具有重要的指示作用(圖2)。

5 結(jié) 論

(1) 黔江地區(qū)南部的微生物高異常值較中部更為顯著。南部的高異常值主要集中在向斜核部，東側(cè)翼部則以低異常值為主；中部的高異常值主要集中在向斜兩翼的目的層出露區(qū)。

(2) 不同斷裂的封蓋性存在差異：向斜兩翼斷裂均為單一斷裂，地表微生物呈線性低值分布；而向斜核部則表現(xiàn)為微生物高異常，呈帶狀分布，反映緊閉向斜核部發(fā)育斷裂破碎帶，保存條件較差。

(3) 五峰組—龍馬溪組與其上部的新灘—小河壩組蓋層均表現(xiàn)出微生物高異常值，推測(cè)與新灘—小河壩組裂縫發(fā)育、蓋層垂向封蓋能力有限有關(guān)。

(4) 基于微生物分布特征，優(yōu)選出1個(gè)頁(yè)巖氣相對(duì)有利區(qū)，位于向斜北部Q1井區(qū)。