何麗娟 張迎朝 梅 海 孫志鵬 張 毅 郭明剛 張 焱 薛健華 姚 哲 宋愛學(xué)

(1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2. 盎億泰地質(zhì)微生物技術(shù)(北京)有限公司 北京 102200)

微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷烴類檢測中的應(yīng)用*

何麗娟1張迎朝1梅 海2孫志鵬1張 毅1郭明剛1張 焱1薛健華2姚 哲1宋愛學(xué)1

(1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2. 盎億泰地質(zhì)微生物技術(shù)(北京)有限公司 北京 102200)

何麗娟,張迎朝,梅海，等.微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷烴類檢測中的應(yīng)用[J].中國海上油氣，2015,27(4)：61-67.

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以微生物油氣勘探技術(shù)(MOST)為主要手段，以瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷南部已證實(shí)的A-1含氣構(gòu)造為正演模型，對A研究區(qū)的MV異常值進(jìn)行了劃分，總結(jié)出了該研究區(qū)含油氣構(gòu)造的MV異常值分布特征，據(jù)此預(yù)測相鄰A-2待鉆構(gòu)造的含油氣性，并以土壤吸附烴(SSG)分析為輔助手段預(yù)測A-2構(gòu)造的油氣性質(zhì)為干氣。A-2構(gòu)造的預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果相吻合，證實(shí)了微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在瓊東南盆地深水區(qū)勘探目標(biāo)烴類檢測方面具有較高的可行性。

微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)；MOST；SSG；MV異常值；烴類檢測；深水區(qū)；陵水凹陷；瓊東南盆地

微生物地球化學(xué)勘探(Microbial Geo-Chemical Exploration，MGCE)技術(shù)最早源于前蘇聯(lián)[1]。1937年，前蘇聯(lián)微生物學(xué)家莫吉列夫斯基提出了微生物油氣勘探方法，他推斷地表中烴類氣體季節(jié)性變化的主要原因是由于細(xì)菌繁殖，從而首次提出了利用微生物技術(shù)進(jìn)行石油和天然氣勘探的設(shè)想[2]。MGCE技術(shù)的研究方法包括確定油氣藏存在與分布的微生物油氣勘探技術(shù)[3](Microbial Oil Survey Technology，MOST)和確定油氣藏性質(zhì)的土壤吸附烴(Sorbed Soil Gas，SSG)分析[4]，前者為主后者為輔互相補(bǔ)充。20世紀(jì)50年代后期起，經(jīng)過美國和德國地質(zhì)微生物學(xué)家、地球化學(xué)家們持續(xù)的探索、研發(fā)以及在全球的實(shí)踐和完善，在充分論證了輕烴微滲漏理論可靠性的基礎(chǔ)上，提高了微生物烴類檢測技術(shù)和解釋模型的準(zhǔn)確性，使微生物烴類檢測技術(shù)成為提高油氣鉆探成功率、降低勘探風(fēng)險(xiǎn)的新型綜合勘探法的重要組成部分[5-7]。1986—2000年，Phillips 公司在我國南海北部和渤海4個合作區(qū)塊的勘探中先后采用微生物油氣勘探技術(shù)獲得了重大油氣發(fā)現(xiàn)[1]。

瓊東南盆地深水區(qū)面積廣、領(lǐng)域多，但由于水深大、勘探程度低、鉆探成本高昂，嚴(yán)重影響了油氣勘探進(jìn)程，亟待探尋低成本、可行的新技術(shù)來降低瓊東南盆地深水區(qū)油氣勘探風(fēng)險(xiǎn)。筆者采用MGCE技術(shù)對瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷陵水凹陷南部待鉆A-2構(gòu)造進(jìn)行了預(yù)測，實(shí)鉆結(jié)果表明該研究區(qū)MV異常值劃分及MV異常值分布特征與含油氣性之間的對應(yīng)關(guān)系合理，吸附烴異常與油氣性質(zhì)之間的對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確，證實(shí)了MGCE技術(shù)在瓊東南盆地深水區(qū)勘探目標(biāo)烴類檢測方面具有較高的可行性。

1 微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)原理

油氣藏中的輕烴氣體在油氣藏壓力驅(qū)動下以微泡上浮[8-9]或連續(xù)氣相流形式[10]沿復(fù)雜微裂隙垂直向上運(yùn)移。輕烴運(yùn)移進(jìn)入表層沉積物的過程中,一部分成為專性烴氧化菌的食物使烴氧化菌異常發(fā)育,另一部分被粘土礦物吸附和次生碳酸鹽膠結(jié)物包裹，導(dǎo)致在油藏上方表層沉積物中形成了與下伏油氣藏正相關(guān)的微生物異常和吸附烴異常[1]。采用微生物學(xué)方法檢測微生物異?？梢灶A(yù)測下伏地層油氣藏是否存在，采用地球化學(xué)方法檢測土壤吸附烴可以預(yù)測油氣藏性質(zhì)。

1.1 微生物油氣勘探技術(shù)

MOST的原理是選擇性測定土壤樣品中以烴類為食料的某種專性烴氧化菌的數(shù)量，指出油氣微滲漏烴的存在，達(dá)到尋找油氣的目的。MOST檢測結(jié)果以輕烴微生物值(Microbial Value，MV)指標(biāo)評價(jià)體系表示，MV值是將微生物進(jìn)行選擇性培養(yǎng)后，顯微計(jì)數(shù)結(jié)果(菌落數(shù))和生長性等綜合分析得出的一個無量綱值，其數(shù)值大小反映樣品中專性微生物發(fā)育的相對濃度，并非絕對的微生物數(shù)量[7]。微生物測量的對象有甲烷氧化菌、烴氧化菌，甲烷本身來源的多樣性會造成甲烷氧化菌異常的多解性，目前多用專屬代謝丁烷的丁烷氧化菌作為檢測對象。MV異常值劃分及MV異常值分布特征是MOST技術(shù)的關(guān)鍵。

1.2 土壤吸附烴分析

SSG分析是MOST的重要輔助技術(shù)。下伏油氣藏的地球化學(xué)性質(zhì)與近地表土壤或海洋沉積物中吸附烴的組分之間存在密切聯(lián)系，通過分析地表土壤或海洋沉積物中的輕烴組分特征可以可靠地預(yù)測地下深層油氣藏性質(zhì)(如油、氣、凝析油)。吸附介質(zhì)的親和性容易引起吸附烴含量的波動，但吸附烴的內(nèi)組成在不同介質(zhì)中通常以相同比例進(jìn)行吸附，因此，含相似比例的氣體，不管其絕對值如何，都可以指示成因有聯(lián)系的氣體簇群，從而有助于進(jìn)行微滲漏趨勢的分析[7]。根據(jù)全球數(shù)據(jù)庫已有勘探認(rèn)識劃分烴源巖、原油、凝析油氣、干氣、生物成因氣、深層混合氣、蝕變油氣的分布區(qū)，采用近地表土壤或海洋沉積物的酸解物分析C1—C5+氣體，通過分析各烴組分之間的比值及其在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ綀D版(圖1)上的投落區(qū)對潛在油氣藏性質(zhì)進(jìn)行鑒定[11]。

2 在瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷烴類檢測中的應(yīng)用

瓊東南盆地位于南海海域西北部，夾持在海南隆起區(qū)和永樂隆起區(qū)之間，以1號斷層與鶯歌海盆地相隔，主要包括中央坳陷和南部隆起2個一級構(gòu)造單元，中央坳陷深水區(qū)主要由樂東、陵水、北礁、松南、寶島、長昌凹陷和陵南、松南低凸起組成(圖2)[12]。中央峽谷陵南段位于瓊東南盆地深水區(qū)中央坳陷帶陵水凹陷南部，緊鄰樂東、陵水和北礁凹陷，三面環(huán)凹，是凹陷與陵南低凸起之間發(fā)育的過渡帶，水深1 500～2 100 m，海底較為平緩。鉆探證實(shí)，該區(qū)的油氣主要來自于陵水凹陷始新統(tǒng)湖相烴源巖和漸新統(tǒng)崖城組海陸過渡相烴源巖[13-22]；儲層主要包括上中新統(tǒng)黃流組濁積水道砂體和上新統(tǒng)鶯歌海組海底扇砂體[23-26]，鶯-黃組上覆大套深海相泥巖是可靠的區(qū)域性蓋層；油氣成藏模式為始新統(tǒng)和崖城組烴源巖生成的油氣在深部高壓的驅(qū)動下，沿底辟和裂隙構(gòu)成的主要輸導(dǎo)體系運(yùn)移至圈閉內(nèi)成藏，并具有快速充注、晚期成藏的特點(diǎn)。

圖2 瓊東南盆地構(gòu)造單元劃分

A研究區(qū)位于中央峽谷陵南段東部(圖2)，是陵水凹陷與陵南低凸起之間發(fā)育的過渡帶，處于陵水凹陷向東北延伸的洼槽內(nèi)。該研究區(qū)下方發(fā)育底辟、斷裂和裂隙，是流體垂向運(yùn)移的有利通道，具有近源垂向供烴的特點(diǎn)。該研究區(qū)勘探面積約800 km2， A-1構(gòu)造已鉆探一口井，在主要目的層黃流組濁積水道砂內(nèi)見油氣顯示，測井解釋為氣層，有效厚度為58.4 m，泥質(zhì)含量為8.3%，有效孔隙度為27%，含氣飽和度為75.1%，已證實(shí)成藏。因此，亟需對與其相鄰的A-2待鉆構(gòu)造成藏性進(jìn)行預(yù)測。

2.1 樣品采集方案

依據(jù)微生物地球化學(xué)樣品采集規(guī)范、A研究區(qū)海底基本情況和目標(biāo)圈閉分布范圍，制定了相應(yīng)的采樣方式和采樣密度。圖3為2013年在A研究區(qū)設(shè)計(jì)的采集站位，A-1、A-2構(gòu)造均采用均勻測網(wǎng)-測線方式，采樣間距為750 m×750 m。由于喜氧烴氧化菌在海洋沉積物距海底20 cm處較為發(fā)育，因此微生物樣品的采樣深度選為距海底距海底20 cm，酸解烴樣品的采樣深度選為距海底100 cm。采集樣品經(jīng)過預(yù)處理后直接送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行MOST檢測和SSG分析。

圖3 陵水凹陷A研究區(qū)微生物樣品采集站點(diǎn)

2.2 MV異常值劃分

首先以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法初步確定A研究區(qū)微生物分級值與背景值的界限，然后結(jié)合A-1構(gòu)造已鉆A-1-1含氣井正演模型和MOST全球數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)地貌條件微生物值的分布情況確定MV背景值和各級異常值門檻。根據(jù)該研究區(qū)微滲漏異常點(diǎn)、異常帶和異常區(qū)，將MV 異常值原始數(shù)據(jù)劃分為5個等級，包括超高異常、高異常、中異常、低異常和背景值(表1)，其中低異常值與中異常值的界限4為MV異常門檻值。

表1 陵水凹陷A 研究區(qū)微生物異常值分級表

Table 1 Classification of microbial abnormal value of A study area in Lingshui sag

MOST技術(shù)已在珠江口盆地白云凹陷取得較好的應(yīng)用效果[7]。類比發(fā)現(xiàn)，白云凹陷MV異常值范圍及門檻值與A研究區(qū)存在較大差異：白云凹陷MV異常值范圍是5～622，異常門檻值為79；A研究區(qū)MV異常值范圍是0～97，異常門檻值為4。分析認(rèn)為，導(dǎo)致這2個研究區(qū)MV異常值差異大的原因?yàn)椋孩儆蜌獠匦再|(zhì)不同，A研究區(qū)為干氣，而白云凹陷為凝析油氣[7]，凝析油氣的逸散強(qiáng)度可能大于干氣，從而導(dǎo)致凝析油氣藏上覆海底表層的丁烷氧化菌數(shù)量較干氣藏多；②斷裂活動時(shí)間不同，陵水凹陷南部始新世時(shí)期斷裂開始活動，持續(xù)至漸新世，進(jìn)入中新世斷裂活動基本停止[25-27]，而白云凹陷斷裂活動時(shí)間長，從始新世一直持續(xù)活動至第四紀(jì)[28]，更有利于微滲漏烴沿?cái)嗔鸦顒赢a(chǎn)生的微裂隙向上逸散。

2.3 MV異常值分布特征

從A-1構(gòu)造深度等值線與微生物異常值分布疊合圖(圖4)可以看出：井點(diǎn)處顯示為MV背景值；在構(gòu)造范圍內(nèi)，MV超高和高異常值主要聚集在高部位，低部位以中、低異常值和背景值為主，存在少量超高和高異常點(diǎn)，但分布比較零散；在構(gòu)造范圍外，存在MV超高和高異常值。分析認(rèn)為，井點(diǎn)處顯示為背景值是受上覆地層性質(zhì)和運(yùn)移路徑差異的影響，構(gòu)造范圍外出現(xiàn)高異常和超高異常點(diǎn)是受淺層其他小規(guī)模氣藏的影響(圖5)。

圖4 陵水凹陷A-1構(gòu)造微生物異常值與深度等值線疊合圖

圖5 過A-1-1井地震剖面(剖面位置見圖3)

根據(jù)已證實(shí)的A-1構(gòu)造氣藏特征(圖6)可知，高部位含氣飽和度高，氣藏厚度大，含氣豐度高，輕烴氣體滲透性強(qiáng)度大，導(dǎo)致地表MV異常值較高；而低部位含氣飽和度低，氣藏厚度薄，含氣豐度低，輕烴氣體滲透性強(qiáng)度弱，導(dǎo)致地表MV異常呈現(xiàn)低值和背景值。A-1氣藏分布規(guī)律與MV異常分布特征基本吻合。

綜上所述，雖然A-1構(gòu)造井點(diǎn)處MV異常值為背景值，但是只要在構(gòu)造范圍內(nèi)，MV異常值整體分布特征具有大量高異常點(diǎn)集中分布，周邊有中、低異常值和背景值對其形成支撐的特點(diǎn)，故可以判斷A研究區(qū)構(gòu)造下伏油氣藏存在。

圖6 陵水凹陷A-1構(gòu)造氣底之上砂體厚度圖(單位：m)

2.4 有利勘探目標(biāo)預(yù)測

MOST檢測結(jié)果(圖7)表明，A-2構(gòu)造范圍內(nèi)MV超高、高和中異常值主要分布在高部位，低部位為低異常值和背景值；A-2構(gòu)造范圍外也存在一些MV超高異常和高異常值。由于A-2構(gòu)造范圍內(nèi)、外的MV異常值分布特征與已證實(shí)的A-1氣藏MV異常值分布特征相似，因此推測A-2構(gòu)造為獨(dú)立油氣藏，且在該構(gòu)造之上的其他淺部層系存在小規(guī)模油氣藏。SSG分析結(jié)果(圖8)表明，A-2構(gòu)造范圍內(nèi)實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)在C1/(C2+C3)與C2/(C3+C4)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ綀D版上主要分布在干氣區(qū)，推測該油氣藏主要為干氣。基于上述認(rèn)識，綜合地質(zhì)、地球物理、微生物等多方面的研究，預(yù)測了A-2構(gòu)造氣底之上砂體厚度分布，并優(yōu)選出探井A-2-1井(圖9)。鉆探結(jié)果表明，A-2構(gòu)造為構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉，主要目的層為發(fā)育在上中新統(tǒng)黃流組的多套濁積水道砂體，A-2-1井在主要目的層均有油氣顯示，測井解釋為氣層，與MGCE預(yù)測結(jié)果吻合較好。

圖7 陵水凹陷A-2構(gòu)造微生物異常值與深度等值線疊合圖

圖8 陵水凹陷A-2構(gòu)造C1/(C2+C3)與C2/(C3+C4)分析

圖9 陵水凹陷A-2構(gòu)造氣底之上砂體厚度分布預(yù)測及預(yù)探井位優(yōu)選(單位：m)

3 結(jié)論與建議

1) 以瓊東南盆地深水區(qū)陵水凹陷南部已證實(shí)的A-1含氣構(gòu)造為正演模型，對A研究區(qū)的MV異常值進(jìn)行了劃分，總結(jié)出了該研究區(qū)含油氣構(gòu)造的MV異常值分布特征。A研究區(qū)MV異常值范圍是0～97，異常門檻值為4；構(gòu)造范圍內(nèi)MV異常值有大量超高、高異常點(diǎn)集中分布，周邊有中、低異常值和背景值對其形成支撐。

2) MOST檢測結(jié)果推測A-2構(gòu)造為獨(dú)立油氣藏，SSG分析結(jié)果推測該油氣藏主要為干氣。實(shí)鉆結(jié)果顯示，A研究區(qū)MV異常值劃分及MV異常值分布特征與該區(qū)含油氣性之間的對應(yīng)關(guān)系合理，吸附烴異常與油氣性質(zhì)之間的對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確，表明MGCE技術(shù)在預(yù)測瓊東南盆地深水區(qū)勘探目標(biāo)烴類檢測方面具有較高的可行性。

3) 在多套油氣層、水層縱向疊置的情況下，MGCE技術(shù)只能在平面上預(yù)測整體含油氣范圍，不能預(yù)測具體的含油氣層系?？紤]到輕烴微滲漏強(qiáng)度受垂向運(yùn)移距離的影響可能與油氣藏埋深之間存在對應(yīng)關(guān)系，下一步應(yīng)開展MV異常值強(qiáng)度與油氣藏埋深關(guān)系的研究，從而達(dá)到識別含油氣層系的目的。

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(編輯：馮 娜)

Applying microbial geochemical exploration technology for hydrocarbon detection of Lingshui sag in deep water area of Qiongdongnan basin

He Lijuan1Zhang Yingzhao1Mei Hai2Sun Zhipeng1Zhang Yi1Guo Minggang1Zhang Yan1Xue Jianhua2Yao Zhe1Song Aixue1

(1.ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China;2.AE&EGeomicrobialTechnologiesInc.,Beijing102200,China)

Taking microbial oil survey technology (MOST) as a main tool, and considering confirmed A-1 gas-bearing structure as forward model in southern part of Lingshui sag in deep water area of Qiongdongnan basin, the MV abnormal values of petroleum structure in A study area and their distribution characteristics were classified and summarized, which was used to predict petroleum possibility of A-2 structure to be drilled in. Taking sorbed soil gas (SSG) as an auxiliary method, the oil-gas reservoir property of A-2 structure was predicted to be dry gas which was consistent to the drilling result. Research results show that microbial geochemical exploration technology can be used for hydrocarbon detection of exploration target in deep water area of Qiongdongnan basin with relatively high confidence.

microbial geo-chemical exploration technology; microbial oil survey technology; sorbed soil gas; MV abnormal value; hydrocarbon detection; deep water area; Lingshui sag; Qiongdongnan basin

*中海石油(中國)有限公司湛江分公司綜合科研課題“瓊東南盆地深水區(qū)油氣微生物檢測”部分研究成果。

何麗娟，女，工程師，2009年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事瓊東南盆地深水區(qū)油氣勘探研究工作。 E-mail:helj@cnooc.com.cn。

1673-1506(2015)04-0061-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.008

TE19

A

2015-01-12 改回日期：2015-02-26