微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在黃土塬地貌區(qū)油氣勘探中的應(yīng)用

曹 軍，周進(jìn)松，銀 曉，李園園，劉 鵬，丁 力，梁永興

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.盎億泰地質(zhì)微生物技術(shù)(北京)有限公司，北京 102200)

0 引 言

地質(zhì)微生物學(xué)是在地球化學(xué)和微生物學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科[1]。油氣微生物勘探技術(shù)是基于地質(zhì)微生物學(xué)理論而形成的新型油氣勘探技術(shù)[2-5]。微生物勘探技術(shù)在油氣勘探中應(yīng)用最為廣泛的是微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)(MGCE)和微生物油氣勘查技術(shù)(MPOG)[6-13]。其中，MGCE技術(shù)由微生物石油調(diào)查技術(shù)(MOST)和土壤吸附氣技術(shù)(SSG)2項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成，分別從微生物學(xué)和地球化學(xué)2個(gè)維度刻畫油氣藏中輕烴微滲漏的特征。該技術(shù)2007年第一次被引入中國陸上油氣勘探領(lǐng)域，已在中國的山地、沙漠、戈壁、海洋等多種地貌區(qū)應(yīng)用，并取得了令人矚目的初步成果[10-13]。然而，目前未見此項(xiàng)技術(shù)在黃土塬地貌區(qū)開展油氣勘探應(yīng)用的報(bào)道。

鄂爾多斯盆地東南部富縣北部天然氣勘探程度低。工區(qū)位于黃土塬地貌區(qū)，地表溝壑縱橫、起伏強(qiáng)烈，地震響應(yīng)非常微弱，地震勘探適用性差，流體檢測(cè)難度大[14]，而依靠鉆井進(jìn)行油氣勘探，其投資風(fēng)險(xiǎn)大。而采用微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)能對(duì)黃土塬地貌區(qū)進(jìn)行直接的烴檢測(cè)，以評(píng)價(jià)區(qū)帶內(nèi)含油氣性和范圍，將為黃土塬地貌區(qū)油氣有利區(qū)帶篩選和勘探部署提供參考依據(jù)，從而降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)，提高勘探成功率。

1 工區(qū)概況

工區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部。行政區(qū)大致位于陜西省延安市西南部50 km的富縣張家灣鎮(zhèn)和甘泉縣下寺灣鎮(zhèn)交界處。工區(qū)地處黃土塬區(qū)，地表溝壑縱橫、起伏劇烈，海拔在800～1 500 m左右。

工區(qū)構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東南部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單。工區(qū)鉆遇的地層包括第四系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系。古生界主要發(fā)育上古生界致密砂巖氣藏和下古生界奧陶系海相碳酸鹽巖氣藏。主力含氣層為馬家溝組馬五1+2亞段,，本溪組，山西組山1段、山2段和下石盒子組盒8段[15-17]。工區(qū)內(nèi)中生界主要產(chǎn)油層為上三疊統(tǒng)延長組，自上而下也劃分為10個(gè)油層組，油藏類型以巖性油藏為主，儲(chǔ)層具有低孔、特低滲的特征，油氣大面積分布，但油氣資源豐度較低[18-20]。

截至目前，在180 km2工區(qū)范圍內(nèi)僅鉆探有天然氣井12口，其中，探井為8口、開發(fā)井為4口，勘探開發(fā)程度低。鉆井表明，工區(qū)內(nèi)是上古生界和下古生界天然氣疊合富集區(qū)，以下古生界馬家溝組馬五1+2、馬五4為主，其次為上古生界山西組山1段和下石盒子組盒8段。因此，該區(qū)具有較好的含氣前景。工區(qū)內(nèi)石油勘探開程度較高，區(qū)內(nèi)已有油井44口，38口井初試產(chǎn)油，平均初期日產(chǎn)油為1.81 t/d，最小日產(chǎn)油0.08 t/d(蘆106井)，最大日產(chǎn)油為7.30 t/d(蘆129井)。從平面分布來看，工區(qū)的西北部和南部的部分區(qū)域油產(chǎn)量相對(duì)較高，中部及東南部油產(chǎn)量相對(duì)較低。

2 微生物布測(cè)方案及實(shí)驗(yàn)分析

2.1 方案設(shè)計(jì)原則及結(jié)果

微生物區(qū)帶烴檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)通常采用密測(cè)線(點(diǎn)間距為250～500 m不等)或者稀網(wǎng)格(1～2 km不等)。由于工區(qū)地貌復(fù)雜，溝壑縱橫，加之地下地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層橫向變化快，圈閉目標(biāo)較小(一般為2～5 km2)，使用稀網(wǎng)格布設(shè)方式難以控制局部圈閉目標(biāo)。因此，在滿足區(qū)帶評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，綜合考慮油氣地質(zhì)研究成果，選擇密測(cè)線布設(shè)方式。為了便于土壤樣品采集工作的開展，微生物測(cè)線沿黃土塬沖溝道路臨近區(qū)布設(shè)，測(cè)線總長約為65 km，測(cè)點(diǎn)間距為330 m，總測(cè)點(diǎn)為201個(gè)(圖1)。

2.2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

野外施工實(shí)際采樣位置一般在距離道路100 m左右的山坡上，避開了河流、人畜活動(dòng)區(qū)，從而減少潛在人為干擾，共采集201個(gè)土壤樣品。所有采集的樣品進(jìn)行MOST分析，選擇微生物異常相關(guān)的1/10測(cè)點(diǎn)進(jìn)行SSG實(shí)驗(yàn)分析。

微生物實(shí)驗(yàn)分析采用平板培養(yǎng)法，檢測(cè)過程采用特殊的培養(yǎng)基對(duì)土壤樣品中的烴氧化菌進(jìn)行專一性的培養(yǎng)和計(jì)數(shù)。具體實(shí)驗(yàn)方法為：①將待測(cè)樣品經(jīng)適當(dāng)稀釋后，其中的微生物充分分散成單個(gè)細(xì)胞；②取一定量的稀釋樣液接種到平板上；③經(jīng)過培養(yǎng)，由每個(gè)單細(xì)胞生長繁殖而形成肉眼可見的菌落，即一個(gè)單菌落應(yīng)代表原樣品中的一個(gè)單細(xì)胞(圖2)。對(duì)培養(yǎng)之后的平板進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，并進(jìn)行計(jì)算后得到微生物值(Microbial Value，簡稱MV)。

土壤吸附氣的實(shí)驗(yàn)分析采用酸解吸附烴方法，地球化學(xué)烴檢測(cè)分析步驟包括：①稱重，將土壤進(jìn)行必要的預(yù)處理，對(duì)天平進(jìn)行校正后，稱取一定質(zhì)量的土壤于脫氣瓶中待處理；②脫氣，將脫氣裝置抽真空后，向裝有土壤的脫氣瓶中加入酸，并保持一定的溫度進(jìn)行酸解；③洗提，脫出的氣體經(jīng)堿洗提，以去除二氧化碳?xì)怏w，之后剩下的氣體收集到集氣瓶中；④檢測(cè)，使用精度在10-6級(jí)的氣相色譜分析對(duì)集氣瓶中的氣體組分進(jìn)行分析。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1 微生物烴檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1) 地表影響因素分析。MOST技術(shù)最大的特點(diǎn)為熱成因烴作為微生物的碳源具有極強(qiáng)的專屬性。這種專屬性微生物的異常存在直接反映深部油氣藏的存在，其受環(huán)境因素影響較小，而游離氣技術(shù)通常受到環(huán)境和微生物活動(dòng)的影響較大[12]。從地貌環(huán)境看，工區(qū)皆為黃土塬地貌，環(huán)境基本一致，采集的樣品均以亞黏土為主，樣品性狀相似。因此，專性烴氧化菌對(duì)食物(碳源)的高度選擇性決定了MOST技術(shù)烴檢測(cè)結(jié)果的唯一性。

(2) 微生物異常分級(jí)及平面分布。微生物異常值與背景值的劃分是評(píng)價(jià)探區(qū)內(nèi)含油氣前景的關(guān)鍵。研究采用頻率直方圖和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，初步確定工區(qū)異常值與背景值的界限，劃分微生物異常等級(jí)，然后結(jié)合工區(qū)內(nèi)已知井的鉆探結(jié)果，綜合分析得出該區(qū)的MV背景值和各級(jí)MV異常等級(jí)。

通過分析研究，研究區(qū)的MV異常門檻值定為90，即MV值在90以上認(rèn)定為異常值，指示較高微滲漏強(qiáng)度；而MV值在90以下則為低異常和背景值，指示較弱或無微滲漏強(qiáng)度。為了區(qū)分不同的烴類微滲漏異常點(diǎn)和異常區(qū)，采用5個(gè)等級(jí)來刻畫，并分別以紅色、橙色、黃色、綠色和藍(lán)色代表，分別對(duì)應(yīng)為超高異常、高異常、中異常、低異常和背景值(表1)。

表1 工區(qū)微生物數(shù)理統(tǒng)計(jì)和異常分級(jí)Table 1 Microbial mathematical statistics and anomaly classification in the study area

微生物異常等級(jí)劃定后，對(duì)微生物異常區(qū)進(jìn)行圈定、評(píng)價(jià)和解釋。微生物異常區(qū)圈定以黃色下限為邊界，異常評(píng)價(jià)主要是從異常區(qū)內(nèi)的微生物強(qiáng)度(平均值)、可靠性(異常比例)、連續(xù)性(長度)方面進(jìn)行。通過對(duì)微生物異常平面特征的研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)微生物背景和異常區(qū)分顯著。以微生物中異常下限為邊界圈定了微生物異常的范圍，共識(shí)別出9個(gè)穩(wěn)定的微生物異常(編號(hào)為Ⅰ～Ⅸ)。通過微生物異常長度、強(qiáng)度和占比的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)Ⅳ、Ⅸ號(hào)異常強(qiáng)度最高，分別高達(dá)180和177；Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ號(hào)異常強(qiáng)度次之，為115～155。

根據(jù)異常分布趨勢(shì)進(jìn)一步分為3個(gè)區(qū)帶，即西北部區(qū)帶、中部區(qū)帶和東南部區(qū)帶，異常區(qū)帶統(tǒng)計(jì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，西北部區(qū)帶的微生物平均值為94，中部區(qū)帶的微生物平均值為154，東南部區(qū)帶的微生物平均值為84(表2)?？梢钥闯?，微生物異常高值主要集中在中部區(qū)帶，西北部和東南部區(qū)帶整體異常均值相對(duì)較低，局部有連續(xù)異常分布(圖3)。

圖3 工區(qū)微生物異常區(qū)帶平面分布圖Fig.3 Plane distribution map of abnormal microbial zones in the study area

表2 研究區(qū)微生物有利區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Data statistics of favorable microbial zones in the study area

2.3.2 地球化學(xué)烴檢測(cè)結(jié)果與分析

為了比較全面地識(shí)別微生物異常區(qū)下伏滲漏烴源的油氣性質(zhì)，在分析微生物成果的基礎(chǔ)上，在工區(qū)內(nèi)選取了40個(gè)樣品進(jìn)行了地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析。地球化學(xué)烴檢測(cè)的對(duì)象為土壤中酸解吸附的C1～C4+烴含量，檢測(cè)結(jié)果位于檢測(cè)值下限之上為穩(wěn)定酸解吸附烴數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果均在檢測(cè)限之上，因此，40個(gè)樣品的酸解吸附烴數(shù)據(jù)可靠。

乙烷和丙烷雙組分關(guān)系圖版顯示二者具有較好的線性關(guān)系，表示此次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，且油氣性質(zhì)以油氣并存為主(圖4)。

圖4 研究區(qū)油氣性質(zhì)雙組分圖版Fig.4 Two-component chart of oil and gas properties in the study area

將地球化學(xué)烴檢測(cè)結(jié)果中的C1～C4組分處理后得到的C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4) 3組分交會(huì)圖版(圖5)。由圖5可知，工區(qū)的整體油氣性質(zhì)以油氣并存為主，且西北部、中部和東南部微生物有利區(qū)的油氣性質(zhì)差別不大。中部異常所代表的油氣成熟度要略高于西北部和東南部，指示含氣的可能性更大。

圖5 研究區(qū)油氣性質(zhì)3組分圖版Fig.5 Tri-component chart of oil and gas properties in the study area

3 微生物油氣地質(zhì)綜合研究

綜合研究一般以微生物異常區(qū)為研究對(duì)象，從地質(zhì)資料的平面特征或剖面特征等方面進(jìn)行研究。通過地質(zhì)資料和微生物成果的綜合對(duì)比研究，解釋微生物異常所指示的油氣地質(zhì)意義。此次研究以鉆井試油試氣資料為主。

3.1 微生物結(jié)果與已鉆探井對(duì)比

通過微生物異常與已有鉆井對(duì)比，經(jīng)過微生物測(cè)線的油氣井共16口，其中，油井為13口，氣井為3口，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)吻合的油氣井為14口(表3)，說明過工區(qū)測(cè)線的已鉆井結(jié)果與微生物檢測(cè)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了微生物勘探技術(shù)在該區(qū)具有適用性。

表3 微生物異常與已鉆井產(chǎn)能平面疊合圖及吻合情況統(tǒng)計(jì)Table 3 Plane superposition map of microbial abnormalities and productivity in drilled wells and coincidence statistics

3.2 含油氣潛力綜合分析

工區(qū)中生界延長組普遍含油，通過微生物勘探成果與油井初試產(chǎn)能對(duì)比發(fā)現(xiàn)：西北部微生物異常與背景值區(qū)分顯著，整體異常強(qiáng)度中等，異常區(qū)內(nèi)產(chǎn)油量相對(duì)較高，且I號(hào)微生物異常西北部延1129井鉆探獲日產(chǎn)氣為0.75×104m3/d；中部區(qū)帶的微生物均值高，異常強(qiáng)度大，連續(xù)性好，而產(chǎn)油量相對(duì)較低，與微生物強(qiáng)度高的特征不符，區(qū)內(nèi)鉆探發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)氣井(延1034井日產(chǎn)氣為5.95×104m3/d)，且多口井為氣層井，指示含氣潛力較大，推測(cè)除中生界含油層系之外，中部區(qū)帶古生界地層含氣潛力可能較大；東南部區(qū)帶微生物整體以中低值為主，局部存在微生物異常區(qū)，產(chǎn)油量也相對(duì)較低(圖6)。

圖6 微生物有利區(qū)帶與試油等值線疊合圖Fig.6 Superposition map of favorable microbial zones and oil test contour

由于微生物異常是多層系油氣疊合的綜合反應(yīng)，中部的油產(chǎn)能相對(duì)較低，而微生物異常發(fā)育，因此，推測(cè)中部深層古生界含氣潛力較大。

通過與深層多套含油氣目的層對(duì)比研究認(rèn)為，馬五段白云巖坪等有利含氣相帶廣泛發(fā)育。馬五1亞段具有明顯的NE—SW向的地層剝蝕線。中部微生物區(qū)帶(III、IV、V、VI、VII)分布范圍與該層剝蝕線附近地層對(duì)應(yīng)較好；西北部微生物區(qū)帶主要分布在尖滅區(qū)之外(I、II)；微生物東南部有利區(qū)位于遠(yuǎn)離地層尖滅線，對(duì)應(yīng)的地層厚度較大。馬五2亞段地層厚度向西北部有減薄的趨勢(shì)，整體厚度變化不大(6～9 m)，微生物分布規(guī)律與該層的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明顯。其中，II、IV號(hào)微生物異常位距離尖滅線較近(圖7)。因此，推測(cè)中部微生物異常區(qū)帶與深層馬五段關(guān)系密切，可以作為下一步天然氣勘探的重點(diǎn)層段。

圖7 微生物有利區(qū)帶與馬五1亞段、馬五2亞段地層厚度疊合圖Fig.7 Superposition map of favorable microbial zones and thickness of Ma 51 sub-member and Ma 52 sub-member

4 結(jié) 論

(1) 工區(qū)微生物異常背景區(qū)分顯著，影響因素分析排除地貌干擾，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和頻率直方圖法以及正演井的標(biāo)定，確定了工區(qū)微生物異常等級(jí)，圈定了9個(gè)微生物異常區(qū)，可劃分3個(gè)區(qū)帶。

(2) 綜合研究認(rèn)為，中部微生物區(qū)帶異常強(qiáng)度高，指示深層含氣前景好；西北部微生物區(qū)帶異常非均質(zhì)性強(qiáng)，局部微生物異?？赡芘c古生界地層含氣有關(guān)；東南部微生物區(qū)異常發(fā)育規(guī)模較小，整體含氣前景可能一般。

(3) 微生物及地球化學(xué)成果指示工區(qū)油氣并存。微生物勘探技術(shù)在黃土塬地貌區(qū)的含氣性評(píng)價(jià)方面具有一定的適用性，可為黃土塬地貌區(qū)油氣有利區(qū)帶篩選和勘探部署提供參考依據(jù)。