准噶尔盆地东北缘油气微渗漏地表酸解烃测试分析

2018-03-23于浩孙卫东匡薇关维娜李云鹏

新疆地质 2018年1期

于浩，孙卫东，匡薇，关维娜，李云鹏

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心，新疆乌鲁木齐 830000)

酸解烃技术作为烃类直接检测指标，随着色谱分析技术的发展而日益完善并被广泛应用[1]。该方法以烃类垂向微渗漏理论为基础，将土壤中释放的气体经碱溶液吸收除去CO2后，利用气相色谱仪分析烃类气体浓度，来判定油气异常，从而指出油气聚集的有利部位。近年来，AAPG多次组织了以“近地表烃类运移机制与渗漏率”为专题的国际性地学会议，产生了广泛影响。Klusman等通过研究前人成果，系统论述了烃类垂向微运移的“微气泡迁移机制”，较好地解释了烃类运移过程中的“色层效应”。国内运用油气微渗漏理论在松辽盆地、塔里木盆地雅克拉、内蒙古西部等地进行气层识别、油气潜力评估等方面取得了良好的勘探效果[2-4]。

由于烃类垂向微运移过程极复杂，诸多因素对其产生影响，理论研究与实际测量结果有较大差距，面临的最大难题是非油气来源或其它成因烃类的干扰，使分析结果具多解性。因此，地表酸解烃气体影响因素及消除方法的研究与分析是油气化探工作中的一项重要内容。本文以准噶尔盆地东北缘研究区地表样品测试数据为基础，对油气微渗漏酸解烃气体的主要干扰因素进行分析和消除，并对酸解烃指标在研究区的应用进行了探讨。

研究区位于准噶尔盆地东北缘乌伦古坳陷，主要由石炭系、三叠系、侏罗系及白垩系组成，受构造运动影响，缺失二叠系、中下三叠统及新生界[5]，地层厚3 000～5 000 m。地貌以新月型沙丘、低山丘陵和山前冲积平原为主，植被较发育，以草本植物为主，伴生稀疏灌木。半个多世纪以来，该区经历了多次的地球物理勘探和地质构造研究，基本明确了控制乌伦古坳陷的主要边界断裂展布，内部的基本结构单元组成，但始终难以形成中型以上规模的油气田(图1)。

1 数据获取

1.1 样品采集与测试

研究区采集样点间距约1 000 m，采样深度为0.5～1.0 m，尽可能保证样品采集层位和岩性统一，采样时尽量避开低洼河道、茂盛植被等污染源。样品统一包装，记录编号准确，确保样品质量，共采集162个地表土壤样。其中，酸解烃测试7种轻烃气体，X射线衍射测得粘土类、非粘土类矿物含量。

1.2 酸解烃气体相关性统计

从样品酸解烃测试结果可见，多数样品检测到异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷和正丁烷，指标分布具有 C1＞C2＞C3＞C4＞C5的特点(表 1)。甲烷与总烃相关系数为1，说明重烃含量相对较低，总烃主要受甲烷含量的影响(后续的分析以甲烷作为酸解烃气体研究对象)，重烃与乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷的相关系数大于0.96，表明为正常热演化成因的油气异常。

图1 研究区中生代构造单元划分图Fig.1 Division map of Mesozoic tectonic units in the study area

1.3 碳酸盐与酸解烃气体相关性统计

酸解烃法是在抽真空、加热、恒温的情况下加盐酸、脱气的过程，由于酸破坏矿物结构，样品中的碳酸盐遇酸分解，释放内部所含的烃类气体，与其运移烃叠加在一起，导致酸解烃浓度比正常含量增高,造成酸解烃假异常[7]。因此，样品的酸解烃甲烷随着样品中方解石(碳酸盐)含量的增加而明显增高，使二者的相关性较高。

由表2可见，X射线衍射测试结果中与甲烷气体相关性最高的矿物为碳酸盐类的方解石，相关系数为0.664 2，其他矿物与甲烷气体含量相关性均不高。

表1 测试样品酸解烃气体指标相关系数分布表Table 1 Correlation index distribution of acid hydrocarbon gas index for test sample

表2 酸解烃与X射线衍射测试结果相关系数表Table 2 Correlation coefficient of acidolysis hydrocarbon and X ray diffraction

2 数据处理与分析

2.1 土壤碳酸盐含量的排除与抑制

样品中的碳酸盐含量与酸解烃指标含量有一定的相关性，为抑制碳酸盐含量的影响，目前常用的方法是当两者呈线性关系时，利用回归分析法，对碳酸盐一定含量的各采样点中酸解烃含量进行校正[8]。即将碳酸盐作为自变量，酸解烃作为因变量，回归方程为：

校正方程相应为：

其中，S校正为校正后的酸解烃量值；S酸解烃为大于均值的酸解烃测量值；S碳酸盐为碳酸盐含量；V碳酸盐为碳酸盐他碳酸盐含量均值。

由此可将酸解烃指标随碳酸盐含量增加的各个测点的值降低，从而达到抑制碳酸盐对酸解烃指标浓度的影响(图2)。

图2 碳酸盐对酸解烃测试含量修正对比图Fig.2 Comparison of the content correction of carbonate for acidolysis hydrocarbons

2.2 异常门限值的确定

对于不同位置的采样点背景值和异常门限值主要采用《油气地球化学勘探方法与应用》中的统计法确定，背景值即为采样点的算术平均值，而异常门限值是相对于背景而言的，通常是指偏离背景值且对油气分布具有指示意义的数据，常用下式求出：异常门限值δ(式中——算术平均值；n——倍数；δ——方差)。本次工作中n取1。对上述经碳酸盐较正后的甲烷含量进行计算，得到研究区甲烷的异常门限值为227.15 μL/kg，据此可知研究区样品中甲烷异常为26个。

2.3 烃类特征比值分析

由于地表烃异常成因复杂，可能是地下油藏、煤层或油气活动的反映，也可能是现代生物降解的烃类或人类活动等干扰因素所引起。因此，必需对所发现的烃类异常进行成因判别，以找出与油藏有关的异常。烃类特征比值法是较简便、经济的方法，实践证明是行之有效的[9]。

对各种成因类型的油气藏的长期研究过程中发现：不同生油阶段的油气藏，其烃类组份有特定的组构特征，经系统地对比研究后总结出以下几种特征参数：①干燥系数(C1/∑Cn)：指甲烷与总烃的比值，系数值便越大，甲烷所占比重就越大；②平衡系数((C1+C2)/(C3+C4+C5))，由于 C3、C4、C5在近地表条件下由有机质转化形成的可能性小或量小，因而当与已知油气藏特征值对比时，系数偏高，说明烃类成份以 C1、C2为主，而 C3、C4、C5等重烃含量相对较少，从而判定异常可能为地表干扰引起；③其他比值(C1/C2、C3/C1)。对上述26个高于异常门限值的样品进行烃类特征比值的对比。可见，高于异常门限值的样品以石油伴生气居多(表3)。

表3 烃类特征比值与油气藏关系表Table 3 Relation between hydrocarbon characteristic ratio and hydrocarbon reservoir

2.4 干燥系数分析

研究区地表植被发育，必须考虑地质沉积中有机质厌氧降解，产生甲烷气体对酸解烃测试结果的影响。利用酸解烃气体中甲烷、总烃的含量与烃源岩的热演化程度密切相关，采用干燥系数(甲烷/总烃)反映不同油气藏的来源及影响程度。不同烃源岩类型或不同演化程度的烃源岩干燥系数不同，随着烃源岩热演化程度的提高干燥系数增大，地表厌氧细菌作用使富甲烷的烃类富集，从而影响干燥系数显著偏大[7]。

以NW向局部断裂将研究区分为南北两部分，北区地势较高，植被不发育，土壤以粘土为主，南部地势偏低，植被较发育，土壤以砂土或亚砂土为主。

研究表明，酸解烃异常含量与干燥系数在区域上具较强的差异(表4)。以酸解烃气体含量较多的甲烷为例，北区甲烷含量均值为215.238 μL/kg，高于异常门限值的样品19个，南区的甲烷含量均值为63.829 μL/kg，高于异常门限值的样品7个，北区不仅甲烷均值含量高，而且高于异常门限值的样品数量多且集中。从干燥系数来看，北区干燥系数均值为0.808，南区干燥系数均值为0.844，北部明显小于南部，同时也小于全部样本的干燥系数均值0.831。

可见，一方面北区较南区的干燥系数低，说明北区地表有机质中厌氧细菌产生的甲烷气体较少，另一方面，酸解烃测试数据中北区甲烷气体明显高于南区。表明干燥系数结合酸解烃异常在研究区北部轻烃微渗漏具一定的指示意义，但仍需进一步验证与分析。