微生物異常探索江漢盆地江陵凹陷萬城斷裂帶北部油氣富集規律及有利區

袁志華，趙青, 張玉清，鄧富強，秦曉蕾，張忠坡，李英賢，李秀榮

1) 長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，武漢，430100；2) 長江大學錄井技術與工程研究院，湖北荊州，434023；3) 中國石油塔里木油田公司勘探開發研究院，新疆庫爾勒，841000；4) 中國石化集團江漢石油管理局地球物理勘探公司，湖北潛江，433100；5) 長江大學資源與環境學院，武漢，430100；6)長江大學地球科學學院，武漢，430100

內容提要: 江漢盆地江陵凹陷萬城斷裂帶北部研究區，地表條件復雜，地震和鉆井施工困難，油氣富集規律還不甚清楚。因此，試圖通過微生物找油方法，最小成本最高效率，以探明本研究區的油氣富集規律。研究區面積約230.0 km2，采集樣品間距南北500 m × 東西250 m，共采集并分析了樣品2354個。研究表明，微生物異常主要分布在萬城斷層的東側，其中微生物氣異常零星分布，異常較弱，無獨立氣藏。在綜合地質等資料的基礎上，微生物異常分布特征表明，萬城斷裂帶顯示了來自北西和北東向的雙向物源，油氣來源于梅槐橋洼陷，屬近源成藏。萬城斷裂帶東側和坡折帶低位扇砂體是油氣有利富集區，前景較好，主要為古近系新溝咀組成藏。萬城斷裂帶西側有小面積油藏，可能系白堊系成藏。最后，對微生物異常區進行了分級評價，指明了重點攻關區、評價有利和較有利區，對大幅降低勘探風險和提高勘探成功率，具有重大的社會經濟效益和深遠的現實意義。

油氣微生物勘探作為近地表勘探技術之一，是一項古老的，由地質與微生物相結合的交叉邊緣學科發展而來的(Mogilewskii, 1938; Sealy, 1974)。在20世紀80～90年代，隨著分析檢測技術和解釋方法的發展，不斷完善了輕烴上浮的機制和模型(Klusman and Saeed, 1996; Schumacher, 1996; Saunders et al., 1999)。該技術亦得到了更加廣泛地應用，從而展示了新的活力(Hitzman et al., 1994; Martin et al., 1997; Baum et al., 1998)。隨后，很多國家亦開始運用該技術，并取得了很好的應用效果(Yuan Zhihua et al., 2009; Miqueletto et al., 2011; Rasheed et al., 2011)。該技術以其有效、快速、經濟和多解性小等優勢，日益受到全球油氣勘探界的重視(Xu Kewei et al., 2013; Rasheed et al., 2015; 湯玉平等, 2016; 楊帆等, 2017; Waheed et al., 2018; Boug et al., 2019; 閆亮等, 2020)。即使如此，該技術始終處于不斷開拓進取之中(Liao Xianyan et al., 2012; Wu Xiaoying et al., 2014; Zhang Cuiyun et al., 2016; Liang Weiwei et al., 2018)。目前，利用油氣微生物異常，主要是進行油氣遠景評價，而對油氣富集規律的探索，尚未研究。

萬城斷裂帶研究區內，是江漢油田水網區的典型代表。自北向南依次有尤家咀水庫、丁家咀水庫、滬渝高鐵、滬渝高速、長江、沮漳河、荊江大堤、沮漳河大堤、長江干堤等，河湖縱橫、水網密布，大范圍的禁炮區，導致地震及鉆井施工困難。盡管在萬城斷裂帶北部已進行了大量的研究工作，積累了豐富的研究資料，但對該區的油氣富集規律還不甚清楚(陳波等, 2006; 黃華和王永軍, 2009)。

為此，在本研究區，通過微生物找油方法應用研究，力求用最小的成本、最高的效率，有效圈定出微生物異常區，以探明萬城斷裂構造帶北部及其斜坡區的油氣富集規律，為地震勘探施工及處理、解釋提供依據，亦為江陵凹陷油氣勘探增儲上產奠定基礎。

1 地質背景

萬城斷裂構造帶位于江陵凹陷荊州背斜帶的八嶺山背斜以西，構造軸向為NNE。該斷裂帶活動時間長(K-Ej)，控制凹陷形成與演化，不但控制各期地層沉積，而且還形成同沉積構造(Tang Youjun et al., 2020)。該帶以長江水域為界，以北統稱為萬城斷裂帶北部，東連八嶺山背斜，西臨江口向斜，南接梅槐橋生油向斜,北至江陵凹陷邊緣(圖1)。

圖1 江漢盆地江陵凹陷萬城斷裂帶北部位置圖(據唐友軍等，2020修改)Fig. 1 Location of the study area in the northern Wancheng fault zone in the Jiangling Sag, Jianghan Depression (modified from Tang Youjun et al., 2020&)

萬城斷層下降盤是江陵凹陷最好的梅槐橋向斜生油洼陷，面積411 km2，生油量3.59 ×108t。區內新溝咀組下段烴源巖以Ⅱ油組最發育,最大厚約120 m；有機碳平均為0.8%～1.0%，以高成熟為主；是主要勘探的目的層(易積正等, 2009)。W12區塊的發現，新增探明儲量83.82 ×104t,證實萬城斷裂下降盤發育斷裂坡折帶砂體(李銘華, 2008)。此外，在萬城斷裂帶上升盤，緊鄰研究區南部的謝鳳橋油田，在“新生古儲”式的白堊系次生油藏獲得了重大突破(陳孔全等, 2004; 袁娟梅, 2015)。

2 微生物異常分布

研究區面積約230.0 km2，采集測點網格間距南北500 m × 東西250 m。在構造有利區和垂直萬城主斷層的區域，均進行了適當加密樣品采集(Matthew, 1996)。共采集了樣品2354個。每個樣品，分別分析了氣指示菌和油指示菌。關于實驗分析流程和影響因素等，已在有關文獻中有詳盡的論述(Dehority, 1989; 梅博文等, 2002)。

為了評價微生物異常，我們采用了一套對土壤中烴氧化菌(包括甲烷氧化菌)的評價指標——MU值(Measurement Unit)。即綜合單位土壤樣品中的微生物數量(n)、活性(a)、顯微鏡鑒定結果(o)、地層壓力(f)、地表溫度(t)、樣品濕度(h)、巖性(l)、顏色(c)、pH值(p)和地表植被(v)等因素(梅博文，2002；袁志華等，2008)。即：

MU=f(n,a,o,f,t,h,l,c,p,v)

通過研究區內已知井，例如W1和W12等8口井的含油氣性與微生物異常的相關關系，標定了微生物異常值。同時，在緊鄰研究區的南部謝鳳橋油田，曾經以南北250 m × 東西250 m的網格采集間距，利用微生物異常進行過鉆前快速評價，且隨后完鉆的8口井，均與微生物異常結果相符，更加保證了研究區微生物異常識別油氣區的準確性及可靠性(袁志華等, 2008)。在本研究區，微生物油氣異常值大于30.0(MU)的區域為異常區，進而圈定了微生物異常分布區域(圖2)。

圖2 萬城斷裂帶北部油氣微生物異常分布圖Fig. 2 Abnormal microbial oil and gas distribution in the northern Wancheng fault zone圖中等深線為T8反射構造層(E)的等深線，單位為 mThe isobath lines in the figure are the isobath lines of T8 reflection structure (E top upper)

在本研究區，微生物油異常區大多分布在萬城斷層東側，西側較少。八嶺山背斜分布局部。梅槐橋凹陷和北部斜坡、萬城斷裂帶北端以及八嶺山背斜北部均未見微生物油異常。微生物氣異常整體水平較低，基本上接近背景值，且分布零星，多與油異常重合；反映研究區內氣異常多為溶解氣所致，無獨立天然氣藏。為此，僅討論微生物油異常，對微生物氣異常不再贅述。

3 綜合研究

由于微生物找油方法，始終是處于不斷摸索探討之中。而且，僅僅是從微生物異常這一側面，提供一種輔助信息。因此，在此結合現有的地質和開發等資料，嘗試從以下幾個方面，進行探討(Saunders et al., 1993)。

3.1 微生物異常與反射構造層

在實際運用過程中，微生物異常與地震資料相結合，方可提高解釋的可信度，從而大幅降低勘探風險，提高勘探的成功率(Lopez et al., 1994; Macgregor, 1993; Hitzman et al., 2002)。

在本研究區，反射構造層有T1(Ejh頂)、T6(Eq4上)、T7(Ej頂)、T8(Ex上頂)、T9(Es上頂)、T10(K2y1頂)和T11(K2h頂)。

通過對比分析微生物異常與各反射構造層表明，微生物異常區與T1、T6和T7反射構造層不太吻合，反映本研究區的微生物異常來自荊沙組及其上覆地層的可能性不大(圖3)。

圖3 微生物異常與各反射構造層的關系Fig. 3 Relationship between the microbial anomaly and the reflection structure layers圖中等深線為相應反射構造層(見左上角)的等深線，單位為 mThe isobath lines in the figure are the isobath lines of the reflection structure noted on the up-left

其實，到目前為止，在江陵凹陷潛江組尚未發現油藏，僅在鉆井過程中發現了較好的油氣顯示。

從T8到T11反射構造層，微生物異常區的分布大多數情況下，與構造吻合的情況則比較理想(圖2中為T8反射構造層)。在萬城斷裂帶以東，本研究區的微生物異常分布區，盡管遠小于構造有利區，但基本上與T8反射層構造圖中的有利區吻合，反映微生物異常表征地下的含油層系為新溝咀組的可能性極大。

在萬城斷裂帶西側，亦存在幾個較強的微生物異常區，特別是W11x以北的微生物異常區，與T10反射層構造圖中的有利區域較吻合。此外，鉆井揭示萬城斷裂構造帶缺失沙市組下段。因此，該處的微生物異常所表征的油藏可能來自白堊系的地層(黃華和王永軍, 2009)。

3.2 微生物異常與物源

在萬城斷裂帶前緣的新下段，存在坡折帶沉積體系，具有來自上升盤北西向和來自下降盤北東向溝槽的雙向物源體系(黃華和王永軍, 2009)。在本研究區，微生物異常與新溝咀組下段(Ex下)、漁洋組(K2y)和紅花套組(K2h)的滲透性砂巖的分布均比較吻合(圖4)。

圖4 微生物異常與Ex下、K2y和K2h滲透性砂巖的關系Fig. 4 Relationship between the microbial anomalies and permeable sandstones of the lower Ex, K2y and K2h Formations圖中等值線為各個小層(見左上角)的滲透性砂巖厚度(m)等值線The contour lines in the figure are the permeability sandstone thickness (m) contour lines for each small layer noted on up-left corner

在梅槐橋周緣，據Ex下II砂層三維頻譜分析(60 Hz)，從北至南，至少表現為 3 個斷裂坡折帶低位扇砂體的特征(李銘華, 2008)。在本研究區，微生物異常，從西北向東南方向均呈朵狀，且異常值較高，表征油氣有利富集區(圖5)。

圖5 微生物異常與斷裂坡折帶低位扇砂體的關系: (a) 微生物異常與Ex下II砂層巖性圈閉的關系；(b) Ex下II砂層三維頻譜分析(60 Hz)Fig. 5 Relationship between the microbial anomalies and the lowstand fan sand body in the fault slope-break zone: (a) relationship between microbial anomalies and lithologic traps of sand layer II in the lower Ex Formation；(b) 3D frequency spectrum analysis of sand layer II in the lower Ex Formation (60 Hz)圖(a)中的等深線為Ex下II砂層的等深線The isobath lines in figure (a) are the isobath lines of the sand layer II of the Ex下

同時，微生物異常區域比地震所圈定的巖性有利區較小，表征這些低位扇砂體并未全部充注油氣。

J6—W12方向，微生物異常呈條帶狀分布，反映了典型的含油河道砂體特征，即北東方向的物源在這一帶形成的河道砂體。

因此，在萬城斷裂帶前緣，在梅槐橋洼陷周緣，微生物異常同樣表征了上升盤西北向物源和來自下降盤北東向溝槽物源的雙向物源體系(圖2)。

3.3 微生物異常與油源

在油氣主要運移期，伸入梅槐橋洼陷的砂體和活動的斷層，對油氣具有較好的通道作用，使梅槐橋生成的油氣，運移至區域上處于構造相對較高部位萬城斷層坡折帶低位扇砂體中聚集成藏(易積正等, 2009)。

在本研究區，在梅槐橋洼陷附近，微生物異常不僅非常強烈，而且面積較大，連片分布。在萬城斷裂帶西側，未見較強的異常區。同時，由西南向東北方向，沿著萬城斷裂帶，微生物異常強度逐漸減弱，面積逐漸減小(圖2)。

因此，僅從微生物異常來看，萬城斷裂帶的油源來自于梅槐橋洼陷，而江口洼陷的油源并未到達本研究區。同時，微生物異常緊鄰萬城斷裂帶，反映油氣多為近源成藏(圖1)。

3.4 微生物異常與條帶狀砂體

區域研究資料表明，本研究區基本上為三角洲前緣亞相沉積體系(黃華等, 2019)。

在J6—W12方向，微生物異常呈蜿蜒條帶狀分布，反映了典型的含油河道砂體特征，即北東方向的物源在這一帶形成的水下分流河道砂體(圖2)。該水下分流河道不僅本身可以是有利的儲集砂體，而且可以作為從梅槐橋向北的油氣輸送通道，對J6井西北坡折帶低位扇砂體的油氣富集起著重要的作用。

在該微生物異常條帶，除條帶以西的Mh1井，以及條帶以東的J6井外，并沒有其它完鉆井，建議可適當關注。

3.5 微生物異常分級與評價

油氣微生物勘探的最終目的，是通過對研究區內的微生物異常區進行分級排隊，進而指明最有利的含油氣前景區，為勘探家提供決策依據。

在此，根據已經建立的一套較為完整的油氣微生物異常區分級評價體系，對本研究區微生物異常進行分級評價(袁志華和習嘯, 2014)。

在本研究區，將微生物異常區分為 3 個異常分級，即好、較好和中等富集區，其中梅槐橋洼陷周緣(含W12井區)的異常區為好的富集區A，J6井以北的異常區為較好富集區B，W5井區及西側為中等富集區C(表1，圖2)。

表1 研究區油氣微生物異常區分級評價表Table 1 Classification and evaluation of hydrocarbon microbial abnormal areas in study area

微生物異常區分級排隊是相對于單一異常區而言的。在每一個異常區內，僅從微生物的角度而言，應優先在異常值較強烈的區域進行勘探。即在同一異常區內，異常值大于40.0(MU)者為重點勘探區，大于35.0(MU)者為次要勘探區，大于30.0(MU)者為可供勘探區，大于25.0(MU)者為參考區。在建議和部署評價井時，可以結合已有的部署原則對重點勘探區進行優先勘探。

3.5.1重點攻關區塊

在該異常區塊內，已有W12井區和W13井區為油氣探明區。該異常區面積為15.4 km2，分布方向紊亂，異常強烈，反映為多物源多層系的油氣藏特征。

在該異常區內，多處系本次研究首次發現。例如，在萬城斷裂帶東側下降盤，梅槐橋以北的坡折帶低位扇砂體、梅槐橋的河道砂體，多為古近系新溝嘴組下段油組；在萬城斷裂帶西側，在W13井以西，Mh1井以西，可能為白堊系成藏。

此外，在該異常區內，在W13井區和W12井區，微生物異常朵狀分布形態，且垂直于萬城斷裂帶向東延伸，為這兩個井區擴邊增儲提供了可靠的依據。

因此，該異常區塊是一個很有前景的區塊。微生物異常面積，大于目前已探明范圍，可開展滾動擴邊，油氣潛力很大。

3.5.2評價有利區塊

評價有利區塊B，分布于J6井北側。該異常區油藏微生物異常區面積為5.6 km2。

根據微生物異常新發現，再次對該區塊的萬城斷層下降盤進行了三維地震精細解釋。T8反射層構造表明，存在一個楊嶺坡斷塊，該斷塊埋深-2200 m，幅度為 280 m，高點位置 536～730 m，圈閉落實程度為較可靠。微生物異常表明，與T8反射構造有利區吻合很好，該處的油氣可能來自古近系新溝咀組下段(圖2)。

3.5.3評價較有利區塊

評價較有利區塊包括2個微生物異常區，即C1和C2。

異常區C1面積為2.9 km2，該異常區向東延伸，為W5井區擴邊增儲提供了依據，建議給予一定的關注。與前面的異常區A和B相比，雖然面積較大，但微生物異常相對較弱，可能在東北部物源經過該異常區時，對該處的砂體進行了適當的改造所致。

異常區C2的微生物異常面積較小，僅2.4 km2。與T10反射層構造有利區吻合很好(圖3)。在該異常區北部，已完鉆了W10c井，見顯示。因此，該異常區還是有一定的油氣潛力的。但考慮面積較小，且形態不太規則，可以在該異常區的白堊系地層獲得油氣突破后，再考慮在該異常區內部署一口預探井。

4 討論

4.1 八嶺山背斜

在本研究區東部的八嶺山背斜，位于荊州背斜帶的西北端，是一個相對獨立的三級構造,且構造極其復雜(佘曉宇等, 2013)。由于本研究區僅覆蓋了八嶺山背斜的局部區域，而且微生物異常分布亦不是十分完整(圖1，圖2)。因此，關于微生物異常的分布規律及其綜合研究，容后再議。

4.2 斷層的影響

斷層在油氣運移、成藏過程中影響作用非常明顯，閉合的斷層可以形成有效遮擋；開啟的斷層可以形成油氣運移通道，在上覆地層富集成藏，近地表的開啟斷層則往往造成油氣藏的破壞。這些在近地表微生物均有相應的異常顯示(Wagner et al., 2002)。

在港西構造西端研究區，斷層下部開啟上部封閉，微生物異常表現為異常面積較大且較規則的異常區域(袁志華和汪曉萌, 2012)。對于多條斷層，形成一個相對封閉的斷塊，微生物異常一般較強烈，且分布明顯受控于斷層(袁志華和王明, 2010)。對于近地表開啟的斷層，則微生物異常微弱，呈串珠狀分布(袁志華和賴曉明, 2012)。

在本研究區，微生物異常既未表現斷層開啟而呈串珠狀分布，亦未表現為明顯的斷層遮擋形成的油氣藏。微生物異常沿著斷層，主要表現為與斷層垂直的朵狀分布，這與斷層控制了有效儲集砂體的分布有關。同時亦表明，在本研究區內，斷層可能既起著有效的輸導體系，源源不斷地將油氣從梅槐橋生烴洼陷運移至就近的儲集砂體中，同時又在一定的程度上在較淺的部位對油氣起著遮擋作用。

4.3 火成巖的影響

因火成巖屏蔽影響，對地震解釋的品質可能不甚理想(丁力等, 2018)。同樣，致密的層狀火成巖大面積覆蓋對烴類垂直上浮有一定阻隔作用，厚度越大，油藏微生物異常值越低。柱狀侵入體則完全阻隔異常區的分布，但因其覆蓋面積小，對油氣成藏形成局部影響(李勇梅和袁志華, 2009)。

在本研究工區，玄武巖分布于梅槐橋以北，且由南向北逐漸加厚。而微生物異常，梅槐橋以南較強，以北區域較弱。顯然，古近系的火成巖分布，對微生物異常產生了一定的影響(圖6)。

即使如此，在火成巖分布的區域，也能有效圈定出微生物異常區域。當然，前已述及，梅槐橋以南區域微生物異常較強，主要還是與距離生烴洼陷較近和坡折帶低位扇砂體較發育等因素有關。

因此，總體來看，本研究區的火成巖對微生物異常的影響不是決定的因素。

4.4 鹽構造的影響

在江陵凹陷內，鹽構造主要分布于荊州背斜帶和梅槐橋向斜帶(高楠安, 2013)。

在江陵凹陷，鹽構造比較發育。但在本研究工區內，僅在梅槐橋以南的局部區域發育鹽構造，面積約4.4 km2(圖6)。

圖6 微生物異常與古近系火成巖和江陵凹陷鹽構造的關系Fig. 6 Relationship between the microbial anomalies and the lower Tertiary igneous rocks and the main salt structure in Jiangling Sag

由于鹽構造的存在，微生物異常不僅非常強烈，而且連片分布。對油氣的富集可能是較有利的。當然，由于該鹽構造緊梅槐橋生油洼陷，加之萬城斷裂帶有利的運移通道，對油氣富集較為有利(楊長清, 2004)。

因此，在江陵凹陷的其它地方，如果有類型的地質條件，可以適當關注鹽構造有利富集區。

4.5 關于預測符合率

在本研究區進行微生物找油時，所完成的油指示、氣指示測定數據均是嚴格按照野外采樣要求，然后按照一套規范的實驗流程，在綜合考慮各種影響因素的情況下完成的。

因此，就本區微生物勘探的結果而言，其分析結果排除了任何人為因素的干擾，是客觀的、純實驗性的。

為了驗證微生物找油方法在本研究區的效果，通過與已知井的油氣情況進行比較，以便了解其符合情況，同時為下一步指出有利的勘探區塊提供可靠的依據(表2)。

表2 微生物異常與已知井含油性的符合情況Table 2 Coincidence of microbial anomaly with the oil-bearing situation of the known wells

在本研究區，包括微生物異常研究之后的W26x和W26c井，共有31口完鉆井。在標定微生物異常時，選擇了其中的8口井。在剩余的23口井中，其中只有Mh1井和Mh1c井不相符，其它井的含油氣情況，均與微生物異常結果相符，其符合率為 91 %(袁志華等, 2011)。當然，該符合率，有待今后在該研究區隨后更多的完鉆井進一步驗證。

5 結論

微生物異常分布所表征的是油氣藏平面分布規律，對于多套儲層則表征的是疊加效果。在此，僅從微生物油氣異常分布規律，得出以下幾點初步認識。

(1)江漢盆地江陵凹陷萬城斷裂帶微生物油異常區大多分布在斷層東側，西側較少。八嶺山背斜僅局部分布。

(2)萬城斷裂帶前緣發育的斷裂坡折帶低位扇砂體是油氣有利富集區；沿J6—W12方向的條帶為含油河道，顯示雙向物源。萬城斷裂帶油氣來源于梅槐橋洼陷，屬近源成藏。

(3)萬城斷裂帶東側、J6井西北坡折帶低位扇砂體形成油藏，前景較好，主要為新溝咀組成藏。萬城斷裂帶西側在W10c南北、W13西部有小面積油藏，可能系白堊系成藏。

(4)微生物氣異常整體水平一般，基本上與微生物油異常區吻合，但分布零星、異常較弱，且總面積較小，表明天然氣多系原油溶解氣，無獨立氣藏，且儲量一般。

(5)對本研究區的微生物異常區進行了分級排隊。其中，異常區塊 A為好油氣富集區(重點攻關區)，異常區塊B為較好油氣富集區(評價有利區)，異常區塊C(包括C1和C2)為中等油氣富集區塊(評價較有利區)。