模拟讲稿ch课件

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1、第二章 地史模型 地地史史模模型型的的功功能能是是描描述述和和重重建建含含油油气气盆盆地地的的沉沉积积发发育育史史和和构构造造史史。其其作作用用在在于于为为热热史史、生生烃烃史史、排排烃烃史史、运运聚聚史史提提供供时时空空模模拟拟范范围围。油油气气藏藏的的形形成成是是发发生生在在地地史史过过程程中中的的事事件件，在在沉沉积积物物的的埋埋藏藏、成成岩岩过过程程中中，其其密密度度、孔孔隙隙度度、厚厚度度、结结构构均均发发生生变变化化，这这种种变化对油气藏的形成是至关重要的。变化对油气藏的形成是至关重要的。模拟讲稿ch 地史模型是盆地模拟的地史模型是盆地模拟的基础模型。基础模型。其精度其精度直接影响

2、到其余的四个模型：热史、生烃史、直接影响到其余的四个模型：热史、生烃史、排烃史、运聚史模型，并为它们提供有关参数。排烃史、运聚史模型，并为它们提供有关参数。地史模拟过程中，应考虑尽可能多的地质事件，地史模拟过程中，应考虑尽可能多的地质事件，如沉积压实、超压、剥蚀、沉积间断、断层等。如沉积压实、超压、剥蚀、沉积间断、断层等。地史模型目前的主要应用是对盆地沉积发育史地史模型目前的主要应用是对盆地沉积发育史的模拟，对包含断层发育史在内的构造发育史的模拟，对包含断层发育史在内的构造发育史的模拟难度较大，目前尚不成熟。本章主要讨的模拟难度较大，目前尚不成熟。本章主要讨论盆地论盆地沉积发育史沉积发育史的模

3、拟。的模拟。模拟讲稿ch第一节第一节 概念模型概念模型 盆地的沉积埋藏史主要是基于盆地的沉积埋藏史主要是基于沉积地层的压实原理沉积地层的压实原理实现的。根据沉积压实原理，假设随着埋藏深度的增加，实现的。根据沉积压实原理，假设随着埋藏深度的增加，只有孔隙体积变小，而地层的只有孔隙体积变小，而地层的“骨架骨架”厚度不变厚度不变，符合，符合这一原理的主要是砂、泥（页）岩类，而碳酸盐岩、塑这一原理的主要是砂、泥（页）岩类，而碳酸盐岩、塑性流动的膏盐层、火山岩等因成岩作用机理不同，在模性流动的膏盐层、火山岩等因成岩作用机理不同，在模拟时要特别对待。因此，相应数学模型主要是针对拟时要特别对待。因此，相应数

4、学模型主要是针对碎屑碎屑岩类发育的盆地岩类发育的盆地而建立的。其概念模型的建立主要从以而建立的。其概念模型的建立主要从以下几个方面考虑：下几个方面考虑： 模拟讲稿ch（1 1） 沉积地层厚度及其变化，既反映了上覆沉积对沉积地层厚度及其变化，既反映了上覆沉积对下伏地层的压力效应，又反映了不同岩石因受压实程下伏地层的压力效应，又反映了不同岩石因受压实程度不同所引起的孔隙度非均匀变化，因此根据压实原度不同所引起的孔隙度非均匀变化，因此根据压实原理，用现今地层厚度和孔隙度可以恢复地层原始厚度；理，用现今地层厚度和孔隙度可以恢复地层原始厚度； （2 2）地层被抬升、剥蚀是盆地发展过程中重要事件，地层被抬

5、升、剥蚀是盆地发展过程中重要事件，抬升时间和剥蚀量则是恢复盆地发展演化史的两个重抬升时间和剥蚀量则是恢复盆地发展演化史的两个重要参数，用适当的方法确定这两个地质变量，并将其要参数，用适当的方法确定这两个地质变量，并将其与原始地层厚度一起考虑进行地史模拟，可以恢复盆与原始地层厚度一起考虑进行地史模拟，可以恢复盆地的沉积埋藏史和古构造发展史；地的沉积埋藏史和古构造发展史； 模拟讲稿ch（3 3） 多种原因形成的地层欠压实作用（超压带的存多种原因形成的地层欠压实作用（超压带的存在）是较为普遍的地质现象，此时因孔隙度的变化不在）是较为普遍的地质现象，此时因孔隙度的变化不再遵循再遵循Athy定律，恢复的

6、地层厚度与真正的原始厚度定律，恢复的地层厚度与真正的原始厚度有差异，概念模型必须考虑这一因素。有差异，概念模型必须考虑这一因素。 另外，构造变形和断裂作用、次生孔隙等因素，另外，构造变形和断裂作用、次生孔隙等因素，都为沉积埋藏史和古构造史的恢复增加了许多难度，都为沉积埋藏史和古构造史的恢复增加了许多难度，目前的模拟方法仍难以处理。目前的模拟方法仍难以处理。 v基于沉积压实原理上的地史模型分为基于沉积压实原理上的地史模型分为正演法模型正演法模型和和反演法反演法模型。模型。 模拟讲稿ch第二节第二节 正演法模型正演法模型 建立地史模型的目的是模拟研究盆地的沉积发育史建立地史模型的目的是模拟研究盆地

7、的沉积发育史和构造史，由于构造史模拟的不成熟性，一般只模拟沉和构造史，由于构造史模拟的不成熟性，一般只模拟沉积发育史，即模拟研究盆地或模拟地区内所沉积的各套积发育史，即模拟研究盆地或模拟地区内所沉积的各套地层的厚度变化历史。要达到这个目的，首先要解决三地层的厚度变化历史。要达到这个目的，首先要解决三个问题：个问题： 1、求解各时期地层孔隙流体压力，即地层压力史。、求解各时期地层孔隙流体压力，即地层压力史。2、求解各时期地层孔隙度，即地层孔隙度史。、求解各时期地层孔隙度，即地层孔隙度史。3、求解各时期地层厚度，即地层厚度史。、求解各时期地层厚度，即地层厚度史。模拟讲稿ch基于上述问题，地史模型由

8、以下三个子基于上述问题，地史模型由以下三个子模型构成：模型构成：压力史模型压力史模型孔隙度史模型孔隙度史模型地层厚度恢复模型地层厚度恢复模型模拟讲稿ch一、压力史模型一、压力史模型 地层由最初的沉积厚度演变到今天的沉积厚度，其地层由最初的沉积厚度演变到今天的沉积厚度，其中经过了一个压实、即孔隙度减小的过程。在此认为：中经过了一个压实、即孔隙度减小的过程。在此认为：孔隙度的减小，主要依赖于地层上覆沉积荷重和孔隙流孔隙度的减小，主要依赖于地层上覆沉积荷重和孔隙流体压力的变化。当知道地层所处的深度和上覆岩石的平体压力的变化。当知道地层所处的深度和上覆岩石的平均密度后，均密度后，上覆沉积荷重上覆沉积荷

9、重不难由下列公式求出：不难由下列公式求出： S=bw g z S上覆沉积荷重；上覆沉积荷重；bw上覆沉积物平均密度；上覆沉积物平均密度； g重力加速度重力加速度 ； z 埋深埋深 。模拟讲稿ch 另一个关键问题是如何求取地层的孔隙流体压力。另一个关键问题是如何求取地层的孔隙流体压力。在静水压力条件下的正常压实地层，孔隙流体压力在静水压力条件下的正常压实地层，孔隙流体压力P可可由下列公式求得由下列公式求得(据真炳钦次，据真炳钦次，1968)：其中：其中：Pn 孔隙流体压力孔隙流体压力; w孔隙流体密度孔隙流体密度; g重力加速度重力加速度; z 埋深。埋深。模拟讲稿ch 在盆地模拟过程中，如果从

10、下到上的所有在盆地模拟过程中，如果从下到上的所有地层中均未出现欠压实现象，即均为静水压力地层中均未出现欠压实现象，即均为静水压力条件下的正常压实地层，就可用上式求解任何条件下的正常压实地层，就可用上式求解任何深度的孔隙流体压力，压力史模型的问题就解深度的孔隙流体压力，压力史模型的问题就解决了。但在实际的沉积地层中，往往在下部地决了。但在实际的沉积地层中，往往在下部地层中出现欠压实现象，即孔隙度不但不随深度层中出现欠压实现象，即孔隙度不但不随深度的增大而减小，反而有增大的趋势（如图）。的增大而减小，反而有增大的趋势（如图）。这时对孔隙流体压力这时对孔隙流体压力P 的求解，必须考虑的求解，必须考虑

11、超压超压。模拟讲稿ch有限压实的孔有限压实的孔深曲线深曲线正常压实带正常压实带欠常压实带欠常压实带0HLgZZe模拟讲稿ch 或或 P深度深度Z处的孔隙流体压力处的孔隙流体压力(含超压含超压)； Ze 正常压实趋势上某一较浅深度（孔隙度等于深正常压实趋势上某一较浅深度（孔隙度等于深Z处）；处）；w孔隙流体平均密度；孔隙流体平均密度；b w沉积物平均密度；沉积物平均密度； g重力加速度；重力加速度； w 孔隙流体平均密度孔隙流体平均密度(磅磅/英寸英寸2英尺英尺)；b w沉积物平均密度沉积物平均密度(磅磅/英寸英寸2英尺英尺) 。vMagara.K欠压实带孔隙流体压力方程欠压实带孔隙流体压力方程

12、 模拟讲稿chMagara.K（真柄钦次）公式推导：（真柄钦次）公式推导：根据特察模型知：根据特察模型知： S=+P S上覆沉积荷重上覆沉积荷重作用在岩石上的有效应力，作用在岩石上的有效应力， (颗粒间的支撑力颗粒间的支撑力) P孔隙流体压力孔隙流体压力 在深在深Ze 处处 ：从而有：从而有： 在深在深Z处：处： 模拟讲稿ch 由于深由于深Ze 处和深处和深Z处的孔隙度相等，所以认为这处的孔隙度相等，所以认为这时作用在这两个深度岩石颗粒间的支撑力也是相同时作用在这两个深度岩石颗粒间的支撑力也是相同的。的。 即：即：即：即：此即此即Magara.K（真柄钦次）公式。（真柄钦次）公式。模拟讲稿ch

13、 用该公式即可求出在任一地质时间和深度的孔隙流用该公式即可求出在任一地质时间和深度的孔隙流体压力，但该公式实际应用的效果并不理想，甚至往往体压力，但该公式实际应用的效果并不理想，甚至往往出现很大的误差，这主要是因为异常流体压力的起因并出现很大的误差，这主要是因为异常流体压力的起因并不象上述方程所反映的那样，仅仅是由于上覆沉积物的不象上述方程所反映的那样，仅仅是由于上覆沉积物的不断加厚所至所致。另外诸如岩石渗透率、水热增压等不断加厚所至所致。另外诸如岩石渗透率、水热增压等重要因素均未考虑在内。这一点我们可以从特察模型中重要因素均未考虑在内。这一点我们可以从特察模型中可以看出。可以看出。 由特察模

14、型：由特察模型：S=+P ，岩石在从，岩石在从Ze 沉积到沉积到Z 的过程的过程中，岩石骨架的有效应力中，岩石骨架的有效应力不变，孔隙流体压力的变化不变，孔隙流体压力的变化完全是由于上覆完全是由于上覆 沉积荷重沉积荷重S的增加，这样考虑问题显然的增加，这样考虑问题显然不够全面。不够全面。 模拟讲稿ch 由于真柄公式忽略了造成异常压力的其他主要因由于真柄公式忽略了造成异常压力的其他主要因素，故所计算出的流体压力值往往小于实测值。一个素，故所计算出的流体压力值往往小于实测值。一个解决的办法是在其公式后加一修正因子解决的办法是在其公式后加一修正因子 ，即：，即： 即：即： 其中其中 的值可根据现今的

15、实测资料与原公式的对的值可根据现今的实测资料与原公式的对比修正计算得到。虽如此，上述公式的计算结果仍不比修正计算得到。虽如此，上述公式的计算结果仍不十分理想，因此，有必要寻求求解欠压实带孔隙流体十分理想，因此，有必要寻求求解欠压实带孔隙流体压力的更好方法。压力的更好方法。 模拟讲稿chv欠压实带孔隙流体压力超压方程欠压实带孔隙流体压力超压方程 胜利油田在胜利油田在Welter模型的基础上，推导了一个较为模型的基础上，推导了一个较为实用的求解欠压实带孔隙流体压力三维超压方程实用的求解欠压实带孔隙流体压力三维超压方程 ：模拟讲稿ch 式中：式中：w 孔隙流体密度孔隙流体密度 ； 流体粘度；流体粘度

16、； K 岩石渗透率岩石渗透率 ； Pa 孔隙流体超压；孔隙流体超压； 岩石孔隙度岩石孔隙度 ； 岩石压缩系数；岩石压缩系数； 流体压缩系数；流体压缩系数； S 上覆沉积荷重；上覆沉积荷重； Pn 上覆静水柱压力；上覆静水柱压力； t 时间。时间。（推导略）（推导略） P=Pn+Pa 完整的压力史模型为：完整的压力史模型为： 超压方程求超压方程求Pa模拟讲稿ch二、孔隙度史模型二、孔隙度史模型 在推导上述超压方程的过程中，推导出：在推导上述超压方程的过程中，推导出： （参数含义同上）（参数含义同上） 即是地史模型中使用的孔隙度史模型。即是地史模型中使用的孔隙度史模型。 模拟讲稿ch 从上式可以看

17、出，地层孔隙度随时间的变化，完全从上式可以看出，地层孔隙度随时间的变化，完全依赖于上覆沉积荷重依赖于上覆沉积荷重S 随时间的变化以及孔隙流体压力随时间的变化以及孔隙流体压力随时间的变化。随时间的变化。 若设地层从时间若设地层从时间ti 演化到演化到ti+1，地层的孔隙度从，地层的孔隙度从(ti )变化到变化到(ti +1)，上覆沉积荷重，上覆沉积荷重S 从从S(ti )变化到变化到S(ti +1)，P 从从P(ti )变化到变化到P(ti +1) ，根据上述孔隙度史模型，有：，根据上述孔隙度史模型，有： 即：即：模拟讲稿ch 在实际地史模拟过程中，是根据上式依次求出地层在实际地史模拟过程中，是

18、根据上式依次求出地层孔隙度的变化历史。若设地层经历的地质时刻为：孔隙度的变化历史。若设地层经历的地质时刻为：t0 、t1、t2、tn ，求解孔隙度史的过程如下：，求解孔隙度史的过程如下： 当当t=t0时时 (1) 求地层的孔隙流体压力求地层的孔隙流体压力P(t0) (2) 求地层的上覆沉积荷重求地层的上覆沉积荷重S(t0) (3) 确定地层的原始孔隙度确定地层的原始孔隙度(t0) 模拟讲稿ch当当t=t1时时 (1) 由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力P(t1) (2) 求地层的上覆沉积荷重求地层的上覆沉积荷重S(t1) (3) 由上式求地层的孔隙度由上式

19、求地层的孔隙度(t1)当当t=t2时时 (1) 由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力P(t2) (2) 求地层的上覆沉积荷重求地层的上覆沉积荷重S(t2) (3) 由上式求地层的孔隙度由上式求地层的孔隙度(t2) 模拟讲稿ch 依次类推，依次类推， 当当t=tn 时，时， (1) 由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力由压力史模型，求出地层的孔隙流体压力P(tn ) (2) 求地层的上覆沉积荷重求地层的上覆沉积荷重S(tn ) (3) 由上式求地层的孔隙度由上式求地层的孔隙度(tn ) 最终即可求得地层在时刻最终即可求得地层在时刻t0 、t1、t2、tn 时的

20、孔时的孔隙度隙度(t0)、(t1)、(t2)、(tn )，即求出了孔隙，即求出了孔隙度的变化历史。度的变化历史。 模拟讲稿ch三、地层厚度恢复模型三、地层厚度恢复模型 基本模型：基本模型： 式中：式中：H0 地层的原始厚度地层的原始厚度; Hp 地层的现今厚度地层的现今厚度(已知已知) ; 0 地层的原始孔隙度地层的原始孔隙度(已知已知) ; p 地层的现今孔隙度地层的现今孔隙度(已知已知) 。模拟讲稿ch 若根据孔隙度史模型求出了地层在若根据孔隙度史模型求出了地层在ti 时刻的孔隙度时刻的孔隙度(ti ) , i=1,2, n，则该时刻的地层厚度，则该时刻的地层厚度H(ti )可由下式求可由

21、下式求出：出： i=1,2,n 据此可求出地层在时刻据此可求出地层在时刻t0 、t1、t2、tn 时的厚度时的厚度H(t0)、H(t1)、H(t2)、H(tn )，即求出了厚度的变化历即求出了厚度的变化历史。史。 模拟讲稿ch 地地层层的的厚厚度度史史求求出出之之后后，即即达达到到了了地地史史模模拟拟的的第第一一个个目目的的。当当对对在在一一个个沉沉积积盆盆地地或或模模拟拟地地区区内内均均匀匀分分布布的的许许多多人人工工井井点点进进行行这这样样的的模模拟拟后后，就就不不难难从从得得到到的的地地层层的的厚厚度度变变化化历历史史去去研研究究整整个个盆盆地地或或模模拟拟地地区区的的沉积发育史。沉积发

22、育史。 根据地层的厚度历史，我们可以绘制盆地演化宝根据地层的厚度历史，我们可以绘制盆地演化宝塔图塔图(见图见图)。 模拟讲稿ch盆地演化宝塔略图 模拟讲稿ch也可以绘制某剖面的地层发育剖面图：也可以绘制某剖面的地层发育剖面图： t1 (第一层沉积末期) t2 (第二层沉积末期) 112模拟讲稿cht3 (第三层沉积末期) t4 (第四层沉积末期) 2311234模拟讲稿ch四、超压方程适用范围四、超压方程适用范围 超超压压方方程程的的目目的的是是为为了了求求取取地地层层的的孔孔隙隙流流体体超超压压，因因此此，它它只只能能使使用用于于地地层层超超压压存存在在的的区区域域。对对盆盆地地中中的的所所

23、有有沉沉积积物物而而言言，在在垂垂向向大大致致上上可可以以划划分分为为三三个个区区域（如图所示）。域（如图所示）。 最上面是最上面是水域水域，中间是，中间是正常压实区域正常压实区域，该区域沉，该区域沉积岩内的孔隙流体压力为静水柱压力，孔隙流体超压积岩内的孔隙流体压力为静水柱压力，孔隙流体超压Pa =0。最下部为。最下部为欠压实区域欠压实区域，随沉积物的不断加厚，随沉积物的不断加厚，这个层的上边界随之向上移动，这个层的上边界随之向上移动，超压方程仅仅适用于超压方程仅仅适用于这个区域这个区域。 模拟讲稿ch 超压方程的适用范围示意图超压方程的适用范围示意图 P=Pn+PaPa= 0Z=MZ=LZ=

24、0水域水域 正常压实区域正常压实区域 欠压实区域欠压实区域 （超压方程适用域）（超压方程适用域） P=Pn+PaPa0模拟井模拟井模拟讲稿ch五、时间、空间步长划分及超压史模拟过程五、时间、空间步长划分及超压史模拟过程(一维一维) 一维模拟情况下，需要确定一维模拟情况下，需要确定时间和空间（垂向）模时间和空间（垂向）模拟计算步长拟计算步长。步长的确定视盆地的具体情况、模拟的精。步长的确定视盆地的具体情况、模拟的精度要求和计算机资源的不同而定。时间和空间步长取得度要求和计算机资源的不同而定。时间和空间步长取得越小，计算精度越高，所用机时越长。一般，常选取的越小，计算精度越高，所用机时越长。一般，

25、常选取的时间步长有时间步长有10、20、50万年万年，垂向上的空间步长一般取，垂向上的空间步长一般取1050m。在选定时间步长内的地层沉积厚度一般大于。在选定时间步长内的地层沉积厚度一般大于垂向空间步长。在选定时间步长和空间步长基础上，超垂向空间步长。在选定时间步长和空间步长基础上，超压模拟过程大致如下：压模拟过程大致如下： 模拟讲稿ch1、取第一个时间步长、取第一个时间步长t ，该阶段内，该阶段内沉积沉积有一定厚度的有一定厚度的地层，根据确定的垂向空间步长地层，根据确定的垂向空间步长z ，将地层在垂向上，将地层在垂向上从从下到上下到上划分为若干小段（假设划分为若干小段（假设5小段小段），这样

26、在垂向上），这样在垂向上共形成了若干节点（共形成了若干节点（6个节点个节点），求解每个节点上的超），求解每个节点上的超压压Pai，i=1,2,6。若节点。若节点 i 处于正常压实带，取处于正常压实带，取Pai=0。 2、取第二个时间步长、取第二个时间步长t ，该阶段内，该阶段内又沉积又沉积有一定厚度有一定厚度的地层，根据空间步长的地层，根据空间步长z ，将，将新沉积新沉积的地层在垂向上的地层在垂向上从从下到上下到上划分为若干小段划分为若干小段(假设假设4小段小段)，这样在垂向上增，这样在垂向上增加了若干节点加了若干节点(5个节点个节点)，求解，求解已有的已有的每个节点上的超每个节点上的超压压P

27、ai，i=1,2,11。若节点。若节点 i 处于正常压实带，取处于正常压实带，取Pai=0。 模拟讲稿ch3、取第三个时间步长、取第三个时间步长t ，该阶段内，该阶段内又沉积又沉积有一定厚度有一定厚度的地层，根据空间步长的地层，根据空间步长z ，将新沉积的地层在垂向上，将新沉积的地层在垂向上从从下到上下到上划分为若干小段划分为若干小段(假设假设3小段小段)，在垂向上又增加，在垂向上又增加了若干节点了若干节点(4个节点个节点)，求解所有每个节点上的超压，求解所有每个节点上的超压Pai，i=1,2,15。若节点。若节点i处于正常压实带，取处于正常压实带，取Pai=0。 4、取最后一个时间步长、取最

28、后一个时间步长t ，该阶段内，该阶段内又沉积又沉积有一定厚有一定厚度的地层，根据空间步长度的地层，根据空间步长z ，将新沉积的地层在垂向上，将新沉积的地层在垂向上从下到上从下到上划分为若干小段划分为若干小段(假设假设5小段小段)，在垂向上又增，在垂向上又增加了若干节点加了若干节点(6个节点个节点)，求解所有每个节点上的超压，求解所有每个节点上的超压Pai，i=1,2,n。若节点。若节点i处于正常压实带，取处于正常压实带，取Pai=0。其中。其中n为节点的总数。为节点的总数。超压史求解完毕超压史求解完毕 。 模拟讲稿ch 在模拟过程中，正常压实带和欠压实带的分界线在模拟过程中，正常压实带和欠压实

29、带的分界线的确定方法：的确定方法： 在在模拟之前模拟之前先确定盆地先确定盆地出现欠压实的层位出现欠压实的层位，由此，由此可以确定平面上每个模拟点欠压实出现的可以确定平面上每个模拟点欠压实出现的深度深度，当节，当节点处于点处于该深度之下该深度之下时，认为该节点时，认为该节点处于欠压实带处于欠压实带，否，否则认为该节点处于正常压实带。则认为该节点处于正常压实带。 求解超压方程使用有限差分方法求解超压方程使用有限差分方法模拟讲稿ch六、六、超压方程的数值解法超压方程的数值解法 (一维一维) 求解超压方程一般使用有限差分等数值解法，由于求解超压方程一般使用有限差分等数值解法，由于二维和三维模拟在解方程

30、时方法繁琐，而且就一般的微二维和三维模拟在解方程时方法繁琐，而且就一般的微机而言，进行多维模拟的能力也不够。因此，仅就一维机而言，进行多维模拟的能力也不够。因此，仅就一维超压方程讨论其有限差分数值解法。超压方程讨论其有限差分数值解法。 模拟讲稿ch一维超压方程可表示为：一维超压方程可表示为： 超压方程的边界条件可考虑为：超压方程的边界条件可考虑为：考虑盆地的基底为致密岩石组成的不渗透地层，考虑盆地的基底为致密岩石组成的不渗透地层，故下边界条件为：故下边界条件为： (Z = 0 )上边界为正常压实和欠压实的分界线，故上边界上边界为正常压实和欠压实的分界线，故上边界条件为：条件为： (Z = L)

31、模拟讲稿ch因此，一维超压方程的定解问题为：因此，一维超压方程的定解问题为： 求解上述超压方程使用有限差分方法。求解上述超压方程使用有限差分方法。最终求解出每个纵向节点上的超压值。最终求解出每个纵向节点上的超压值。模拟讲稿ch第三节第三节 反演法模型（地层回剥技术）反演法模型（地层回剥技术） 主主要要思思路路：各各地地层层在在保保持持其其骨骨架架厚厚度度不不变变的的条条件件下下，从从今今天天盆盆地地的的分分层层现现状状出出发发，按按地地质质年年代代从从新新到到老老(由由今至古今至古)逐层剥去，直至全部剥完。逐层剥去，直至全部剥完。 回剥技术适用于回剥技术适用于正常压实带正常压实带，即超压为零的

32、情况。，即超压为零的情况。它所用的关键参数是它所用的关键参数是孔隙度孔隙度-深度曲线深度曲线。而孔隙度。而孔隙度-深度深度曲线应满足以下三个条件：曲线应满足以下三个条件： 模拟讲稿ch(1)、各各地地层层应应有有各各自自的的孔孔隙隙度度-深深度度曲曲线线，主主要要是是因因为为不同地层的岩性和结构存在差异。不同地层的岩性和结构存在差异。(2)、用用今今天天实实测测的的孔孔隙隙度度-深深度度曲曲线线代代替替古古孔孔隙隙度度-深深度度曲曲线线，但但今今测测的的孔孔隙隙度度-深深度度曲曲线线可可能能受受到到各各种种地地质质事事件件(如如剥剥蚀蚀、断断层层等等)的的影影响响，不不能能真真实实地地反反映映

33、正正常常压压实实下下的的孔孔隙隙度度随随深深度度的的变变化化规规律律，因因此此必必须须尽尽量量消消除除这这些影响，获得正常压实状况下的孔隙度些影响，获得正常压实状况下的孔隙度-深度曲线。深度曲线。(3)、各地层应有三种岩性的孔隙度、各地层应有三种岩性的孔隙度-深度曲线深度曲线(砂岩、砂岩、泥岩、灰岩泥岩、灰岩)，其中砂岩假定为除泥岩和灰岩外的所有，其中砂岩假定为除泥岩和灰岩外的所有其它岩性的总和。其它岩性的总和。 模拟讲稿ch一、骨架厚度公式和地层底界公式的提出一、骨架厚度公式和地层底界公式的提出 随着埋藏深度的增加，地层的上覆负载也增加，随着埋藏深度的增加，地层的上覆负载也增加，导致孔隙度变

34、小，体积变小。若假定地层的横向在沉导致孔隙度变小，体积变小。若假定地层的横向在沉积过程中保持不变，则地层被压实仅仅是纵向上变化，积过程中保持不变，则地层被压实仅仅是纵向上变化，地层体积的变小就归结为地层厚度的变小地层体积的变小就归结为地层厚度的变小。另外，根。另外，根据岩石骨架不可压缩的假设，地层的骨架厚度据岩石骨架不可压缩的假设，地层的骨架厚度(孔隙度孔隙度为零时的地层厚度为零时的地层厚度)始终不变，除非发生剥蚀等地质事始终不变，除非发生剥蚀等地质事件。地层的骨架厚度始终小于实际的地层厚度。计算件。地层的骨架厚度始终小于实际的地层厚度。计算地层骨架厚度的公式为：地层骨架厚度的公式为： 模拟讲

35、稿ch其中：其中：hs 地层的骨架厚度地层的骨架厚度(m) ； z1 地层的顶界深度地层的顶界深度(m)； z2 地层的底界深度地层的底界深度(m)； (z)地层的孔隙度地层的孔隙度-深度曲线函数深度曲线函数(小数小数)。(z)的通式可表示为：的通式可表示为： 模拟讲稿ch其中：其中：Ps 地层的砂岩含量地层的砂岩含量(小数小数)； Pm 地层的泥岩含量地层的泥岩含量(小数小数)； Pl 地层的灰岩含量地层的灰岩含量(小数小数)； s(z) 地层砂岩孔隙度地层砂岩孔隙度-深度曲线函数；深度曲线函数； m(z) 地层泥岩孔隙度地层泥岩孔隙度-深度曲线函数；深度曲线函数； l (z) 地层灰岩孔隙

36、度地层灰岩孔隙度-深度曲线函数；深度曲线函数； Ps + Pm + Pl =1 (z)表示为砂岩、泥岩、灰岩三种岩性孔表示为砂岩、泥岩、灰岩三种岩性孔-深曲深曲线函数的线函数的加权平均值加权平均值。 模拟讲稿ch 一般，砂岩、泥岩、灰岩三种岩性的孔隙度一般，砂岩、泥岩、灰岩三种岩性的孔隙度-深度深度曲线函数形式如下：曲线函数形式如下： 砂岩：砂岩： 0s 砂岩的初始砂岩的初始(z=0)孔隙度孔隙度(小数小数)，cs 常数常数(m-1 ) 。 泥岩：泥岩： 0 m 泥岩的初始泥岩的初始(z=0)孔隙度孔隙度(小数小数)，cm 常数常数(m-1 ) 。 灰岩：灰岩： 0l 灰岩的初始灰岩的初始(z

37、=0)孔隙度孔隙度(小数小数)，cl 常数常数(m-1 ) 。 按三种岩性含量加权平均得：按三种岩性含量加权平均得： 模拟讲稿ch将上式代入骨架厚度公式，并整理得：将上式代入骨架厚度公式，并整理得： 上式是考虑三种岩性上式是考虑三种岩性(砂岩、泥岩、灰岩砂岩、泥岩、灰岩)的骨架厚的骨架厚度公式。是度公式。是回剥技术中重要的公式之一回剥技术中重要的公式之一。如果地层没有。如果地层没有发生剥蚀，则根据目前资料求出的各地层的骨架厚度在发生剥蚀，则根据目前资料求出的各地层的骨架厚度在以前的各地质时刻保持不变。以前的各地质时刻保持不变。 模拟讲稿ch将骨架厚度公式变化位置可得：将骨架厚度公式变化位置可得

38、： 该式是考虑三种岩性该式是考虑三种岩性(砂岩、泥岩、灰岩砂岩、泥岩、灰岩)的地层底的地层底界公式，在界公式，在骨架厚度和地层顶界骨架厚度和地层顶界已知的情况下，可由该已知的情况下，可由该式直接计算出地层底界埋深，是式直接计算出地层底界埋深，是回剥技术中重要的公式回剥技术中重要的公式之一之一。 模拟讲稿ch二、骨架厚度公式和地层底界公式的变化二、骨架厚度公式和地层底界公式的变化 1、当地层的孔隙度、当地层的孔隙度-深度曲线用深度曲线用同一个函数难以描述同一个函数难以描述而需要而需要多个函数描述多个函数描述时，原骨架厚度公式必须修改。时，原骨架厚度公式必须修改。 如某井砂、泥、灰岩孔隙度如某井砂

39、、泥、灰岩孔隙度-深度曲线相同，由深度曲线相同，由三个函数三个函数描述：描述： 模拟讲稿ch1900210030000.1850. 50Z/m321 分段表达的孔隙度深度曲线 模拟讲稿ch 这时，必须对骨架厚度公式这时，必须对骨架厚度公式分段积分分段积分。若所求地层。若所求地层的顶界和底界分别为的顶界和底界分别为1500米和米和2600米，则有：米，则有： 此时，回剥中的两个重要公式必须进行相应的修改。此时，回剥中的两个重要公式必须进行相应的修改。这个推导是比较容易的。这个推导是比较容易的。 模拟讲稿ch 2、当常数项、当常数项cs 、cm 、cl 中有中有0出现时，必须修改骨出现时，必须修改

40、骨架厚度公式和地层底界公式。架厚度公式和地层底界公式。 若若cm=0，cs0，cl0，则：，则： 故：故： 仅其中第二项发生了变化仅其中第二项发生了变化 ，即：，即：若若cm=0，以，以 取代取代模拟讲稿ch若若cs 、或、或cl 为为0，依此类推得：，依此类推得：若若cs=0，以，以 取代取代若若cl=0，以，以 取代取代 同时，地层的底界公式也应做相应的改动同时，地层的底界公式也应做相应的改动。 使用迭代法求解地层底界方程使用迭代法求解地层底界方程模拟讲稿ch三、单井逐层回剥过程三、单井逐层回剥过程(假设无剥蚀、无断层假设无剥蚀、无断层) 单井逐层回剥最终形成单井回剥柱状剖面图。假设单井逐

41、层回剥最终形成单井回剥柱状剖面图。假设目前盆地目前盆地从上到下从上到下共有共有5套地层，代号为套地层，代号为1、2、3、4、5，单井逐层回剥过程一般应经过以下几步：，单井逐层回剥过程一般应经过以下几步： 1、确确定定有有关关参参数数。主主要要包包括括：各各套套地地层层的的底底界界地地质质年年龄龄(距距今今时时间间ma)：t1，t2，t3，t4，t5，各各层层的的底底界界深深度度，各各层层泥泥岩岩、砂砂岩岩、灰灰岩岩的的含含量量，各各层层的的地地层层孔孔隙隙度度-深深度曲线度曲线(泥岩、砂岩、灰岩泥岩、砂岩、灰岩)；2、确定所使用的地层骨架厚度公式和地层底界公式，、确定所使用的地层骨架厚度公式和

42、地层底界公式，求各地层的骨架厚度；求各地层的骨架厚度； 模拟讲稿ch3、取时刻、取时刻t1 ，剥第一层剥第一层； 此时：此时：第二层的顶界第二层的顶界=0，按底界公式求出第二层的底界深度，按底界公式求出第二层的底界深度，第第三三层层的的顶顶界界深深度度=第第二二层层的的底底界界深深度度，按按底底界界公公式式求求出第三层的底界深度，出第三层的底界深度，第第四四层层的的顶顶界界深深度度=第第三三层层的的底底界界深深度度，按按底底界界公公式式求求出第四层的底界深度，出第四层的底界深度，第第五五层层的的顶顶界界深深度度=第第四四层层的的底底界界深深度度，按按底底界界公公式式求求出第五层的底界深度。出第

43、五层的底界深度。模拟讲稿ch4、取时刻、取时刻t2 ，剥第二层剥第二层；此时：；此时：第三层的顶界第三层的顶界=0，按底界公式求出第三层的底界深度，按底界公式求出第三层的底界深度，第第四四层层的的顶顶界界深深度度=第第三三层层的的底底界界深深度度，按按底底界界公公式式求求出第四层的底界深度，出第四层的底界深度，第第五五层层的的顶顶界界深深度度=第第四四层层的的底底界界深深度度，按按底底界界公公式式求求出第五层的底界深度。出第五层的底界深度。5、取时刻、取时刻t3 ，剥第三层剥第三层；此时：；此时：第四层的顶界第四层的顶界=0，按底界公式求出第四层的底界深度，按底界公式求出第四层的底界深度，第第

44、五五层层的的顶顶界界深深度度=第第四四层层的的底底界界深深度度，按按公公式式求求出出第第五层的底界深度。五层的底界深度。 模拟讲稿ch6、取时刻、取时刻t4 ，剥第四层剥第四层；此时：；此时：第五层的顶界第五层的顶界=0，按底界公式求出第五层的底界深度，按底界公式求出第五层的底界深度，7、取时刻、取时刻t5 ，此时无沉积此时无沉积。 按按上上述述过过程程，我我们们可可以以绘绘制制单单井井回回剥剥柱柱状状剖剖面面图图(如图所示如图所示)。 模拟讲稿ch单井回剥柱状剖面图（示意）单井回剥柱状剖面图（示意）H/mt5t4t3t2t1t0模拟讲稿ch四、回剥过程中的剥蚀事件四、回剥过程中的剥蚀事件 上

45、述回剥过程是在假设地层没有剥蚀的情况下进行上述回剥过程是在假设地层没有剥蚀的情况下进行的，如果地层存在剥蚀，则地层回剥柱状图中应的，如果地层存在剥蚀，则地层回剥柱状图中应增加剥增加剥蚀时间开始时的时间刻度及相应的地层柱蚀时间开始时的时间刻度及相应的地层柱。由于回剥过。由于回剥过程中必须计算地层的骨架厚度，而程中必须计算地层的骨架厚度，而计算地层的骨架厚度计算地层的骨架厚度是按地层的顶界和底界所达到的历史最大深度是按地层的顶界和底界所达到的历史最大深度进行的，进行的，且骨架厚度在地层埋深较浅时保持不变。因此考虑剥蚀且骨架厚度在地层埋深较浅时保持不变。因此考虑剥蚀事件时必须区分事件时必须区分二种情

46、况二种情况：一是在剥蚀事件作用后，：一是在剥蚀事件作用后，目目前地层的埋深仍是历史最大埋深前地层的埋深仍是历史最大埋深（剥蚀量较小）；二是（剥蚀量较小）；二是剥蚀事件导致目前剥蚀事件导致目前地层的埋深不是历史最大埋深地层的埋深不是历史最大埋深（剥蚀（剥蚀量相对较大）。量相对较大）。 模拟讲稿chv剥蚀开始时间计算剥蚀开始时间计算 一般情况下，各剥蚀事件的开始时间应作为已知参一般情况下，各剥蚀事件的开始时间应作为已知参数给出，如果无法给出，可采用公式进行近似计算。数给出，如果无法给出，可采用公式进行近似计算。 假设：剥蚀地层的剥蚀开始年代为假设：剥蚀地层的剥蚀开始年代为 te (Ma)，地层的，

47、地层的剥蚀厚度为剥蚀厚度为he (m)，被剥蚀地层顶界的地质年龄为，被剥蚀地层顶界的地质年龄为ti(Ma)，剥蚀地层底界的地质年龄为，剥蚀地层底界的地质年龄为ti+1 (Ma)，剥蚀地层，剥蚀地层ti 时的时的残余厚度为残余厚度为hi(m)，如果认为沉积速率等于剥蚀速率，则，如果认为沉积速率等于剥蚀速率，则下式成立：下式成立： 模拟讲稿ch 整理可得：整理可得： 上式是预测了剥蚀开始时间，式中上式是预测了剥蚀开始时间，式中ti tete2tem。令。令he=he1+he2+hem ，将，将he代入代入上式可计算出上式可计算出te1，即，即te1=te。 te2，tem可由下式算出：可由下式算出

48、： k=2,3,m 上式是在各地层的剥蚀速率相同的前提下，按上式是在各地层的剥蚀速率相同的前提下，按剥蚀剥蚀厚度比例厚度比例推导出的。推导出的。 模拟讲稿ch五、超压技术五、超压技术(欠压实带适用欠压实带适用)简介简介 前前面面所所介介绍绍的的逐逐层层回回剥剥技技术术，其其适适用用范范围围仅仅仅仅是是正正常常压压实实带带，在在欠欠压压实实带带使使用用逐逐层层回回剥剥技技术术可可能能影影响响到到地地层层的的厚厚度度史史恢恢复复的的精精度度，这这主主要要是是由由于于孔孔-深深曲曲线线的的不不准准确确性性所所致致。本本节节所所介介绍绍的的超超压压技技术术，是是修修正正或或减减小小地地史史误误差差的的

49、一一种种方方法法。也也就就是是说说，是是修修正正用用回回剥剥技技术术求求出出的地层古厚度史的地层古厚度史的一种方法。的一种方法。 超压技术的思路超压技术的思路：求出欠压实地层：求出欠压实地层(主要是生油层主要是生油层)的的古超压史和古厚度史，并用新的古厚度史代替用回剥技古超压史和古厚度史，并用新的古厚度史代替用回剥技术求出的古厚度史，达到修正的目的。术求出的古厚度史，达到修正的目的。 模拟讲稿ch 超压技术中包括两个主要方程：超压技术中包括两个主要方程：v古超压方程古超压方程：求：求从古到今从古到今的生油层古超压史的生油层古超压史(正演正演)v古厚度方程古厚度方程：求：求从古到今从古到今的生油

50、层古厚度史的生油层古厚度史(正演正演)1、古超压方程和古厚度方程、古超压方程和古厚度方程 古超压方程：古超压方程： 或或模拟讲稿ch 古厚度方程：古厚度方程： 上二方程中：上二方程中： Pa 生油层的孔隙流体超压生油层的孔隙流体超压(中点中点)； H 上覆沉积总厚度；上覆沉积总厚度； hs 生油岩骨架厚度；生油岩骨架厚度；h 生油层厚度；生油层厚度； 生油层中点的孔隙度；生油层中点的孔隙度；1 生油层顶界的孔隙度生油层顶界的孔隙度 ； 上覆沉积物骨架的平均密度；上覆沉积物骨架的平均密度；模拟讲稿ch 上覆沉积物中流体的平均密度；上覆沉积物中流体的平均密度； 生油层中点的孔隙流体密度；生油层中点

51、的孔隙流体密度； 上覆沉积物的平均孔隙度；上覆沉积物的平均孔隙度； 上覆沉积中三类岩石孔上覆沉积中三类岩石孔-深曲线中的深曲线中的cs ， cm ，cl 的平均值；的平均值； 上覆沉积中三类岩石的平均含量；上覆沉积中三类岩石的平均含量； g 重力加速度；重力加速度； K1、K2生油层顶、底界的渗透率；生油层顶、底界的渗透率； 1、 2生油层顶、底界的流体粘度生油层顶、底界的流体粘度 。上述方程用有限差分等方法求解上述方程用有限差分等方法求解模拟讲稿chv生油层古超压史和古厚度史的恢复过程生油层古超压史和古厚度史的恢复过程 取取计计算算的的开开始始时时间间k=1(生生油油层层完完成成沉沉积积、上

52、上覆覆地地层开始沉积的时间层开始沉积的时间)。 此此时时：Pa1 =0，h1 = 回回剥剥技技术术算算出出的的生生油油层层厚厚度度(原原始始沉沉积积厚厚度度)。以以此此为为参参数数，由由古古超超压压方方程程和和古古厚厚度方程度方程计算生油层的古厚度史计算生油层的古厚度史(k=1,2,目前目前)： h1，h2，h* 所所计计算算的的生生油油层层古古厚厚度度史史的的目目前前厚厚度度h*可可能能不不等等于于该该层层的的实实际际厚厚度度h（骨骨架架厚厚度度公公式式受受欠欠压压实实的的影影响响所所致）。必须修正生油层的骨架厚度，使得下式成立：致）。必须修正生油层的骨架厚度，使得下式成立： 模拟讲稿ch其

53、中：其中：h*由超压技术得到的生油层古厚度史的目前由超压技术得到的生油层古厚度史的目前 厚度厚度(cm)； h 生油层今天的实际厚度生油层今天的实际厚度(实测，实测，cm)； 允许的误差允许的误差(可取可取0.1cm)。 骨架厚度骨架厚度hs的迭代修正公式为：的迭代修正公式为：其中：其中：hs(n+1) 修正后的生油层骨架厚度修正后的生油层骨架厚度(m)； 模拟讲稿ch hs(n) 修正前的生油层骨架厚度修正前的生油层骨架厚度(m)； 生油层中心点今天的孔隙度生油层中心点今天的孔隙度(小数小数)； n 迭代号，迭代号，n=1,2,。 取取hs(1) =由回剥技术算出的生油层骨架厚度由回剥技术算

54、出的生油层骨架厚度 hs ，由，由古超压方程和古厚度方程可计算出该层的古超压史和古古超压方程和古厚度方程可计算出该层的古超压史和古厚度史，如果满足误差要求，认为古超压史和古厚度史厚度史，如果满足误差要求，认为古超压史和古厚度史合乎要求，合乎要求， 如果不满足，需用上式修正骨架厚度公式，如果不满足，需用上式修正骨架厚度公式，并重新计算古超压史和古厚度史。再判断是否满足误差并重新计算古超压史和古厚度史。再判断是否满足误差要求，要求，直至修正的骨架厚度，直至修正的骨架厚度hs使满足误差要求，这使满足误差要求，这时认为算出的古超压史和古厚度史是合乎要求的。时认为算出的古超压史和古厚度史是合乎要求的。

55、模拟讲稿ch 对对盆盆地地内内每每套套生生油油层层(包包括括其其它它有有欠欠压压实实的的层层)均均用用修修正正的的生生油油层层古古厚厚度度史史代代替替回回剥剥技技术术所所得得的的生生油油层层的的古古厚厚度度史史，并并考考虑虑其其余余各各层层顶顶界界和和底底界界的的变变化化，即即可可达达到到修正地史的目的。修正地史的目的。 以上的过程是针对一个单井的生油层，如果对整个以上的过程是针对一个单井的生油层，如果对整个模拟盆地和地区中的所有人工井点均重复上述过程，就模拟盆地和地区中的所有人工井点均重复上述过程，就可获得该探区各生油层的古超压史和古压力史，在面上可获得该探区各生油层的古超压史和古压力史，在

56、面上将其联系起来可获得古超压史和古压力史的各种图件，将其联系起来可获得古超压史和古压力史的各种图件，如如超压平面等值线图超压平面等值线图，在该图的基础上还可绘制，在该图的基础上还可绘制古超压古超压平面流线图平面流线图(在等值图上绘制从高线值指向低线值的箭在等值图上绘制从高线值指向低线值的箭头头)，该图指示了生油层的平面排烃方向。，该图指示了生油层的平面排烃方向。 模拟讲稿ch六、回剥与超压相结合的模拟过程六、回剥与超压相结合的模拟过程(单井过程单井过程) 由由前前所所述述，回回剥剥技技术术适适合合于于正正常常压压实实带带，而而超超压压技技术术适适合合于于欠欠压压实实带带，这这两两种种技技术术相

57、相结结合合即即可可满满足足所所有有地地层层的的古古厚厚度度史史和和古古压压力力史史求求解解。在在单单井井模模拟拟过过程程中，中，采用回剥与超压相结合采用回剥与超压相结合的方法，其过程如下：的方法，其过程如下：1、用回剥技术计算地史、用回剥技术计算地史(生油层厚度史有误差生油层厚度史有误差)；2、计算出该井的古地温史、计算出该井的古地温史(为超压技术提供参数为超压技术提供参数)；3、一个生油层古超压史和古厚度史的重新计算；、一个生油层古超压史和古厚度史的重新计算；模拟讲稿ch4、地地史史修修正正(修修正正回回剥剥所所得得地地史史)；以以该该生生油油层层的的顶顶界界埋埋深深为为基基础础，以以修修正

58、正后后的的古古厚厚度度史史为为尺尺度度，可可得得该该生生油油层层的的底底界界埋埋藏藏史史，该该生生油油层层以以下下各各层层的的底底界界埋埋藏藏史也应随之修正。史也应随之修正。5、对对所所有有生生油油层层从从浅浅到到深深重重复复14步步，最最终终获获得得经经修正的单井地史。修正的单井地史。 修正后的地史考虑了正常压实和欠压实两种现象。修正后的地史考虑了正常压实和欠压实两种现象。 模拟讲稿ch七、关于埋藏点的加密七、关于埋藏点的加密 如如果果盆盆地地内内地地层层厚厚度度过过大大，会会影影响响到到所所计计算算地地史史的的精精度度。因因此此需需要要将将过过厚厚的的地地层层划划分分为为许许多多小小段段(

59、相相应应的的时时间间间间隔隔也也划划分分为为若若干干小小段段)，即即埋埋藏藏点点的的加加密密。实实际际上，对盆地内的所有地层，均在加密后进行模拟。上，对盆地内的所有地层，均在加密后进行模拟。 加加密密方方法法：取取定定一一个个时时间间步步长长(my)，将将所所有有地地层层按按时时间间步步长长划划分分若若干干小小段段，计计算算各各小小层层的的分分层层深深度度，形形成成新的分层资料。根据新的分层资料进行模拟。新的分层资料。根据新的分层资料进行模拟。 关于时间步长的取定关于时间步长的取定，中国东部盆地，中国东部盆地(埋藏时间较埋藏时间较短短)取取1my或或5my， 中国西部盆地中国西部盆地(埋藏时间较长埋藏时间较长)取取5my 或或10my(据石广仁等据石广仁等)。 模拟讲稿ch