油氣微生物勘探理論與技術(shù)研究進(jìn)展

湯玉平，許科偉，顧 磊，楊 帆，高俊陽(yáng)，任 春，王國(guó)建

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126)

當(dāng)代微生物學(xué)和分子生物學(xué)的迅速發(fā)展，為開展微生物與油氣之間的相關(guān)性研究提供了技術(shù)支持，推動(dòng)了微生物勘探技術(shù)的發(fā)展。近年來，油氣微生物勘探技術(shù)逐漸被勘探家重視，其理論方法研究和勘查思路方面也有了較大的創(chuàng)新。本文就國(guó)內(nèi)外近幾年油氣微生物勘探進(jìn)展結(jié)合筆者所在課題組的勘探實(shí)踐作一簡(jiǎn)要評(píng)述。

1 油氣微生物檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

大量的油氣指示微生物可能是難培養(yǎng)微生物，無法通過純培養(yǎng)技術(shù)開展研究[1-2]。21世紀(jì)以來，分子生態(tài)學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，特別是近年來得到廣泛關(guān)注的“穩(wěn)定性同位素核酸探針”(DNA/RNA-SIP)技術(shù)，使得研究者能利用該技術(shù)原位示蹤較復(fù)雜環(huán)境下的油氣指示微生物核酸(DNA/RNA)，從分子水平對(duì)油氣生成過程中的活性微生物群落演化開展研究，明確鑒別油氣微生物種類，擴(kuò)充油氣微生物遺傳數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化微生物勘探精度。目前，有關(guān)甲烷氧化菌的DNA/RNA-SIP研究已經(jīng)相對(duì)比較成熟，人們已經(jīng)能夠準(zhǔn)確地提取在甲烷滲漏點(diǎn)原位真實(shí)起作用的微生物信息，包括那些不可培養(yǎng)的微生物[3]。有報(bào)道表明，在降解輕烴的過程中，細(xì)菌種類和數(shù)量隨烷烴鏈長(zhǎng)增加而線性增加，且整個(gè)群落往往呈現(xiàn)專性、兼性和輔助菌并存的狀態(tài)[4]。目前僅有美國(guó)加州大學(xué)Valentine研究小組對(duì)其做過較為系統(tǒng)的研究[1-2]。他們通過測(cè)定碳、氫穩(wěn)定同位素的分餾效應(yīng)，找到了C2—C4在圣芭芭拉海域微滲漏點(diǎn)被微生物好氧降解的地球化學(xué)證據(jù)，并且估算了其降解程度。為找到更直接的證據(jù)，該課題組隨后采用穩(wěn)定同位素核酸探針，成功檢測(cè)到了油氣滲漏點(diǎn)的高活性短鏈烴氧化微生物。在了解原位油氣指示微生物種類之后，可以針對(duì)特定的微生物種屬設(shè)計(jì)引物或探針，只檢測(cè)其中1～2種活性較高的關(guān)鍵微生物，這樣可以提高實(shí)際勘探的準(zhǔn)確性和特異性。

1.1 建立分子生物學(xué)(免培養(yǎng))檢測(cè)技術(shù)

目前油氣微生物勘探技術(shù)仍以傳統(tǒng)培養(yǎng)方法為主，即把整個(gè)土壤微生物群落視作“黑箱”，通過一段時(shí)間的充氣培養(yǎng)后，比較油氣區(qū)和背景區(qū)之間上述兩類微生物數(shù)量和活性的差異，而對(duì)油氣微生物在微滲漏原位的生態(tài)特征卻知之甚少。油氣微生物，特別是難培養(yǎng)微生物的發(fā)育，大概率伴隨有漫長(zhǎng)的油氣藏地質(zhì)歷史過程，因而，自然條件下的油氣藏指示微生物大多長(zhǎng)期處于貧營(yíng)養(yǎng)的狀態(tài)，屬于難培養(yǎng)微生物，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用平板法和最大概率法均難以準(zhǔn)確識(shí)別難培養(yǎng)油氣資源指示微生物的變化特征，很可能會(huì)嚴(yán)重低估其真實(shí)的多樣性水平，忽略未培養(yǎng)微生物的貢獻(xiàn)。因此，僅通過研究可培養(yǎng)的烴氧化菌異常來預(yù)測(cè)下伏油氣藏的存在是不全面、不精確的，需要建立免培養(yǎng)的分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)。

英國(guó)Environgene公司分別在蘭開夏郡和巴倫支海南部進(jìn)行了分子生物學(xué)技術(shù)試驗(yàn)性研究，并申報(bào)兩項(xiàng)國(guó)際專利；分別選用了甲烷單加氧酶基因和烷烴單加氧酶基因?qū)σ阎蜌馓镞M(jìn)行了定量解析，經(jīng)過歸一化后的油氣基因與油氣藏范圍和生產(chǎn)井位置基本吻合；采用微生物勘探方法在中非裂谷盆地某區(qū)塊進(jìn)行圈閉含油評(píng)價(jià)，通過檢測(cè)地表油氣基因豐度，所得的微生物異常與實(shí)際鉆探結(jié)果吻合程度很高。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所在普光氣田利用丁烷氧化基因bomX也取得了較好的指示效果[5]。

筆者所在課題組構(gòu)建了國(guó)際認(rèn)可的油氣基因定量標(biāo)準(zhǔn)樣(甲烷氧化菌pmoA基因和烴氧化菌alkB基因)，定量檢測(cè)樣品中的油氣相關(guān)基因的豐度，編制了應(yīng)用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，建立了分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用研究表明效果良好[6-7]。使得不同來源和不同批次的樣品可以相互比較，保證了工業(yè)化檢測(cè)的穩(wěn)定性，與培養(yǎng)法共同應(yīng)用，可大大提高勘探技術(shù)的可靠性。

1.2 探索油氣微生物群落解析技術(shù)

借助高通量測(cè)序及生物信息學(xué)技術(shù)，可以原位分析地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的微生物群落發(fā)育特征[8-9]，從微生物群落整體的角度表征特定油氣指示微生物的變化，不再局限于單一油氣微生物的研究，而是走向群落及綜合系統(tǒng)的地質(zhì)微生物研究，是微生物勘探技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。筆者所在課題組經(jīng)過攻關(guān)，在油氣基因定量的基礎(chǔ)上，采用分子指紋、穩(wěn)定性同位素探針和高通量測(cè)序等一系列先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)，集成了現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的最新成果，初步建立了全新的油氣指示微生物群落解析技術(shù)。該技術(shù)無需培養(yǎng)，可以準(zhǔn)確、全面地診斷出不同樣品間油氣指示微生物群落之間的差別，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較高，為油氣微生物勘探技術(shù)提供了新思路(圖1)。

1.3 構(gòu)建較為完善的微生物勘探技術(shù)體系

在建立高效油氣微生物檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了較為完善的微生物勘探技術(shù)體系，包括樣品采集、分析檢測(cè)、環(huán)境校正、綜合解釋等。在中國(guó)石化各大油氣田取得了較好的應(yīng)用效果，完善了我國(guó)油氣地球化學(xué)勘探技術(shù)序列。油氣微生物勘探技術(shù)與常規(guī)化探、物探、地質(zhì)等結(jié)合使用，可以提高勘探成功率。

1.3.1 微生物與各類指標(biāo)結(jié)合

微生物勘探和傳統(tǒng)油氣化探都是在輕烴垂直微滲漏理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其不同在于，微滲漏引起的微生物異常通常表現(xiàn)為頂端異常，且微生物對(duì)油氣藏滲漏輕烴的改造及分配有顯著影響。此外，現(xiàn)今的烴滲漏才會(huì)引發(fā)微生物異常，歷史的烴滲漏則沒有效用[10]。因此，通過微生物勘探發(fā)現(xiàn)的油氣滲漏異常，對(duì)油氣勘探具有現(xiàn)實(shí)意義。而烴類檢測(cè)指標(biāo)則具有較高靈敏度，且可對(duì)下伏油氣流體性質(zhì)進(jìn)行鑒定[11-12]。張春林等[13]結(jié)合微生物和常規(guī)化探的優(yōu)勢(shì)，在四川盆地鎮(zhèn)巴區(qū)塊長(zhǎng)嶺—龍王溝地區(qū)開展了研究。宏滲漏微生物及烴檢測(cè)異常指標(biāo)通常呈線狀分布，烴濃度較高，C6+較多，烷烴/烯烴值較高；而微滲漏微生物異常指標(biāo)則呈散亂分布，烴濃度較低，C6+較少，烷烴/烯烴值較低，有效地識(shí)別了烴類微滲漏與宏滲漏區(qū)域。此外，油氣勘探中發(fā)現(xiàn)油氣異常通常與磁化率異常具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且有些油氣藏上部地層中出現(xiàn)磁性礦物(主要是磁鐵礦和磁黃鐵礦)的聚集，而這些磁性礦物有很大一部分是由趨磁細(xì)菌產(chǎn)生的，筆者注意到最近已有研究人員通過趨磁細(xì)菌來快速診斷土壤石油烴污染狀況[14]，那么在油氣藏上方的趨磁細(xì)菌是否可以作為另一種類型的油氣指示微生物尚有待研究。值得注意的是，地表植被和微量元素也可能是非常好的輔助指標(biāo)，阿根廷Larriestia微生物勘探公司就做了有益的嘗試[15]，取得了較好的應(yīng)用效果。

1.3.2 微生物與地球物理結(jié)合

微生物勘探是探測(cè)油氣微滲漏的有效手段，具有直接、快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可以判識(shí)下伏有無油氣藏的信息，但不能識(shí)別圈閉類型，也不能直接指示油氣儲(chǔ)層深度及儲(chǔ)量。如果要建立深部油藏與地表烴類滲漏和油氣圈閉之間的聯(lián)系，就必須依托地球物理技術(shù)[16]，如劃定3D地震數(shù)據(jù)中的烴類遷移路徑。Larriestia公司首次在3D地震中利用氣體煙囪概率體積幫助確定烴類在油田中的生成位置和運(yùn)移路徑，其原理是通過提取氣煙囪多個(gè)地震屬性而生成一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過這種方式，煙囪概率體積法作為微生物勘探的一個(gè)重要補(bǔ)充，能夠幫助解釋人員更好地了解從烴類生成位置開始的整體勘探區(qū)間信息[17]。

2 油氣微生物勘探機(jī)理研究進(jìn)展

2.1 初步構(gòu)建中國(guó)石化油氣指示微生物數(shù)據(jù)庫(kù)

除烴類外，微生物生長(zhǎng)的周邊環(huán)境因素對(duì)其發(fā)育豐度也有影響，如土壤的濕潤(rùn)程度、酸堿度、鹽度、營(yíng)養(yǎng)成分等。如果微生物發(fā)育的數(shù)量變化是由環(huán)境因素導(dǎo)致的，就會(huì)引起油氣富集或貧乏的假象。柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)勘探表明，地表沉積物嚴(yán)重鹽堿化，滲漏輕烴在多數(shù)土壤樣品有發(fā)現(xiàn)，卻不發(fā)育甲烷氧化菌，導(dǎo)致微生物背景值幾乎為零。因此，在開展相關(guān)影響因素研究時(shí)，需考慮探區(qū)實(shí)際環(huán)境條件具體分析，確定指導(dǎo)油氣勘探的微生物種群、發(fā)育機(jī)理和異常模式，以完善油氣微生物勘探技術(shù)。

圖1 油氣勘探微生物分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)框架Fig.1 Technical framework for molecular biology detection of microorganisms in oil and gas exploration

目前已完成了多個(gè)典型油氣田(勝利油田、長(zhǎng)嶺油氣田、江蘇油田、江漢油田、春光油田、玉北油田、杭錦旗氣田、鎮(zhèn)涇油田、普光氣田、南陽(yáng)油田、北部灣油田等)的野外調(diào)查和取樣工作。采集了油田區(qū)、油氣田區(qū)和氣田區(qū)的樣品，利用微生物高通量群落解析技術(shù)，深度分析了油氣微生物類群分布特征，為區(qū)分下伏油氣屬性奠定了基礎(chǔ)；采集了不同地理位置的油氣田區(qū)的地表樣品，包括東北平原區(qū)、華北平原區(qū)、西北黃土區(qū)和沙漠區(qū)、南方地區(qū)及濱海、河湖邊岸地區(qū)，為研究環(huán)境因素對(duì)油氣指示菌發(fā)育的作用、確定取樣深度等奠定了基礎(chǔ)；分別采集油氣田區(qū)、干井區(qū)和背景區(qū)的樣品，為油氣微生物勘探參考體系的建立提供支撐。數(shù)據(jù)庫(kù)中同時(shí)配套對(duì)應(yīng)的指示菌數(shù)量范圍、地表環(huán)境參數(shù)(包括地表溫度、樣品濕度、顏色、巖性、pH值、有機(jī)含量和地表植被等)、最佳采樣深度、地質(zhì)背景條件等關(guān)鍵信息。在此基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建了中國(guó)石化油氣指示微生物數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 初步明晰高頻油、氣指示菌種

對(duì)各大含油氣盆地的典型油氣藏上方土壤中的甲烷氧化菌和丁烷氧化菌數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示不同環(huán)境中油氣微生物豐度差異顯著(圖2)。與油氣化探指標(biāo)呈現(xiàn)西高東低的規(guī)律不同，油氣指示微生物豐度與地表環(huán)境的關(guān)系非常密切。春光油田和玉北井區(qū)均為沙漠區(qū)或沙漠化區(qū)，其微生物值比其他油田普遍低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。而江蘇、南陽(yáng)、江漢等區(qū)塊由于遍布農(nóng)田等濕度和有機(jī)質(zhì)濃度較高的生境，故其微生物值普遍較高。由此可見，水分和有機(jī)質(zhì)等非烴生態(tài)因子在一定程度上也能影響油氣指示微生物的生長(zhǎng)發(fā)育，在實(shí)際勘探樣品采集時(shí)應(yīng)盡量避免使非烴生態(tài)因子成為限制性生態(tài)因子。如不能避免，應(yīng)盡量采集同一生境的勘探樣品。

結(jié)合高通量測(cè)序技術(shù)和傳統(tǒng)分離篩選方法初步獲取了油氣指示微生物菌種類型數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中除包含己知具有C2—C4烴降解能力的棒桿菌(Corynebacteria)、諾卡氏菌(Nocardia)、分支桿菌(Mycobacterium)、紅球菌屬(Rhodococcus)、假單胞菌(Pseudomonas)和具有甲烷降解能力的甲基單胞菌(Methylomonas)、甲基球菌屬(Methylococcus)、甲基桿菌屬(Methylobacter)、甲基微菌(Methylomicrobium)、甲基彎曲菌屬(Methylosinus)和甲基孢囊菌屬(Methylocystis)之外，還新發(fā)現(xiàn)40株具有油氣指示意義的菌株，如偽諾卡氏菌(Pseudonocardia)、紅螺菌屬(Rhodospirillum)、紅弧菌屬(Rhodovibrio)、鏈霉菌(Streptomyces)、產(chǎn)黃桿菌屬(Rhodanobacter)等。針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中所涉及的指示微生物菌種及其相對(duì)豐度，采用數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)不同樣點(diǎn)進(jìn)行了綜合打分，分別計(jì)算油總指數(shù)和氣總指數(shù)，對(duì)不同地區(qū)典型油氣藏進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)識(shí)別效果非常明顯。其中8株典型油氣指示微生物菌被國(guó)家微生物保藏中心收藏。

圖2 典型油氣藏上方土壤中的甲烷氧化菌、丁烷氧化菌及化探豐度場(chǎng)分布特征Fig.2 Distribution characteristics of methane oxidizing bacteria, butane oxidizing bacteria and geochemical abundance field in soil above typical oil and gas reservoirs

對(duì)以含氣為主的普光氣田和以含油為主的春光油田典型油氣藏上方的土壤樣品進(jìn)行丁烷氧化菌的培養(yǎng)、分離和純化，然后通過16SrRNA測(cè)序分析，利用BLAST軟件將所測(cè)得的序列與GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中已登錄的序列進(jìn)行同源性比較分析，利用生物信息學(xué)等方法分析典型油氣藏上方土壤中油氣指示菌的物種豐度和相對(duì)組成特征。發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)背景、不同地理地貌條件下，不同含油氣區(qū)的主要油氣指示菌種類具有一定程度的差異。經(jīng)過十幾個(gè)油氣區(qū)油氣指示菌的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其中的高頻油指示菌和高頻氣指示菌可以作為通用種屬進(jìn)行油氣藏預(yù)測(cè)。其中，高頻油指示菌(AMNR族)為：節(jié)桿菌(Arthrobacter)、分枝桿菌、諾卡氏菌和紅螺菌；而高頻氣指示菌為：甲基球菌、甲基桿菌和甲基孢囊菌。

2.3 人工模擬明確微生物與烴類響應(yīng)關(guān)系

研制了烴類長(zhǎng)期馴化的微生物模擬裝置，開展了持續(xù)三年的人工模擬實(shí)驗(yàn)研究，通過長(zhǎng)期(30個(gè)月)觀測(cè)烴類誘導(dǎo)下的微生物數(shù)量和群落變化[18]及對(duì)應(yīng)的烴類濃度、組成和穩(wěn)定性同位素?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)甲烷氧化菌和丁烷氧化菌分別對(duì)氣和油有明確并且不同的響應(yīng)曲線(第9～12個(gè)月后穩(wěn)定)，停止供烴后(吹脫)，油氣微生物數(shù)量緩慢回落至較低水平(第8～10個(gè)月后)，印證了微生物與烴類的響應(yīng)關(guān)系(圖3)。發(fā)現(xiàn)的油氣指示關(guān)鍵種屬甲基球菌、甲基孢囊菌、紅螺菌、諾卡式菌等在實(shí)際油氣藏上方都有發(fā)現(xiàn)，并且都是高頻菌種，表明理論上利用微生物指示菌判識(shí)油氣是有效的。

3 國(guó)內(nèi)外微生物勘探應(yīng)用研究進(jìn)展

近幾年，多家機(jī)構(gòu)先后在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、南海等區(qū)塊進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用，取得了較好的效果[19-31]。目前微生物勘探技術(shù)已成為石油地質(zhì)和地球物理技術(shù)的一項(xiàng)重要輔助技術(shù)，在常規(guī)以及非常規(guī)油氣藏勘探方面均有報(bào)道(表1)。

在頁(yè)巖氣勘探中，原生頁(yè)巖氣藏較高的異常壓力、氣藏的隱蔽特性、頁(yè)巖孔隙與微裂縫發(fā)育和氣藏富集程度成正相關(guān)等有利成藏特點(diǎn)，均有助于發(fā)揮油氣微生物勘探的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確表征頁(yè)巖氣富集規(guī)律，圈定有利目標(biāo)區(qū)，降低勘探風(fēng)險(xiǎn)[19]。目前美國(guó)、加拿大、中國(guó)等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已進(jìn)行了初步的試驗(yàn)性研究[32-33]。

圖3 人工模擬條件下油氣微生物變化特征Fig.3 Characteristics of oil and gas microbial changes under artificial simulation conditions

表1 近期國(guó)內(nèi)外油氣微生物勘探應(yīng)用概況Table 1 Overview of recent oil and gas microbial exploration applications at home and abroad

在天然氣水合物勘查方面，中國(guó)青藏高原凍土帶自然地理?xiàng)l件極其惡劣，常規(guī)地球物理勘察手段難度大、成本高，亟需結(jié)合實(shí)際條件采用更加便捷、可靠、經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)，以推進(jìn)該地區(qū)天然氣水合物勘探。在青海木里天然氣水合物試驗(yàn)調(diào)查中，選用甲烷氧化菌、丁烷氧化菌和酸解烴相結(jié)合的地球化學(xué)檢測(cè)手段，取得了較好的勘查效果，為凍土帶水合物資源探尋指明了新的方向[34]。在海洋天然氣水合物勘查方面，既往研究表明，在含有天然氣水合物的沉積物中，豐富的碳源為微生物發(fā)育提供了豐沛的養(yǎng)分，微生物豐度與甲烷濃度變化存在密切聯(lián)系。太平洋東海岸秘魯和喀斯喀特外海含有天然氣水合物的站位的微生物豐度研究發(fā)現(xiàn)，表層古菌占比高于不含天然氣水合物的站位。這可能是由于水合物穩(wěn)定帶下伏的甲烷或碳?xì)浠衔锪黧w上升，為表層古菌提供了充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧化劑，從而增大了古菌豐度[35]。南海東沙海域水合物調(diào)查區(qū)研究[36-37]也發(fā)現(xiàn)，冷泉沉積物微生物豐度與甲烷濃度存在正相關(guān)，這與前述研究高度吻合。

非構(gòu)造圈閉識(shí)別是非構(gòu)造油氣藏勘探的難點(diǎn)。以柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)為例，生物氣勘探長(zhǎng)期以來著眼于構(gòu)造氣藏[38]。2008年，臺(tái)南9井、臺(tái)南10井、澀34井喜獲工業(yè)氣流，顯示該地區(qū)巖性氣藏勘探具有良好前景[20]。盎億泰公司在三湖坳陷開展了微生物勘探試驗(yàn)，分析土壤中的甲烷氧化菌[39]。長(zhǎng)江大學(xué)袁志華等[40]通過在柴北緣馬10井區(qū)進(jìn)行油氣微生物勘探，展示該地區(qū)有一定的含氣遠(yuǎn)景。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所聯(lián)合應(yīng)用連續(xù)電磁剖面法和微生物基因定量技術(shù)，在研究程度較低的蘇干湖盆地油氣勘查得到了重要發(fā)現(xiàn)，油氣藏發(fā)現(xiàn)潛力巨大[21]。

微生物數(shù)據(jù)的地質(zhì)解釋上，長(zhǎng)江大學(xué)基于“取之于油田，用之于油田”的思想，利用現(xiàn)有地質(zhì)、地震、測(cè)井和鉆井測(cè)試等資料，以及專性微生物分析結(jié)果，進(jìn)行精確厘定。建立了較為完備的油氣微生物異常區(qū)分級(jí)評(píng)價(jià)體系——PI(Potential Index)指標(biāo)體系，即綜合了油藏或天然氣異常區(qū)的異常最大值、異常平均值、異常區(qū)面積、異常區(qū)形態(tài)及與構(gòu)造的相互關(guān)系，在已有探井等基本資料的情況下還包括儲(chǔ)層深度和開采情況等因素，將這些不同參數(shù)經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型處理得出指標(biāo)。PI值越高的異常區(qū)，表明其油氣前景越好。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，根據(jù)PI值對(duì)異常區(qū)進(jìn)行歸類，如A，B，C，D等，在渤海灣盆地惠民凹陷陽(yáng)信洼陷地區(qū)的微生物勘探中取得了良好的效果[41]。對(duì)油氣微生物勘探解釋模型進(jìn)行了有益嘗試，即利用石油地質(zhì)資料、地震數(shù)據(jù)、微生物異常數(shù)據(jù)和輕烴分析資料，運(yùn)用Petrel建模軟件，通過地質(zhì)建模、計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，設(shè)計(jì)并探索油氣微生物勘探解釋模型[42]。此外，美國(guó)環(huán)境生物技術(shù)公司(EBT)也形成了一套運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析得出鉆井成功概率的微生物勘探成果地質(zhì)解譯方法，在南美地區(qū)取得了良好的應(yīng)用效果。

筆者所在課題組近年來在蘇北、渤海灣、松遼、江漢、塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、四川和鄂爾多斯等多個(gè)含油氣盆地持續(xù)開展了大量的應(yīng)用研究工作。

3.1 準(zhǔn)噶爾西北緣某區(qū)塊油氣微生物勘探

該區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子凸起上，區(qū)域構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起區(qū)東部，是一個(gè)具有多層系、多圈閉類型和多油品的復(fù)式油氣聚集區(qū)。研究區(qū)為荒漠—沙漠環(huán)境，干燥、缺少植被的地表環(huán)境使得土壤中微生物豐度普遍較低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，并對(duì)比不同環(huán)境下微生物數(shù)量的變化趨勢(shì)，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，將荒漠—沙漠環(huán)境下的微生物異常值分為3個(gè)等級(jí)：大于50為高值異常區(qū)；介于30～50為異常區(qū)；低于30為背景區(qū)。

研究區(qū)西南部分布有古近系、白堊系和侏羅系3套儲(chǔ)層，其中T33，T67井為投產(chǎn)油井。圖4為該區(qū)塊西南部甲烷氧化菌異常分布圖(其中a圖為無錫石油地質(zhì)研究所成果，b圖為EBT公司成果)。可以看出，甲烷氧化菌異常高值區(qū)分布集中，在油氣藏上方顯示出頂端異常模式。其中在T33井區(qū)到T67井區(qū)形成了高值異常區(qū)，該區(qū)新近系沙灣組和侏羅系巖性油氣藏分布較廣，且為輕質(zhì)油，表明甲烷氧化菌對(duì)油藏分布有很好的指示意義。微生物異常與地球物理資料能很好地吻合，與井位分布對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，后續(xù)鉆探油氣井(T130，T67-3)均分布于微生物異常范圍內(nèi)。

3.2 順北重點(diǎn)探區(qū)有利區(qū)預(yù)測(cè)

順北地區(qū)是沙雅隆起的外延部分，該區(qū)奧陶系具有和塔河油田南部托甫臺(tái)—躍參區(qū)塊相似的成藏地質(zhì)背景，碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育。西部阿瓦提—阿滿過渡帶寒武—奧陶系烴源巖發(fā)育，經(jīng)歷了多次生排烴過程，鄰區(qū)托甫臺(tái)—躍參區(qū)塊鉆井在奧陶系獲工業(yè)油氣流，已形成產(chǎn)能建設(shè)陣地。目前已探明的多個(gè)油氣富集區(qū)，都是沿大型斷裂帶分布。特別是從深層寒武系延伸到奧陶系的深大斷裂，控藏特征非常明顯。

采用微生物勘探技術(shù)對(duì)順北重點(diǎn)區(qū)塊所采集的樣品進(jìn)行檢測(cè)，基于鄰區(qū)和類比區(qū)建立的正演模型，依據(jù)微生物異常和油氣屬性判識(shí)，結(jié)合石油地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)資料，開展油氣富集區(qū)預(yù)測(cè)研究。結(jié)果顯示，在順北1斷裂構(gòu)造帶上方呈現(xiàn)出強(qiáng)烈異常，與鉆探結(jié)果具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明建立的模型可以用于預(yù)測(cè)。具體表現(xiàn)為斷裂帶和非斷裂帶上方具有差異性，斷裂交會(huì)處化探異常強(qiáng)。以此為模型，進(jìn)一步針對(duì)臨區(qū)4號(hào)巖溶圈閉進(jìn)行含油氣性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示順北3號(hào)斷裂構(gòu)造帶上方異常明顯，具有良好的勘探前景(圖5)。后續(xù)鉆探的順北3井在該異常中心區(qū)獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，驗(yàn)證了微生物技術(shù)在超深層斷溶油氣藏勘探領(lǐng)域的有效性。在順8井北三維區(qū)開展了微生物地球化學(xué)勘探，在圈定的微生物明顯異常內(nèi)，后續(xù)鉆探順北7、順北71X井均獲高產(chǎn)油氣流。

圖4 準(zhǔn)噶爾西北緣某區(qū)塊甲烷氧化菌異常分布Fig.4 Distribution of methane oxidizing bacteria anomalies in a block on the NW margin of Junggar Basin

圖5 塔里木盆地順北油田順北1井區(qū)微生物異常分布Fig.5 Distribution of microbial anomalies in Shunbei 1 well area of Shunbei Oil Field, Tarim Basin

4 結(jié)論與展望

近年來隨著現(xiàn)代微生物學(xué)的快速發(fā)展，油氣微生物檢測(cè)技術(shù)和機(jī)理及應(yīng)用研究同步取得明顯進(jìn)展。開展了油氣指示微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)、群落演替規(guī)律和類群分布的相關(guān)性研究，建立了分子生物學(xué)技術(shù)和群落解析技術(shù)。針對(duì)不同油氣藏類型、不同地理?xiàng)l件的油氣區(qū)樣品，初步構(gòu)建了我國(guó)典型含油氣盆地油氣指示菌數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)了高頻油氣指示菌。人工模擬結(jié)果表明，不同烴類組分馴化下微生物及群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯差異性和響應(yīng)關(guān)系，提供了微生物勘探技術(shù)的理論依據(jù)。應(yīng)用研究表明，在各種不同類型油氣藏上方微生物異常都能很好地體現(xiàn)出油氣藏的“生理體征”，顯示出良好的應(yīng)用前景。

為了完善油氣微生物勘探技術(shù)，本文認(rèn)為在以下方面值得進(jìn)一步探索和研究：

(1)開展我國(guó)油氣微生物指示菌種數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)與應(yīng)用研究；

(2)制定油氣微生物勘探技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)樣)；

(3)開展微生物群落(屬、種)演替規(guī)律及相關(guān)性研究，建立完善的油氣微生物群落解析技術(shù)；

(4)加強(qiáng)油氣微生物干擾因素研究，建立不同地區(qū)與條件干擾因素評(píng)估手冊(cè)；

(5)開展模擬實(shí)驗(yàn)研究，建立實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期觀測(cè)機(jī)制，完善油氣微生物勘探機(jī)理；

(6)開展分子生物學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步開展活性檢測(cè)技術(shù)完善與應(yīng)用；

(7)開展復(fù)雜地區(qū)尤其沙漠、戈壁區(qū)等的樣品采集與檢測(cè)技術(shù)研發(fā)；

(8)探索頁(yè)巖氣甜點(diǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)；

(9)加強(qiáng)地質(zhì)、物探、常規(guī)化探與微生物的結(jié)合分析，探索綜合解釋模型與評(píng)價(jià)技術(shù)。