0 　引言

準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶油氣資源豐富，構(gòu)造上橫向成排成帶、縱向復(fù)合疊置分布，發(fā)育下、中、上 3 套油氣成藏組合（下侏羅統(tǒng)八道灣組—下白堊統(tǒng)吐谷魯群、上白堊統(tǒng)—漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)）。經(jīng)過幾十年勘探，在中、上成藏組合已發(fā)現(xiàn)獨山子油田、瑪納斯氣田等多個中小型油氣田 ^[1-4] 。況軍等 ^[5] 研究認(rèn)為， 準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶油氣儲量巨大，但探明程度極低。雷德文等 ^[6] 認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶下組合發(fā)育大中型構(gòu)造，發(fā)育優(yōu)質(zhì)規(guī)模儲層，具備大油氣田形成的條件。 2010 — 2012 年在西湖背斜、獨山子背斜和呼圖壁背斜分別鉆探了 XH1 、 DS1 及 DF1 等井，證實準(zhǔn)噶 爾盆地南緣沖斷帶下成藏組合發(fā)育厚層狀規(guī)模有效儲層，其中， XH1 井在中侏羅統(tǒng)頭屯河組獲低產(chǎn)油氣流。 2018 年，針對四棵樹凹陷高泉東背斜部署探井—— GT1 井，主要勘探目的層為下成藏組合的頭屯河組、下白堊統(tǒng)吐谷魯群（底砂巖）。為了確認(rèn)該構(gòu)造的含油氣性，開展了微生物地球化學(xué)勘探預(yù)測油氣工作。

微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)包括微生物油氣檢測（ Microbial Oil Survey Technique ， 以下簡稱 MOST ） 以及土壤吸附烴檢測（ Sorbed Soil Gas ，以下簡稱 SSG ）。該技術(shù)以地質(zhì)微生物學(xué)為基礎(chǔ)，通過采集地表土壤或海底表層沉積物樣品，利用 MOST 技術(shù)檢測樣品中專屬微生物可預(yù)測地下油氣藏的存在與分布， SSG 技術(shù)可預(yù)測油氣藏流體性質(zhì) ^[7-9] 。微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)已在準(zhǔn)噶爾盆地東部阜康凹陷東斜坡 ^[10] 、西北緣中拐凸起 ^[11] 、腹部芳草湖等區(qū)域得到多次運用，并取得了豐碩的成果。此次，筆者采用微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)識別準(zhǔn)噶爾盆地四棵樹凹陷高泉東背斜的油氣藏分布范圍及油氣性質(zhì)，探討該技術(shù)在復(fù)雜山前構(gòu)造帶油氣預(yù)測的準(zhǔn)確性，并首次試驗微生物快速檢測方法的適用性和有效性。

1 　研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地四棵樹凹陷位于北天山構(gòu)造帶與西準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶交匯處，北部是車排子凸起，西南部是伊林黑比爾根山，東部與昌吉凹陷相接。四棵樹凹陷經(jīng)歷了晚海西、燕山、喜馬拉雅期 3 個構(gòu)造期次， 喜馬拉雅末期構(gòu)造運動對其影響較大 ^[12-13] 。四棵樹凹陷已鉆遇地層自上而下為：第四系（ Q ），新近系獨山子組（ N ₂ d ）、塔西河組（ N ₁ t ）、沙灣組（ N ₁ s ），古近系安集海河組（ E _2-3 a ）、紫泥泉子組（ E _1-2 z ）， 白堊系東溝組（ K ₂ d ）、吐谷魯群（ K ₁ tg ）、呼圖壁河組（ K ₁ h ）、清水河組（ K ₁ q ）以及侏羅系齊古組（ J ₃ q ）、頭屯河組（ J ₂ t ）、西山窯組（ J ₂ x ）、三工河組（ J ₁ s ）、八道灣組（ J ₁ b ），發(fā)育侏羅系煤層和安集海河組暗色泥巖兩套烴源巖 ^[14-15] ，主要勘探目的層包括沙灣組、安集海河組、紫泥泉子組、吐谷魯群以及頭屯河組等。目前，已在該凹陷北部的艾卡斷裂帶發(fā)現(xiàn)了卡因迪克油田；在獨山子背斜已發(fā)現(xiàn)并探明了獨山子油田；在西湖背斜 XC2 井沙灣組上部試油獲低產(chǎn)工業(yè)油流， X3 、 X4 、 X5 等井在鉆井過程中均見到良好的油氣顯示 ^[16-17] 。高泉東背斜 GT1 井勘探目標(biāo)為頭屯河組、吐谷魯群的碎屑巖，設(shè)計完鉆井深為 5 980 m 。

2 　樣品采集及實驗步驟

2.1 　樣品采集

為了更準(zhǔn)確地評價高泉東背斜圈閉的含油氣性及可能的流體性質(zhì)，對該背斜 GT1 井的油氣前景進(jìn)行預(yù)測，同時為了提高預(yù)測效率，降低成本，在開展常規(guī)實驗室培養(yǎng)微生物油氣檢測（ MOST ）的同時， 還試用了最新研發(fā)的烴氧化微生物快速檢測（ Micro-bial Quick Screening ，以下簡稱 MQS ）技術(shù)。 MQS 技術(shù)是在常規(guī)微生物培養(yǎng)檢測的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)培養(yǎng)基的配方、優(yōu)化培養(yǎng)條件與檢測方法，在現(xiàn)場對烴氧化微生物進(jìn)行快速檢測，通過顯色方法，快速確定烴氧化微生物的豐度，劃定烴類富集區(qū)的大體范圍，以便于指導(dǎo)野外作業(yè)。其優(yōu)勢是對實驗室的大型儀器設(shè)備依賴度低，能夠在較短時間內(nèi)快速準(zhǔn)確地劃分出烴類富集區(qū)，指導(dǎo)野外采樣 ^[18] 。

本次研究共開展了兩個階段的采集工作。第一階段以 GT1 井為中心，對背斜圈閉實施 MQS 檢測十字測線，長度為 46 km ，點間距為 250 m ，共采集快速檢測樣品 184 個（圖 1 ），旨在對背斜圈閉及其周邊區(qū)域的含油氣性進(jìn)行初探；第二階段根據(jù) MQS 技術(shù)識別的微生物異常區(qū)加密了微生物均勻網(wǎng)格，網(wǎng)格密度為 500 m × 500 m ，共采集 MOST 樣品 256 個（圖 1 ），進(jìn)一步落實了微生物有利區(qū)及其分布范圍。

研究區(qū)地表以戈壁為主，小部分地區(qū)為農(nóng)田， 土壤類型以亞砂土和亞黏土為主，少量為砂土和黏土。微生物野外土壤樣品采集深度介于20 ～ 25 cm， 單個樣品質(zhì)量不少于150 g。

2.2 　實驗步驟

實驗分析包括 MQS 、 MOST 及 SSG 檢測 3 部分，其中， MQS 檢測在現(xiàn)場完成， MOST 與 SSG 檢測在盎億泰公司分析測試中心完成。

MQS 技術(shù)是根據(jù)微生物檢測培養(yǎng)過程中氧化還原指示劑變色的程度來初步檢測烴氧化菌的相對含量，實驗步驟包括：①稱量，實驗樣品均已將土壤樣品中石子、樹根挑出，為均勻土壤樣品，稱取 0.5 g 土壤于 2 mL 離心管中，每個樣品平行檢測 3 份；②反應(yīng)，所有待測樣品稱量完成以后，每管加入 l mL 反應(yīng)液，混勻，放置于 38 ℃培養(yǎng) 20 h ，同時放置不添加樣品的反應(yīng)液作為對照樣品；③測量，反應(yīng)結(jié)束后，將所有樣品取出，分別采用分光光度計測量和標(biāo)準(zhǔn)比色卡判讀的方法進(jìn)行烴氧化菌數(shù)據(jù)讀數(shù)。

MOST 技術(shù)實驗步驟：①預(yù)實驗，選取一定數(shù)量土壤樣品，采用梯度稀釋的方法進(jìn)行預(yù)實驗，確定合適的稀釋度；②平板接種，稱取 25.0 g 樣品與營養(yǎng)液充分混合后，按照確定的稀釋度，進(jìn)行平板接種，采用選擇性培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，每個樣品設(shè)置 3 個平行樣；③平板培養(yǎng)，將完成接種后的平板放置在生化培養(yǎng)箱， 38 ℃恒溫培養(yǎng)數(shù)天；④平板計數(shù)，數(shù)天后，通過電子計數(shù)儀統(tǒng)計菌落數(shù)目，計算微生物值（ Microbial Value ，簡稱 MV ）。 MV 值代表單位質(zhì)量土壤樣品中烴類微生物的含量值，其數(shù)值高低反映地下活躍油氣系統(tǒng)的滲漏強度，是判別油氣藏存在與否及分布范圍的重要定量指標(biāo)。

SSG 技術(shù)可測試土壤中酸解吸附氣的烴類組成，通過組分比值來定性判斷地下圈閉的油氣性質(zhì)。測試樣品要求為高 MV 值樣品，本次共計檢測 SSG 樣品 270 件。實驗步驟包括：①稱取定量土壤樣品，用酸解的方式提取土壤中的氣體組分，排水集氣法收集氣體后用堿液去除其中的 CO ₂ ，得到高純度 C ₁ ～ C ₅ ⁺ 輕烴；②對輕烴進(jìn)行精度在 ppm 級的氣相色譜分析 ^[19] ，吸附烴氣相色譜分析使用 Agilent 7890A 氣相色譜儀，色譜柱為 OV-101 柱，氮氣作為載氣，流速為 50 mL/min 恒流；③程序升溫， 80 ℃恒溫 6 min ，以 5 ℃ /min 升溫速率升至 110 ℃，恒溫 2 min ，氣化室溫度為 150 ℃；④輕烴組分定量采用外標(biāo)法，在正式測定之前，測定 5 ～ 7 次標(biāo)準(zhǔn)氣體，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體甲烷相對誤差不大于 3% 時，方可測定樣品氣體；⑤用 1 mL 進(jìn)樣針準(zhǔn)確抽取 500.0 ± 0.5 μ L 氣體注入氣相色譜儀，繪制色譜圖并采集數(shù)據(jù)。通過標(biāo)準(zhǔn)氣體與樣品輕烴色譜峰對比計算并定量樣品輕烴的絕對濃度。

3 　檢測結(jié)果

3.1 　微生物檢測結(jié)果

3.1.1 　MQS檢測結(jié)果

根據(jù)培養(yǎng)過程中氧化還原指示劑顏色的變化，對照比色卡進(jìn)行簡單賦值后，可區(qū)分烴類微生物富集區(qū)，從而來判定油氣富集有利區(qū)和非有利區(qū)。圖 2 中藍(lán)色代表背景值，綠色代表低異常，二者指示油氣富集非有利區(qū)；黃色代表中異常，橙色代表高異常， 紅色代表超高異常，均指示油氣富集有利區(qū)。

高泉東背斜整體表現(xiàn)為北北東走向長軸背斜， 平面上發(fā)育 3 個局部構(gòu)造高點，并發(fā)育北東向和東西向多條斷層（圖 2 ）。從檢測結(jié)果與勘探目的層的構(gòu)造疊合來看，構(gòu)造頂部整體異常強度較高，十字線 4 個方向均呈現(xiàn)連續(xù)高異常，指示了較好的含油氣前景。背斜南高點異常強度要低于北高點，以中異常和低異常為主（圖 2 ）。

為了更準(zhǔn)確地判別高泉東背斜的含油氣性，同時驗證先布設(shè)測線，確保微生物測網(wǎng)方式的可靠性， 在快速檢測成果識別的圈閉北高點微生物異常區(qū)增加了網(wǎng)格化布樣，測網(wǎng)面積為 65 k m ² ，點間距為 500 m × 500 m ，共計 256 個樣品。

MV 值是微生物培養(yǎng)法檢測的核心指標(biāo)，以藍(lán)色和綠色標(biāo)識無異常和低異常，指示非有利區(qū)；以黃色、橙色和紅色標(biāo)識中異常、高異常及超高異常，指示有利區(qū)。通常來講，異常值與背景值的界限（門檻值） 劃分方法包括數(shù)理統(tǒng)計、頻率直方圖、正演法、數(shù)據(jù)庫類比等 ^[20-22] 。

數(shù)理統(tǒng)計計算異常下限方法表示為：

通過統(tǒng)計計算，研究區(qū)烴氧化菌值背景均值為 92 CFU ，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 39 CFU （表 1 ）， K 值取 1.5 ， 數(shù)理統(tǒng)計異常下限約為 150 CFU 。

頻率直方圖是通過觀察數(shù)據(jù)分布特征來確定異常值與背景值的界限。烴氧化菌在理想狀態(tài)下，背景帶和異常帶的頻率分布均為正態(tài)分布特征，呈現(xiàn)“雙峰”形態(tài)。在實際的勘探實踐中，由于地質(zhì)條件的非均質(zhì)性，背景值和異常值的分布常常有所重疊， 其交叉點即“斷點”通?？勺鳛楫惓Ｖ蹬c背景值的界限點。觀察本區(qū)頻率分布特征，認(rèn)為異常值與背景值界限值為149 CFU（圖3）。由于該區(qū)周邊無合適的已知油氣井可作為正演井，因此，主要通過上述兩種方法，將研究區(qū) MV 異常值與背景值的門檻值設(shè)定為149 CFU（表2）。

MOST 檢測結(jié)果顯示，在微生物快速檢測測線上識別的異常區(qū)內(nèi)，微生物測網(wǎng)同樣呈現(xiàn)出片狀異常，進(jìn)一步證實了異常區(qū)的可靠性。在高泉東背斜高部位，以 MV 值高異常和超高異常為主，面積約為 8 km ₂ ，中異常數(shù)值以上比例為 91% （圖 4 ），平均值為 209 CFU ，遠(yuǎn)高于 MV 門檻值 149 CFU ，指示圈閉高點位置較高的輕烴微滲漏強度，認(rèn)為 GT1 井獲得油氣發(fā)現(xiàn)的可能性較大。但圈閉并非整體有利，構(gòu)造低部位的 MV 值以低異常和背景值為主，具有較大的勘探風(fēng)險， GT1 井及后續(xù)評價井的鉆探結(jié)果也證實了這一認(rèn)識。此外，網(wǎng)格區(qū)東北角和西北角均發(fā)育小規(guī)模微生物異常區(qū)，但由于位于網(wǎng)格區(qū)的邊緣， 無法確定異常區(qū)是否繼續(xù)向外延伸，認(rèn)為也值得關(guān)注，做進(jìn)一步研究。

3.2 　SSG檢測結(jié)果

SSG 分析是判別油氣藏流體性質(zhì)的一個重要輔助技術(shù)，筆者采用的 SSG 技術(shù)是經(jīng)美國 Phillips 石油公司改進(jìn)的 Horvitz 吸附氣技術(shù)，與常規(guī)地表地球化學(xué)勘探有所區(qū)別：① SSG 技術(shù)采樣深度為 20 cm ，并非常規(guī)的 1 m 或者更深；②常規(guī)地表地球化學(xué)勘探主要研究土壤樣品中的烴濃度，是一種定量方法，而 SSG 技術(shù)除了檢測烴組分濃度之外，更關(guān)注輕烴內(nèi)組分特征，可用 C ₁ / （ C ₂ ＋ C ₃ ）－ C ₂ / （ C ₃ ＋ C ₄ ）交會經(jīng)驗圖版來判別 MV 值異常帶地下油氣藏流體的地球化學(xué)性質(zhì)，是一種定性的手段 ^[23] 。

選取45個樣品進(jìn)行SSG分析，并將研究區(qū)SSG數(shù)據(jù)（表3）投影至交會圖版，絕大部分樣點落到油區(qū)，只有極少量樣品落在油氣和天然氣區(qū)間內(nèi)（圖5），表明研究區(qū)的油氣性質(zhì)主要為油，并兼有天然氣的特征。

4 　微生物油氣預(yù)測綜合評價

4.1 　有利區(qū)評價

將微生物成果與地震剖面疊合可見， MV 值異常區(qū)主要位于背斜北高點，平面分布連續(xù)，異常強度高，與背斜核部范圍吻合較好，GT1井位于 MV 值異常帶的中部位置（圖6），指示了較好的含油氣性。從地質(zhì)條件分析，背斜圈閉緊鄰四棵樹凹陷生烴中心，侏羅系發(fā)育繼承性“洼中隆”的古構(gòu)造格局，且斷裂非常發(fā)育，是油氣運聚成藏的有利區(qū)。GT1井勘探目的層是頭屯河組和吐谷魯群（底砂巖），凹陷內(nèi)已有多口鉆井在頭屯河組和吐谷魯群（底砂巖）均鉆遇厚層辮狀河三角洲相砂巖儲層。吐谷魯群底砂巖以砂礫巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖為主，頭屯河組發(fā)育巖性主要為塊狀砂礫巖，沉積厚度介于60 ～ 230 m，單層厚度大，砂礫巖占比超過90%，儲集層巖性橫向上展布穩(wěn)定，發(fā)育大量未充填裂縫。井震分析預(yù)測GT1 井在白堊系底部及頭屯河組整體呈中厚層、互層狀、中—高阻抗，發(fā)育砂巖厚度近百米，已獲得鉆探證實 ^[24-25] 。吐谷魯群泥巖是區(qū)域性的蓋層 ^[26] ， 有獲得油氣發(fā)現(xiàn)的條件。但是，準(zhǔn)南沖斷帶先后經(jīng)歷了二疊紀(jì)、三疊紀(jì)—古近紀(jì)、新近紀(jì)—第四紀(jì)3 期構(gòu)造演化，形成了一系列逆沖推覆構(gòu)造帶，背斜構(gòu)造通常是若干滑脫斷層疊加組成。前期野外露頭調(diào)查， 已在準(zhǔn)南發(fā)現(xiàn)多處油氣苗，下組合構(gòu)造保存條件存在較大的風(fēng)險。

通過研究總結(jié)認(rèn)為，將 SSG 數(shù)據(jù)與 MV 值相結(jié)合開展綜合分析，可能為油氣藏是否遭受破壞提供依據(jù)。微生物值高低反映的是現(xiàn)今正在發(fā)生的微滲漏特征，如果地下無輕烴的持續(xù)供給，微生物就會在短時間內(nèi)下降至背景值；而 SSG 數(shù)值反映的是地質(zhì)歷史時期累積的烴類滲漏的特征，如果烴類沿斷層、不整合面等優(yōu)勢運移通道發(fā)生的可視化運移，即宏滲漏現(xiàn)象， SSG 數(shù)據(jù)除了可以檢測到 C ₅ 以下的小分子烷烴之外，也可以檢測出重?zé)N。且甲烷濃度也是微滲漏的數(shù)倍，通常為 1 000 ppm 以上，部分地區(qū)甚至大于 10 000 ppm 。

因此，會出現(xiàn)幾種情況：①當(dāng) SSG 為高值，而 MV 為低值或高值時，即代表油氣藏已發(fā)生或正在發(fā)生破壞；②當(dāng) SSG 為低值， MV 為高值，表示油氣藏未發(fā)生過破壞，具有一定的含油氣豐度；③當(dāng) SSG 和 MV 均為低值時，則代表地下無聚集油氣藏。 GT1 井鉆探的構(gòu)造北高點，雖然地下斷層較發(fā)育，但 MV 為異常高值（高于 149 CFU ）， SSG 為低值（低于 1 000 ppm ），屬于上述第二種情況，指示了較好的保存條件，評價比較有利。

此外，四棵樹凹陷八道灣組、三工河組、西山窯組烴源巖有機質(zhì)豐度較高，有機質(zhì)類型以腐殖型為主，部分為偏腐殖混合型，有機質(zhì)成熟度已達(dá)到成熟—過成熟階段，是主要油源。安集海河組黑色泥巖烴源巖有機質(zhì)豐度較高，有機質(zhì)類型以偏腐泥混合型為主，熱演化程度為未成熟—低成熟，在凹陷中心可能達(dá)到成熟 ^[27-28] 。研究區(qū)卡因迪克油田為多層系帶氣頂?shù)挠蜌獠?，油氣藏全充滿，面積為 2.5 km ² ，其天然氣屬于成熟—高成熟階段的腐殖型天然氣；西湖背斜頭屯河組為帶氣頂?shù)挠蜌獠兀行﹂]范圍內(nèi)油氣全充滿，圈閉面積為 12 km ² ，其天然氣屬于高成熟腐殖型天然氣。從鉆探結(jié)果來看，四棵樹凹陷油氣性質(zhì)以油為主，但油藏上方均伴隨著天然氣頂。與 SSG 檢測的流體性質(zhì)一致，進(jìn)一步佐證了背斜目標(biāo)富集油氣的可靠性。

微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)多種方法均證實了 GT1 井所鉆目標(biāo)較為有利，預(yù)測該目標(biāo)具有很好的油氣富集前景。該預(yù)測結(jié)果于 2018 年 9 月 20 日正式提交給油田公司，當(dāng)時 GT1 井剛鉆穿古近系，但未鉆至目的層。 2018 年 11 月， GT1 井在清水河組底部獲得較好油顯示，鉆遇高壓氣流。 2019 年 1 月，測試喜獲高產(chǎn)油氣流，日產(chǎn)油量為 1 213 m ³ 、日產(chǎn)氣量為 32.17 × 10 ⁴ m ³ ，井口壓力為 32.4 MPa ，創(chuàng)準(zhǔn)噶爾盆地單井日產(chǎn)量最高紀(jì)錄，是我國石油勘探陸上深層碎屑巖儲層產(chǎn)量最高的油氣井 ^[29] 。 GT1 井的重大突破是準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探史上的重要里程碑，證實了準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶油氣富集，勘探潛力巨大 ^[30] 。在該構(gòu)造后續(xù)鉆探的 3 口評價井，均位于 MV 值低異常區(qū)， 鉆探均未達(dá)到預(yù)期效果。這些鉆井驗證了微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在復(fù)雜山前構(gòu)造含油氣預(yù)測的準(zhǔn)確性。

5 　認(rèn)識與展望

1 ） MOST 技術(shù)指示高泉東背斜有較強的輕烴微滲漏特征，具有較好的含油氣性； SSG 技術(shù)檢測成果表明該構(gòu)造的流體性質(zhì)主要為油，并兼有天然氣的特征，這與 GT1 井試油結(jié)果相吻合，證實了微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)在油氣藏勘探中具有較好的適用性和準(zhǔn)確性。

2 ） MQS 技術(shù)可在現(xiàn)場對待檢測目標(biāo)進(jìn)行初步評價，為現(xiàn)場采集質(zhì)量核查、樣點加密詳查提供依據(jù)。此次在四棵樹凹陷開展的試驗，在 GT1 井同樣檢測出較高的滲漏強度，與 MOST 技術(shù)的檢測結(jié)果一致， 表明了 MQS 技術(shù)有效，也展現(xiàn)了先部署現(xiàn)場快速檢測測線，發(fā)現(xiàn)異常后再加密微生物測網(wǎng)的新模式，在提高油氣預(yù)測效率、降低成本方面有良好的應(yīng)用前景。

3 ）針對油氣勘探新區(qū)、新領(lǐng)域及風(fēng)險勘探區(qū)高投入、高風(fēng)險和節(jié)奏慢問題，利用微生物地球化學(xué)勘探技術(shù)高效、靈敏和快捷的特點，將其與地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)成果相結(jié)合，有助于加快勘探節(jié)奏、降低勘探成本和快速獲得勘探突破。