复杂构造区页岩气保存条件研究
发布时间：2020-01-06
摘要: 为了更好地分析复杂构造区页岩气保存条件，以渝东南黔江地区为例，运用微生物烃检测技术，对研究区地震测线、主要断裂和目的层出露区的地表微生物值进行测试分析。结果表明: 研究区南部微生物高异常值主要集中在向斜核部，而中部的微生物高异常值则主要集中在目的层出露区; 向斜两翼均为单一断裂，地表微生物分布呈线性特征，而向斜核部则整体表现为微生物高异常带，推断与向斜核部断裂破碎带有关，页岩气保存条件较差; 新滩—小河坝组盖层表现出微生物高异常特征，指示裂缝系统发育导致盖层垂向封盖能力有限，不利于页岩气藏形成; 最终优选出 1 个页岩气保存相对有利区，位于濯河坝向斜北部 Q1 井区附近。研究成果表明微生物烃检测技术可用于页岩气保存条件研究，对复杂构造区页岩气勘探有利区优选具有重要指导意义。
关键词: 页岩气; 复杂构造区; 微生物烃检测技术; 黔江地区; 五峰-龙马溪组
0 引 言
页岩气是一种自生自储的非常规天然气，烃源岩、储层和盖层等油气关键要素均为同一套页岩层[1-2]。中国南方海相页岩气发育具有形成时代老、热演化程度高、构造运动强度大、地应力状态与地表条件复杂、保存条件差异大等特点[3-4]，因此，有必要对油气保存条件进行系统性研究[5]。众多学者已利用不同手段针对南方地区开展研究，主要认为，页岩气藏更看重抬升剥蚀、断裂分布及构造组合的影响[6-7]，地层水的开启性可能与地层抬升剥蚀、断裂裂缝发育、盖层缺失有关[8]，并且向斜和背斜具有不同的保存条件[9-10]。
微生物烃检测技术最早形成于 20 世纪 50 年代[11-12]，该技术能够通过地表微生物的富集程度，灵敏、快捷、准确地识别下伏油气藏的存在与分布特征[13]。21 世纪以来，微生物烃检测技术先后运用于沉积型高山区、盐湖区、浅海海域和戈壁沙漠区，均取得了良好的常规油气藏勘探效果[14-16]。 2009 年至 2011 年，在鄂尔多斯盆地、青海地区完成的致密砂岩气和天然气水合物勘探，证实了微生物烃检测技术在非常规油气勘探领域的有效性[17-18]; 2013 年，首次将微生物烃检测技术应用于四川盆地页岩气富集区调查，在永川-富顺区块识别出 4 个“甜点”区，初步证实微生物烃检测技术在页岩气“甜点”识别方面的适用性[19-20]。
1 区域地质背景
渝东南地区位于四川盆地东南部，大地构造单元属于上扬子准地台台内坳陷，地处川中隆起和黔中隆起之间。经多期构造运动，现今形成由多条 NE—SW 向背、向斜相间排布的褶皱带，断裂也普遍发育。黔江地区位于渝东南复杂构造区的槽— 挡过渡带，构造作用强，地层破坏严重。五峰组— 龙马溪组是研究区最重要的页岩气储层之一，大部分储层厚度在 80 m 以上。
濯河坝向斜是黔江地区最主要的构造单元，其西侧与东侧紧邻天馆背斜和咸丰背斜，整体轴向均为 NNE—NE 向; 向斜核部及两翼发育多套大—中型断裂，自西向东依次为王家湾-大河口断裂、苍岭断裂、双泉断裂和鹰家坝-文家槽断裂和马喇湖断裂( 图 1) 。向斜西翼主要受控于王家湾-大河口逆冲断裂，而东翼则主要受控于鹰家坝-文家槽断裂，整体呈对称发育。
2 实验方法和样品
2. 1 实验原理与手段
油气藏中的轻烃以垂向渗漏方式，在近地表诱发以轻烃为碳源和能量源的烃氧化菌生长。尽管甲烷( C1 ) 可以最好地反映地下气藏，但甲烷氧化菌异常的多解性极大; 而丁烷( C4 ) 主要为热成因，且受人为因素影响较小[20]。经大量勘探实践证实，丁烷氧化菌与甲烷氧化菌的地表分布特征具有高度相似性，部分峰值甚至更为明显，表明丁烷氧化菌对甲烷油气藏具有良好的识别效果[21]。因此，文中选取专一性丁烷氧化菌作为微生物烃检测研究对象。
通过 GPS 校验、地面土壤采集、样品记录等流程，将采集的土壤样品经塑料袋密封后，置于恒温箱内烘烤 8～12 h，预处理后送至实验室进行检测，鉴定专性烃氧化菌的含量。
2. 2 样品情况
为了排除土壤吸附气等噪音数据，微生物调查主要设计 3 类烃检测剖面，分别为: 沿地震测线布设烃检测长剖面 2 条( L01、L02) ，采样点间距为 500 m; 在主要断裂附近设计烃检测加密剖面 10 条 ( F01—F10) ，采样点间距为 50 ～ 100 m; 在目的层出露区设计烃检测加密剖面 4 条( T01—T04) ，采样点间距为 50～ 100 m。另在 Q1 井区附近布设 10 个采样点，以确认黔江地区微生物背景值范围( 图 1) 。
3 微生物烃检测结果
3. 1 数理统计特征
在微生物地质勘探中，微生物异常值与背景值的划分是评价探区油气有利前景区的关键环节。一般来说，应采用统计学和正演手段，综合分析得出该区微生物异常等级的划分区间。
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利用统计学公式，确定微生物中异常值范围为 28～52，其下限值控制在 30 ～ 40。根据页岩气勘探资料，Q1 井为研究区内页岩气井，五峰组—龙马溪组优质页岩层段含气性较好，现场解析含气量均大于 1. 0 m3 /t，最高值可达 4. 3 m3 /t。因此，将 Q1 井作为参考标准，高于此范围的为有利区带。经统计，Q1 井区周边微生物平均值为 25。综合考虑多种因素，分别确定研究区微生物值背景区、过渡区、高值区。各异常等级对应范围和标示颜色见表 1。表 1 黔江地区微生物值异常等级分区 异常等级 微生物值 标示颜色高值区超高异常 80～ 182 紫色极高异常 60～ 79 红色高异常 40～ 59 橙色过渡区 中异常 25～ 39 黄色低异常 17～ 24 绿色背景区 无异常 0～ 16 蓝色
3. 2 平面分布特征
将 2 条地震测线长剖面微生物值投射在地质纲要图上( 图 2，断裂名同图 1) 。由图 2 可知: 黔江地区南部的 L01 剖面高异常值较中部的 L02 剖面更为显著，说明研究区南部的烃渗漏强于中部; L01 剖面中部的高异常值分布集中，表现出了较强的烃渗漏特征，而其东部整体以低异常值为主，烃渗漏强度较弱; L02 剖面异常值较为分散，除东部局部位置，其余点均以中—低异常值为主。
4 分析与讨论
4. 1 地震测线剖面分析
通过将微生物数据与黔江地区地质纲要图叠合( 图 2) ，得出以下结论。
( 1) L01 剖面高异常值主要分布在濯河坝向斜核部。核部发育大型断裂系统，断裂断距大、延伸长，具有较大破坏性。地震资料上的“杂乱反射带” 推测是断裂破碎带，导致页岩气保存条件相对较差 ( 图 3) 。将区域构造与微生物分布图叠合发现，L01 剖面的高异常区与破碎带分布密切相关，主要集中在大河口-苍岭-双泉断裂系统附近( 图 3) 。初步分析，断裂破碎带造成裂缝大规模发育，形成烃渗漏的优势通道，导致地表微生物高异常值相对集中。
另外，根据钻探结果可知: 向斜核部储层含气性整体较差，结合微生物数据，推测与断裂破碎带引起页岩气逸散有关; 而在测线东南部的断裂欠发育区，垂向盖层封盖作用较好，微生物值较低，推测与页岩气沿着西部断裂系统逸散，导致东部烃类微渗漏相对较少有关。
( 2) L02 地震测线位于研究区中部，濯河坝向斜规模有所缩小，但向斜内断裂系统仍高度发育， 页岩气储层破坏严重( 图 4) 。王家湾-鹰家坝断裂系统附近为断裂破碎带，该区同时发育微生物高异常值，指示断裂破碎带控制了地表嗜烃微生物富集。另外，L02 测线西部的桐麻园背斜和东部的咸丰背斜附近也观测到微生物高异常值，可能与背斜区五峰组—龙马溪组剥蚀严重甚至出露地表，导致烃类沿地层发生侧向运移有关。
4. 2 断裂剖面分析
针对研究区 6 条断裂剖面进行加密采样，旨在进一步查明断裂对烃渗漏的控制作用。
4. 2. 1 向斜翼部单一断裂
王家湾-大河口断裂为天馆背斜与濯河坝向斜的分界断裂，断裂整体走向为 NNE 向，倾向 NW 向，断穿整个黔江地区，向上断至地表。从分布特征上看，该断裂内的 F01、F03 和 F04 剖面均表现出较好的规律性，即在断裂附近微生物值以高异常—超高异常值为主，但超过控制范围后，微生物值急剧下降( 图 5a、表 2，断裂名同图 1) 。经统计，该断裂所控制的渗漏范围不超过 300 m; 然而，F02 剖面整体均表现出低异常特征，推测与其刚好位于断裂转换带，上覆地层封盖性较好有关。鹰家坝-文家槽断裂是濯河坝向斜东翼主要断裂之一，主要针对 F07—F09 等 3 条剖面进行微生物分析( 图 5a、表 2) 。该断裂微生物值显著低于向斜核部的双泉断裂，但其与向斜西翼的王家湾-大河口断裂基本持平，其分布特征也类似，即超过断裂控制范围后微生物值明显降低，反映褶皱两翼微生物发育情况具有对称性。由北至南这种特征愈发鲜明，推测与鹰家坝-文家槽断裂在濯河坝向斜南段更为发育，地表破碎程度更高有关。
4. 2. 2 向斜核部断裂破碎带
双泉断裂的 2 条加密剖面( F05、F06 剖面) 均呈微生物高异常特征，且高异常值从断点至两侧无明显衰减( 图 5a、表 2) 。根据构造分析，双泉断裂位于濯河坝向斜核部，地层变形严重，断裂和裂缝高度发育，因此，其转化为断裂破碎带，在断裂两侧较宽范围内均检测到较高微生物值。可见，在紧闭向斜核部的大规模断裂系统为烃类逸散至地表提供了通道。
4. 2. 3 向斜与背斜过渡断裂
马喇湖断裂附近布设 F10 剖面，总体微生物值较高( 图 5a、表 2) 。该断裂处于濯河坝向斜与咸丰背斜的过渡部位，五峰组—龙马溪组目的层剥蚀严重，因此，可能受侧向运移影响，导致其整体呈现微生物高异常特征，分布规律不明显。
4. 3 目的层剖面分析
除断裂剖面外还设计 4 条目的层剖面，旨在查明目的层出露对烃渗漏的控制作用。
4 个目的层剖面虽然处于不同位置，但在五峰—龙马溪组和上部新滩—小河坝组出露区均呈现微生物高值特征( 图 5b、表 3) 。这说明: 一方面，烃类沿目的层顺层逸散，从而造成地表目的层微生物富集; 另一方面，上覆页岩、粉砂岩盖层裂缝高度发育，封堵性有限，纵向上形成了烃类逸散优势通道，对页岩气保存极为不利，也均出现微生物高异常的特征。
4. 4 有利区分析
综上所述: 濯河坝向斜核部为断裂破碎带，其内断裂和裂缝高度发育，且向斜南部比北部的断裂破碎带更为发育; 破碎带易形成页岩气逸散有利通道，不利于页岩气藏的后期保存; 同时，五峰组—龙马溪组目的层及其上部新滩—小河坝组出露区，由于易发生页岩气顺层或近层泄露，也属于页岩气保存的不利区( 图 2) ; 在剔除保存条件欠佳区后，可指示区域页岩气保存相对有利区，主要位于黔江地区北部、远离目的层出露与断裂破碎带发育区的 Q1 井区，其与实际钻井含气量情况一致，证明微生物烃检测技术在识别复杂构造区页岩气保存有利区方面具有重要的指示作用( 图 2) 。
5 结 论
( 1) 黔江地区南部的微生物高异常值较中部更为显著。南部的高异常值主要集中在向斜核部，东侧翼部则以低异常值为主; 中部的高异常值主要集中在向斜两翼的目的层出露区。
( 2) 不同断裂的封盖性存在差异: 向斜两翼断裂均为单一断裂，地表微生物呈线性低值分布; 而向斜核部则表现为微生物高异常，呈带状分布，反映紧闭向斜核部发育断裂破碎带，保存条件较差。
( 3) 五峰组—龙马溪组与其上部的新滩—小河坝组盖层均表现出微生物高异常值，推测与新滩—小河坝组裂缝发育、盖层垂向封盖能力有限有关。
( 4) 基于微生物分布特征，优选出 1 个页岩气相对有利区，位于向斜北部 Q1 井区。
