趙文韜，荊鐵亞，姚光華，杜宏宇，吳 斌

(1.中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；2.煤基清潔能源國家重點實驗室，北京 102209；3.重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司，重慶 401123)

0 引 言

頁巖氣是一種自生自儲的非常規(guī)天然氣，烴源巖、儲層和蓋層等油氣關(guān)鍵要素均為同一套頁巖層[1-2]。中國南方海相頁巖氣發(fā)育具有形成時代老、熱演化程度高、構(gòu)造運動強度大、地應(yīng)力狀態(tài)與地表條件復(fù)雜、保存條件差異大等特點[3-4]，因此，有必要對油氣保存條件進行系統(tǒng)性研究[5]。眾多學(xué)者已利用不同手段針對南方地區(qū)開展研究，主要認為，頁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]。

微生物烴檢測技術(shù)最早形成于20世紀50年代[11-12]，該技術(shù)能夠通過地表微生物的富集程度，靈敏、快捷、準確地識別下伏油氣藏的存在與分布特征[13]。21世紀以來，微生物烴檢測技術(shù)先后運用于沉積型高山區(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，證實了微生物烴檢測技術(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技術(shù)應(yīng)用于四川盆地頁巖氣富集區(qū)調(diào)查，在永川-富順區(qū)塊識別出4個“甜點”區(qū)，初步證實微生物烴檢測技術(shù)在頁巖氣“甜點”識別方面的適用性[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)造單元屬于上揚子準地臺臺內(nèi)坳陷，地處川中隆起和黔中隆起之間。經(jīng)多期構(gòu)造運動，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—擋過渡帶，構(gòu)造作用強，地層破壞嚴重。五峰組—龍馬溪組是研究區(qū)最重要的頁巖氣儲層之一，大部分儲層厚度在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，整體呈對稱發(fā)育。

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

2 實驗方法和樣品

2.1 實驗原理與手段

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。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)大量勘探實踐證實，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，表明丁烷氧化菌對甲烷油氣藏具有良好的識別效果[21]。因此，文中選取專一性丁烷氧化菌作為微生物烴檢測研究對象。

通過GPS校驗、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)處理后送至實驗室進行檢測，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3類烴檢測剖面，分別為：沿地震測線布設(shè)烴檢測長剖面2條(L01、L02)，采樣點間距為500 m；在主要斷裂附近設(shè)計烴檢測加密剖面10條(F01—F10)，采樣點間距為50～100 m；在目的層出露區(qū)設(shè)計烴檢測加密剖面4條(T01—T04)，采樣點間距為50～100 m。另在Q1井區(qū)附近布設(shè)10個采樣點，以確認黔江地區(qū)微生物背景值范圍(圖1)。

3 微生物烴檢測結(jié)果

3.1 數(shù)理統(tǒng)計特征

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價探區(qū)油氣有利前景區(qū)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般來說，應(yīng)采用統(tǒng)計學(xué)和正演手段，綜合分析得出該區(qū)微生物異常等級的劃分區(qū)間。

利用統(tǒng)計學(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)頁巖氣勘探資料，Q1井為研究區(qū)內(nèi)頁巖氣井，五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖層段含氣性較好，現(xiàn)場解析含氣量均大于1.0 m3/t，最高值可達4.3 m3/t。因此，將Q1井作為參考標準，高于此范圍的為有利區(qū)帶。經(jīng)統(tǒng)計，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)、過渡區(qū)、高值區(qū)。各異常等級對應(yīng)范圍和標示顏色見表1。

表1 黔江地區(qū)微生物值異常等級

3.2 平面分布特征

將2條地震測線長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，說明研究區(qū)南部的烴滲漏強于中部；L01剖面中部的高異常值分布集中，表現(xiàn)出了較強的烴滲漏特征，而其東部整體以低異常值為主，烴滲漏強度較弱；L02剖面異常值較為分散，除東部局部位置，其余點均以中—低異常值為主。

4 分析與討論

4.1 地震測線剖面分析

通過將微生物數(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，具有較大破壞性。地震資料上的“雜亂反射帶”推測是斷裂破碎帶，導(dǎo)致頁巖氣保存條件相對較差(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)勢通道，導(dǎo)致地表微生物高異常值相對集中。

另外，根據(jù)鉆探結(jié)果可知：向斜核部儲層含氣性整體較差，結(jié)合微生物數(shù)據(jù)，推測與斷裂破碎帶引起頁巖氣逸散有關(guān)；而在測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，推測與頁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較少有關(guān)。

(2) L02地震測線位于研究區(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，頁巖氣儲層破壞嚴重(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測線西部的桐麻園背斜和東部的咸豐背斜附近也觀測到微生物高異常值，可能與背斜區(qū)五峰組—龍馬溪組剝蝕嚴重甚至出露地表，導(dǎo)致烴類沿地層發(fā)生側(cè)向運移有關(guān)。

圖3 L01測線地震剖面與微生物數(shù)據(jù)折線對比

圖4 L02測線地震剖面與微生物數(shù)據(jù)折線對比

4.2 斷裂剖面分析

針對研究區(qū)6條斷裂剖面進行加密采樣，旨在進一步查明斷裂對烴滲漏的控制作用。

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，斷裂整體走向為NNE向，傾向NW向，斷穿整個黔江地區(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常—超高異常值為主，但超過控制范圍后，微生物值急劇下降(圖5a、表2，斷裂名同圖1)。經(jīng)統(tǒng)計，該斷裂所控制的滲漏范圍不超過300 m；然而，F(xiàn)02剖面整體均表現(xiàn)出低異常特征，推測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F07—F09等3條剖面進行微生物分析(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)育情況具有對稱性。由北至南這種特征愈發(fā)鮮明，推測與鷹家壩-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，且高異常值從斷點至兩側(cè)無明顯衰減(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)均檢測到較高微生物值?？梢?，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渡部位，五峰組—龍馬溪組目的層剝蝕嚴重，因此，可能受側(cè)向運移影響，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4條目的層剖面，旨在查明目的層出露對烴滲漏的控制作用。

4個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)勢通道，對頁巖氣保存極為不利，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；破碎帶易形成頁巖氣逸散有利通道，不利于頁巖氣藏的后期保存；同時，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)生頁巖氣順層或近層泄露，也屬于頁巖氣保存的不利區(qū)(圖2)；在剔除保存條件欠佳區(qū)后，可指示區(qū)域頁巖氣保存相對有利區(qū)，主要位于黔江地區(qū)北部、遠離目的層出露與斷裂破碎帶發(fā)育區(qū)的Q1井區(qū)，其與實際鉆井含氣量情況一致，證明微生物烴檢測技術(shù)在識別復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣保存有利區(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個頁巖氣相對有利區(qū)，位于向斜北部Q1井區(qū)。