《地质过程定量模拟（盆地数值模拟技术）-第一章绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地质过程定量模拟（盆地数值模拟技术）-第一章绪论（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、地 质 过 程 定 量 模 拟主讲 ：赵永军（盆地数值模拟技术）第一章第一章绪绪论论一一盆地模拟的概念盆地模拟的概念二二盆地模拟发展简史盆地模拟发展简史三三盆地模拟的主要模型盆地模拟的主要模型四四盆地模拟技术研究难点盆地模拟技术研究难点五五盆地模拟技术发展展望盆地模拟技术发展展望一一盆地模拟的概念盆地模拟的概念 沉积盆地是油气形成和赋存的基本地质构造单元。沉积盆地是油气形成和赋存的基本地质构造单元。油气的形成与赋存是发生在含油气盆地发展演化地质油气的形成与赋存是发生在含油气盆地发展演化地质历史中的事件，为了揭示油气藏的形成机理，必须查历史中的事件，为了揭示油气藏的形成机理，必须查明今天的油气藏
2、或含油气系统的成藏要素在地史过程明今天的油气藏或含油气系统的成藏要素在地史过程中的演变，即进行以油气成藏为核心的完整的盆地分中的演变，即进行以油气成藏为核心的完整的盆地分析研究。析研究。 盆地分析是一项庞大的系统工程，具有多学科性盆地分析是一项庞大的系统工程，具有多学科性和复杂性的特征。长期以来，由于受地质理论、测试和复杂性的特征。长期以来，由于受地质理论、测试手段及计算技术等条件的限制，石油地质家对含油气手段及计算技术等条件的限制，石油地质家对含油气盆地的特征和形成演化，只进行定性或半定量的描述盆地的特征和形成演化，只进行定性或半定量的描述和成因推理。这在一定程度上影响了对沉积盆地中油和成因
3、推理。这在一定程度上影响了对沉积盆地中油气成藏作用机理和成藏作用过程的认识。而盆地模拟气成藏作用机理和成藏作用过程的认识。而盆地模拟技术的出现和发展，使得对含油气盆地或含油气系统技术的出现和发展，使得对含油气盆地或含油气系统的石油地质过程研究的快速、定量化成为可能。的石油地质过程研究的快速、定量化成为可能。 盆地模拟盆地模拟是以系统科学理论为指导，是以系统科学理论为指导，以油气形成以油气形成的石油地质机理为建模基础，的石油地质机理为建模基础，将复杂的石油地质过程将复杂的石油地质过程模型化、定量化，从而模型化、定量化，从而实现盆地的三维动态分析模拟实现盆地的三维动态分析模拟的一种的一种方法和手段
4、方法和手段。 可以说，作为研究石油地质过程的一种思维，盆可以说，作为研究石油地质过程的一种思维，盆地模拟是一种研究思路和方法；作为油气勘探的一种地模拟是一种研究思路和方法；作为油气勘探的一种手段或工具，盆地模拟是一种技术。手段或工具，盆地模拟是一种技术。1国外发展简史国外发展简史 自自19781978年年原原西西德德尤尤利利希希公公司司建建立立了了世世界界上上第第一一个个一一维维盆盆地地模模拟拟系系统统以以来来，世世界界各各大大石石油油公公司司和和研研究究机机构构相相继继开开展展了了盆盆地地模模拟拟方方法法研研究究和和软软件件研研制制工工作作。二二十十多多年年来来，法法国国、美美国国、英英国国
5、、日日本本等等分分别别推推出出了了规规模不等、各具特色的盆地模拟系统。模不等、各具特色的盆地模拟系统。（1）1978年年原原西西德德尤尤利利希希公公司司石石油油与与有有机机地地化化研研究究所所推推出出了了基基于于正正演演地地史史的的一一维维盆盆地地模模拟拟系系统统。其其基基本本思思路路是是：按按压压实实作作用用恢恢复复埋埋藏藏史史，对对欠欠压压实实地地层层计计算算其其古古超超压压史史，同同时时算算出出相相应应的的古古厚厚度度史史，并并获获得得流流体体速速度史；通过热流方程获得古地温史；度史；通过热流方程获得古地温史；二二盆地模拟发展简史盆地模拟发展简史两两史史结结合合求求出出TTI和和有有机机
6、质质成成熟熟度度史史（Ro史史）；在在Ro史史基基础础上上，根根据据产产烃烃率率曲曲线线计计算算生生、排排烃烃史史。整整个个计计算过程需要反复调整计算结果，使之与现今资料吻合；算过程需要反复调整计算结果，使之与现今资料吻合；（2） 1981年日本石油勘探有限公司建立了一个简化年日本石油勘探有限公司建立了一个简化的二维盆地模拟系统。其特点是在地质剖面上划分若的二维盆地模拟系统。其特点是在地质剖面上划分若干小矩形单元，对每个单元进行沉积埋藏史和生烃史干小矩形单元，对每个单元进行沉积埋藏史和生烃史模拟，并用浮力法研究二次运移。该公司模拟，并用浮力法研究二次运移。该公司1987年还提年还提出了一维排烃
7、模型，完善了原有的排烃模型。出了一维排烃模型，完善了原有的排烃模型。（3 3） 1984 1984年法国石油研究院建立了一个较完整的二年法国石油研究院建立了一个较完整的二维盆地模拟系统，模拟对象是经过地质解释的地震剖维盆地模拟系统，模拟对象是经过地质解释的地震剖面。该系统使用正演的回剥技术恢复盆地埋藏史，并面。该系统使用正演的回剥技术恢复盆地埋藏史，并提出了根据今热流求古热流的地球热力学法、两相运提出了根据今热流求古热流的地球热力学法、两相运移法求流体压力史和油聚集史、地球热力学法求沿通移法求流体压力史和油聚集史、地球热力学法求沿通道运移的含溶解气的油量等。道运移的含溶解气的油量等。（4 4）
8、 1984 1984年美国南卡罗拉那大学地球科学系也研制年美国南卡罗拉那大学地球科学系也研制了一维盆地模拟系统，并提出了用镜质体反射率确定了一维盆地模拟系统，并提出了用镜质体反射率确定古热流的方法，打破了以往单纯使用地球热力学法的古热流的方法，打破了以往单纯使用地球热力学法的传统，之后又相继提出了用其它几种地化资料确定古传统，之后又相继提出了用其它几种地化资料确定古热流的方法，扩大了其应用范围。热流的方法，扩大了其应用范围。（5 5） 1987 1987年英国年英国BPBP石油公司提出了一个关于油气二石油公司提出了一个关于油气二次运移聚集的二维模型。其特点是将烃类划分为两相，次运移聚集的二维模
9、型。其特点是将烃类划分为两相，即含饱和水的即含饱和水的“石油液石油液”和和“石油气石油气”，“石油液石油液”有含不同的成分；水动力和浮力的合成作为运移的动有含不同的成分；水动力和浮力的合成作为运移的动力；考虑地下流体的不同相态，流体渗流符合达西定力；考虑地下流体的不同相态，流体渗流符合达西定律；运移损失量与通道孔隙体积有关。律；运移损失量与通道孔隙体积有关。 （6 6）19881988年年日日本本石石油油勘勘探探有有限限公公司司与与美美国国南南卡卡罗罗拉拉那那大大学学合合作作，在在原原简简化化模模型型基基础础上上建建立立了了一一个个较较完完整整的的二二维维盆盆地地模模拟拟系系统统。该该系系统统
10、的的烃烃类类生生成成和和运运移移模模型型考考虑虑了了独独立立的的油油相相或或气气相相运运移移、热热膨膨胀胀力力、毛毛细细管管力力、裂缝及断层等。裂缝及断层等。（7 7）9090年年代代是是盆盆地地模模拟拟全全面面发发展展的的时时期期。其其特特点点是是，各各大大石石油油公公司司不不再再集集中中大大量量人人力力、物物力力研研制制大大型型盆盆模模软软件件，而而是是转转向向与与大大学学及及科科研研机机构构合合作作共共同同开开发发，或或购购买买商商品品化化软软件件。软软件件系系统统由由早早期期的的一一维维、剖剖面面二二维维向向平平面面二二维维和和三三维维模模型型发发展展，盆盆地地模模拟拟在在广广泛泛的的
11、实实际际应用中得到不断的发展和完善。应用中得到不断的发展和完善。 总总之之，国国际际上上前前10年年以以一一维维模模型型为为主主，重重点点研研究究盆盆地地三三史史，即即地地史史、热热史史、生生烃烃史史，多多数数处处于于试试验验性性应应用用阶阶段段；后后10年年以以二二维维模模型型为为主主，研研究究的的重重点点是是盆盆地地中中油油气气的的排排烃烃史史和和运运移移聚聚集集史史，并并全全面面进进入入实实际际应应用用阶阶段段；目目前前正正朝朝着着三三维维模模型型、三三相相多多组组分分运运移移方方向向发展。发展。在在软软件件的的工工业业化化应应用用方方面面，目目前前在在国国际际商商品品软软件件市场上活跃
12、的主要是三家盆地模拟软件：市场上活跃的主要是三家盆地模拟软件：德德国国有有机机地地化化研研究究所所（IES）的的PetroMod，由由剖剖面面二二维维油油气气系系统统分分析析软软件件PetroFlow、平平面面二二维维油油气气系系统统分分析析软软件件Finesse和和沉沉积积作作用用分分析析软软件件Sedpak三三个个相相对对独立的系统组成。独立的系统组成。法国石油研究院（法国石油研究院（IFP）的的TemisPack（二维），二维），Genex（一维）和一维）和Temis3D（三维）系列软件，该系三维）系列软件，该系列软件由列软件由Beicip-Franlab公司市场化。公司市场化。美国美国
13、PlatteRiver公司（公司（PRA）的的BasinMod，其主其主打产品是打产品是BasinMod1-D,BasinMod2-D,目前正在研目前正在研制制BasinMod3-D。这些软件内容全面，技术先进，商品化程度高，这些软件内容全面，技术先进，商品化程度高，在解决盆地分析问题的不少方面都有其独到之处。在解决盆地分析问题的不少方面都有其独到之处。2国内发展状况国内发展状况我我国国盆盆地地模模拟拟技技术术是是在在80年年代代初初期期跟跟踪踪西西方方国国家家技术基础上发展起来的，发展历程与西方大体相似。技术基础上发展起来的，发展历程与西方大体相似。1980年年，我我国国胜胜利利油油田田在在
14、开开展展“临临邑邑盆盆地地烃烃潜潜力力研研究究”时时引引进进了了原原西西德德的的一一维维盆盆地地模模拟拟软软件件，后后又又对对该该软软件件进进行行了了改改进进，从从而而形形成成了了我我国国第第一一套套盆盆地地模模拟拟软件系统（软件系统（SLBSS）。）。1989年年北北京京石石油油勘勘探探开开发发科科学学研研究究院院推推出出了了具具有有自自主主版版权权的的一一维维盆盆地地模模拟拟系系统统（BAS1），1990年年推推出出了了二二维维盆盆地地模模拟拟图图形形工工作作站站系系统统（BMWS），1996年年推推出出了了全全新新的的、具具有有国国际际版版权权的的盆盆地地综综合合模模拟拟系系统统（BAS
15、IMS）。上上述述软软件件成成为为全全国国二二轮轮油油气气资资源源评评价价的主力软件，最终用户达到的主力软件，最终用户达到50多家。多家。中中国国海海洋洋石石油油勘勘探探开开发发研研究究中中心心也也于于1989年年推推出出了了一一维维盆盆地地模模拟拟系系统统（HYBSS），1990年年与与吉吉林林大大学学合合作作推推出出油油气气资资源源评评价价专专家家系系统统（PRES），并并在在海海上上油油气气资资评评中中得得到到广广泛泛应应用用；1996年年后后分分别别与与美美国国加加州州大大学学伯伯克克利利分分校校、中中科科院院数数学学所所以以及及中中国国地地质质大大学学等等单单位位合合作作开开发发了了
16、以以二二维维模模型型为为核核心心的的盆盆地地模模拟拟系系统统（ProBases）。）。90年年代代以以来来，盆盆地地模模拟拟技技术术在在我我国国得得到到快快速速发发展展。在在一一维维盆盆地地模模拟拟系系统统推推广广应应用用的的基基础础上上，不不少少单单位位如如大大庆庆油油田田、胜胜利利油油田田、中中原原油油田田、青青海海油油田田、西西北北石石油油地地质质所所等等都都结结合合本本地地实实际际，对对已已有有的的软软件件进进行行改改进进完完善善，或或独独立立开开发发盆盆模模软软件件。例例如如，大大庆庆油油田田在在三三维维空间网格化技术、热史模型等方面都有所进展；空间网格化技术、热史模型等方面都有所进
17、展；胜利油田与山东大学合作，采用算子分裂法求解三维胜利油田与山东大学合作，采用算子分裂法求解三维模型，推出视三维盆地模拟系统（模型，推出视三维盆地模拟系统（SL3DBS）；）；西北西北石油地质所与物探局合作开发了石油地质所与物探局合作开发了“盆地综合分析系统盆地综合分析系统”。一些院校如石油大学、南京大学、成都理工学院、。一些院校如石油大学、南京大学、成都理工学院、中国地质大学、大庆石油学院等也在地质模型和模拟中国地质大学、大庆石油学院等也在地质模型和模拟方法方面作了大量卓有成效的工作，并建立了规模不方法方面作了大量卓有成效的工作，并建立了规模不等的盆地模拟系统，例如成都理工学院与杭州石油地等
18、的盆地模拟系统，例如成都理工学院与杭州石油地质研究所共同开发的质研究所共同开发的“南方海相残余盆地模拟系统南方海相残余盆地模拟系统”，石油大学（北京）与大庆油田联合研制了，石油大学（北京）与大庆油田联合研制了“盆地模盆地模拟与油气评价系统（拟与油气评价系统（BMPES）”。 由由于于我我国国石石油油地地质质条条件件的的极极端端复复杂杂性性，国国内内盆盆地地模模拟拟软软件件除除了了要要吸吸收收国国外外先先进进方方法法外外，还还要要结结合合我我国国的具体地质情况进行攻关研究。的具体地质情况进行攻关研究。 总总的的来来看看，我我国国盆盆地地模模拟拟内内容容全全面面，技技术术比比较较先先进进，一一些些
19、软软件件已已经经达达到到了了商商品品化化水水平平，并并受受到到国国际际同同行行的的好好评评。但但在在软软件件的的图图形形可可视视化化方方面面与与国国外外尚尚有有一一定差距。定差距。 在在工工业业化化应应用用方方面面，中中国国石石油油天天然然气气总总公公司司自自“八八五五”以以来来，在在油油气气资资源源评评价价中中广广泛泛使使用用了了盆盆地地模模拟拟技技术术，使使得得资资源源评评价价的的定定量量化化程程度度和和评评价价效效率率极极大大提提高高。在在现现代代油油气气勘勘探探工工程程中中，盆盆地地模模拟拟被被提提升升为为一一种种计计算算机机勘勘探探技技术术，同同圈圈闭闭描描述述评评价价和和油油气气藏
20、藏描描述述评评价价一一起起成成为为现现代代油油气气综综合合勘勘探探方方法法的的重重要要组组成成部部分分，并并制制订订了了相相应应的的勘勘探探方方法法规规范范，各各油油田田单单位位在在应应用用盆盆地地模模拟拟解解决决勘勘探探问问题题方方面面取取得得了了显显著著的的成成绩绩，促促进进了了油油气田的发现和探明储量的增长。气田的发现和探明储量的增长。包括五类模型：包括五类模型：地史模型地史模型热史模型热史模型生烃史模型生烃史模型排烃史模型排烃史模型运移聚集史模型运移聚集史模型盆地模拟基本盆地模拟基本模型各模型中模型各模型中又包含若干子又包含若干子模型模型三三盆地模拟的主要模型盆地模拟的主要模型1地史模
21、型地史模型功能：用于描述和重建盆地功能：用于描述和重建盆地构造演化史、沉降埋藏史构造演化史、沉降埋藏史和沉积发育史和沉积发育史。地史模型是盆地模拟技术中的基础模型，其模拟精地史模型是盆地模拟技术中的基础模型，其模拟精度直接影响到其他模型模拟的精度。度直接影响到其他模型模拟的精度。目前已建立了地层目前已建立了地层的压实的压实欠压实模型、构造沉降模型、平衡地质剖面模欠压实模型、构造沉降模型、平衡地质剖面模型等，并考虑了剥蚀作用、海平面变化、断裂活动等地型等，并考虑了剥蚀作用、海平面变化、断裂活动等地质因素。质因素。地史模型的主要考虑因素：地史模型的主要考虑因素：沉积压实、地层超压、沉积压实、地层超
22、压、剥蚀、沉积间断、断层剥蚀、沉积间断、断层等。由于断层因素的复杂多样性，等。由于断层因素的复杂多样性，在目前的地史模型中只考虑前在目前的地史模型中只考虑前四种因素四种因素。地史模型是盆。地史模型是盆地模拟的一个基础模型，其可靠程度直接影响到其它模地模拟的一个基础模型，其可靠程度直接影响到其它模型的运算精度。型的运算精度。 模拟的方法模拟的方法：正演法正演法和和反演法反演法。正演方法：正演方法：从古到今从古到今的方法。根据地层的的方法。根据地层的现今厚度及孔隙度等资料，恢复地层的古沉积现今厚度及孔隙度等资料，恢复地层的古沉积厚度，后按给定的模型模拟地层从古到今的厚厚度，后按给定的模型模拟地层从
23、古到今的厚度变化情况。期间可综合考虑地层剥蚀、沉积度变化情况。期间可综合考虑地层剥蚀、沉积间断等地质事件。该方法的最大缺点是需要不间断等地质事件。该方法的最大缺点是需要不断调整古地质参数，以使模拟结果与现今的地断调整古地质参数，以使模拟结果与现今的地质资料吻合。质资料吻合。123n111123n223时间时间原始厚度原始厚度压实压实实际厚度实际厚度模拟厚度模拟厚度沉积发育史正演模拟示意图沉积发育史正演模拟示意图反反演演方方法法（回回剥剥技技术术）：从从今今到到古古的的方方法法。从从现现今今的的实实际际地地质质资资料料入入手手，依依次次恢恢复复地地层层从从今今到到古古的的厚厚度度变变化化情情况况
24、，相相当当于于把把地地层层从从新新到到老老逐逐层层剥剥去去，故故称称回回剥剥技技术术。该该方方法法的的优优点点是是不不需需要要对对模模拟拟结结果果进进行行检检验验，不不足足之之处处是是不不能能方便地解决地层超压的问题。方便地解决地层超压的问题。无无论论是是正正演演还还是是反反演演，两两种种方方法法都都是是基基于于沉沉积积压压实实原原理理，假假设设随随埋埋藏藏深深度度的的增增加加，只只有有孔隙体积的变小，而地层的骨架厚度不变孔隙体积的变小，而地层的骨架厚度不变。2热史模型热史模型功能：描述和重建含油气盆地古热流史和古地功能：描述和重建含油气盆地古热流史和古地温史，进而重建有机质的热成熟史。该模型
25、是温史，进而重建有机质的热成熟史。该模型是盆地模拟的关键模型之一盆地模拟的关键模型之一。热史模型是盆地模拟中的关键模型，它直热史模型是盆地模拟中的关键模型，它直接影响到生油层生烃史和排烃史模拟的精度，接影响到生油层生烃史和排烃史模拟的精度，该模型主要考虑因素：该模型主要考虑因素：热对流、热传导、基底热对流、热传导、基底古大地热流值、孔隙度、镜煤反射率古大地热流值、孔隙度、镜煤反射率及其它地及其它地化资料等。化资料等。建立方法：建立方法：地球热力学方法地球热力学方法、地球热力学与地球地球热力学与地球化学结合的方法。化学结合的方法。地球热力学方法：地球热力学方法：根据盆地现今的大地热流值及根据盆地
26、现今的大地热流值及其随地质时间的变化，沉积物、孔隙流体和岩石其随地质时间的变化，沉积物、孔隙流体和岩石的热导率以及孔隙度随埋深的变化等，来恢复盆的热导率以及孔隙度随埋深的变化等，来恢复盆地的古热流史和温度史。地的古热流史和温度史。地球热力学与地球化学结合的方法：地球热力学与地球化学结合的方法：基本思路和基本思路和上述一致，但确定古大地热流值时使用地球热力上述一致，但确定古大地热流值时使用地球热力学与地球化学结合的方法，被认为是更精确的。学与地球化学结合的方法，被认为是更精确的。一般，热史模型主要包括的子模型有：一般，热史模型主要包括的子模型有：温度史模型（地层温度史）模型温度史模型（地层温度史
27、）模型古热流史模型（古大地热流史）模型古热流史模型（古大地热流史）模型3生烃史模型生烃史模型功能：描述和重建含油气盆地烃类成熟史和生功能：描述和重建含油气盆地烃类成熟史和生烃量史。烃量史。生烃史模型是盆地模拟中的生烃史模型是盆地模拟中的重要模型重要模型，其，其计算结果反映了盆地的生烃能力，并直接影响计算结果反映了盆地的生烃能力，并直接影响到排烃史模拟的计算精度。生烃史模型的基础到排烃史模拟的计算精度。生烃史模型的基础是传统的是传统的体积法模型体积法模型，在此基础上可能演变成，在此基础上可能演变成计算结果更精确合理的其他形式。计算结果更精确合理的其他形式。生烃史基本模型：生烃史基本模型： 或 该
28、模型的关键在于产烃率史的计算，求解产烃率史常用两种方法：Ro产烃率关系曲线法(图版法)和化学动力学法。 vRo产产烃烃率率关关系系曲曲线线法法(图图版版法法)：在在温温度度史史研研究究的的基基础础上上，求求出出生生油油岩岩的的Ro史史，再再根根据据干干酪酪根根热热模模拟拟实实验验得得出出的的Ro产产烃烃率率关关系系曲曲线线，求求出出生生油油层层的的产产烃烃率率史史，最最终求出生油层的生油量史。终求出生油层的生油量史。v化化学学动动力力学学法法：Tissot等等人人研研究究证证实实，干干酪酪根根的的热热降降解解生生油油过过程程遵遵循循化化学学动动力力学学一一级级反反应应定定律律,干干酪酪根根由由
29、六六类类不不同同键键合合物物质质组组成成，每每类类键键合合物物质质生生烃烃潜潜力力不不同同，它它们们按按不不同同的的速速率率降降解解生生油油。结结合合温温史史研研究究，利利用用Tissot模模型型求求出出各各类类键键合合物物质质各各时时期期的的残残余余量量，进进而而求求出出降降解解量，最后求出产烃率。由此计算生油层的生油量史。量，最后求出产烃率。由此计算生油层的生油量史。综上，生烃史模型应该包括以下基本模型：综上，生烃史模型应该包括以下基本模型：体积法模型；体积法模型；产烃率史模型；产烃率史模型；成熟度史（成熟度史（Ro史）模型；史）模型；生生烃烃史史模模型型最最终终的的结结果果是是求求出出各
30、各生生油油层层各各时时期期的的生生油油量量、生生气气量量。总总的的说说，生生烃烃模模型型的的研研究究目前较为成熟。目前较为成熟。4排烃史模型排烃史模型功功能能：描描述述和和重重建建盆盆地地油油气气自自源源岩岩向向运运载载层层排排出出的的初初次排烃过程。次排烃过程。（初次运移史）（初次运移史）排烃史模型也是盆地模拟中的重要模型，它反映了排烃史模型也是盆地模拟中的重要模型，它反映了生油层的排烃能力。目前生油层的排烃能力。目前已建立了压实模型、压差模型已建立了压实模型、压差模型以及渗流力学模型等，同时建立了不同相态的排烃模型。以及渗流力学模型等，同时建立了不同相态的排烃模型。目前排烃史模型基本上是成
31、功的，但由于对排烃机理尚目前排烃史模型基本上是成功的，但由于对排烃机理尚有许多未知的因素，因此尚待继续完善。有许多未知的因素，因此尚待继续完善。现在流行的初现在流行的初次运移的主要机理有：次运移的主要机理有：烃类与水呈固有相态运移、水溶烃类与水呈固有相态运移、水溶液运移、扩散运移、烃溶于气中运移液运移、扩散运移、烃溶于气中运移等。等。研究排烃史模型的方法主要有：研究排烃史模型的方法主要有：压实法（压实法（排油排油）模型沉积压实排烃）模型沉积压实排烃压差法（压差法（排油排油）模型泥砂岩之间的压差排烃）模型泥砂岩之间的压差排烃渗流力学法（渗流力学法（油、气、水油、气、水）模型达西定律和超压）模型达
32、西定律和超压微裂缝排烃法（微裂缝排烃法（深层及碳酸岩深层及碳酸岩）物质平衡法物质平衡法（排气排气）5运移聚集史模型运移聚集史模型功能：描述和重建含油气盆地的油气二次运移史和聚集功能：描述和重建含油气盆地的油气二次运移史和聚集史。史。由于油气二次运移的地质环境及影响因素十分复杂，由于油气二次运移的地质环境及影响因素十分复杂，因此建立一个确定性的地质模型比较困难，建立数学模因此建立一个确定性的地质模型比较困难，建立数学模型就更难了。目前，一般使用二维二相或三维二相的简型就更难了。目前，一般使用二维二相或三维二相的简化渗流力学模型。这些模型在一定程度上能够模拟油气化渗流力学模型。这些模型在一定程度上
33、能够模拟油气的运聚规律。目前国内外还没有一个真正实用的运移聚的运聚规律。目前国内外还没有一个真正实用的运移聚集史模型。从这点看，运移聚集史模型的研究将是今后集史模型。从这点看，运移聚集史模型的研究将是今后盆地模拟技术中的重点研究方向。盆地模拟技术中的重点研究方向。目前运聚史模拟的主要方法：目前运聚史模拟的主要方法：二维二相渗流力学（二维二相渗流力学（垂直剖面、油气或气水垂直剖面、油气或气水）二维三相渗流力学二维三相渗流力学（垂直剖面、油气水共存垂直剖面、油气水共存）三维三相渗流力学三维三相渗流力学（立体空间、油气水共存立体空间、油气水共存）流体势分析法流体势分析法（古构造及地下流体环境比较清楚
34、古构造及地下流体环境比较清楚）算子分裂法算子分裂法（视三维模型视三维模型）系统模块系统模块模拟的功能模拟的功能模拟的方法模拟的方法适用性适用性地 史沉降史埋藏史构造演化史回剥技术正常压实带超压技术欠压实带回剥和超压相结合 正常压实带和欠压实带平衡地质剖面剖面上变形守恒热 史热流史地温史地球化学法勘探程度较高地区地球热力学法可靠性较低地球热力学地球化学结合法可靠性较高生烃史烃类成熟度史 生烃量史TTI-Ro法勘探程度较高地区Easy Ro法适用较广化学动力学法适用较广排烃史 排烃量史排烃方向史压实法孔隙度变化正常的情况(排油)压差法孔隙度变化异常的情况(排油)渗流力学法排油、排气、排水微裂缝排烃
35、法深层及碳酸岩物质平衡法排气运移聚集史油气运移史油气聚集史二维二相渗流力学垂直剖面、油气或气水二维三相渗流力学垂直剖面、油气水共存三维三相渗流力学立体空间、油气水共存拟三维二相历史模拟平面油、气流体势分析法古构造及地下流体环境清楚算子分裂法视三维模型盆地模拟系统各模块的功能及主要模拟方法盆地模拟系统各模块的功能及主要模拟方法表表v盆地模拟流程（一维正演）盆地模拟流程（一维正演）1、在概念模型的基础上建立合理的数学模型；、在概念模型的基础上建立合理的数学模型；2、模拟网格的划分；、模拟网格的划分；3、原始资料及模拟参数的输入；、原始资料及模拟参数的输入；4、模拟运算、模拟运算(从古到今从古到今)
36、；5、模拟结果的检验；、模拟结果的检验；6、模拟结果的输出、模拟结果的输出(数据、图件、磁盘文件数据、图件、磁盘文件)；7、研究盆地的地史、温度史、生烃史、排烃史、研究盆地的地史、温度史、生烃史、排烃史及运移聚集史；及运移聚集史；塔里木盆地构造演化模拟横切面示例塔里木盆地构造演化模拟横切面示例模拟结果输出模拟结果输出v输出数据输出数据主主要要包包括括系系统统的的地地层层等等厚厚图图数数据据、孔孔隙隙度度数数据据、温温度度数数据据、镜镜煤煤反反射射率率数数据据、产产烃烃率率数数据据、生生油油强强度度及及生生油油量量数数据据、排排烃烃强强度度及及排排烃烃量量数数据据、排排水水强强度度及及排排水水量
37、量数数据据、排排液液强度及排液量数据、异常压力分布数据等。强度及排液量数据、异常压力分布数据等。v输出图件输出图件主主要要包包括括模模拟拟平平面面网网格格图图、各各地地层层各各时时期期的的地地层层等等厚厚图图、沉沉积积速速率率等等值值图图、地地层层底底界界埋埋深深等等值值线线图图、盆盆地地发发育育剖剖面面图图、单单井井埋埋藏藏史史曲曲线线图图、古古地地温温等等值值线线图图、有有机机质质成成熟熟度度图图、产产烃烃率率分分布布图图、生生油油强强度度(单单位位面面积积生生油油量量)等等值值线线图图、生生油油剖剖面面图图、排排烃烃强强度度等等值值线线图图、异异常常压压力力分分布布图图、油油气气运运移移
38、方方向向矢矢量量图图、运运移移速速度度图图、运运移移流流线线图图、有有利利地地带带综综合合评评价价图图及及各各种种生生油油层层生生、排排烃烃量量直直方方图图、饼图等统计图形。饼图等统计图形。四四盆地模拟技术研究难点盆地模拟技术研究难点盆模难度源于油气地质学的以下几个基本特点：盆模难度源于油气地质学的以下几个基本特点：地地质质体体自自身身的的不不可可入入性性。它它决决定定了了人人们们对对地地下下信信息息的的认认识识只只能能来来自自于于地地面面地地球球物物理理调调查查及及实实际际钻钻探探，而而后后者又受到设备自身及其它地质因素的影响。者又受到设备自身及其它地质因素的影响。岩岩石石圈圈结结构构、组组
39、成成、岩岩石石物物性性的的非非均均一一性性，以以及及构构造造变变形形的的复复杂杂性性。这这些些特特点点导导致致地地质质演演变变过过程程模模拟拟反反演演的多解性。的多解性。流流体体矿矿产产的的流流动动性性。油油气气是是存存在在于于地地下下的的流流体体矿矿产产，其其最最大大特特性性是是运运移移、流流动动，同同时时其其流流动动轨轨迹迹受受构构造造、地地质、地下水活动、温质、地下水活动、温-压等多种因素的影响。压等多种因素的影响。油油气气运运移移的的多多相相性性。油油气气是是同同地地下下水水一一起起流流动动的的，一一般般情情况况下下是是混混相相驱驱动动，在在盆盆地地演演化化及及油油气气生生成成的的不不
40、同同阶段又分别有不同的相态和组份特征。阶段又分别有不同的相态和组份特征。地地质质时时间间跨跨度度长长。油油气气赋赋存存的的盆盆地地年年龄龄大大都都在在几几十十到到几几百百个个百百万万年年（Ma）以以上上，最最年年轻轻的的盆盆地地也也在在2个个Ma以以上上。这这么么长长的的时时间间跨跨度度，对对于于数数值值模模拟拟的的时时间间步步长确定，必然带来精度上的困难。长确定，必然带来精度上的困难。时时空空上上变变化化的的“动动态态”边边界界。盆盆地地的的边边界界和和充充填填物物是是随随着着地地质质时时间间不不断断变变化化的的，而而且且这这种种变变化化通通常常都都不不是是完完全全满满足足常常规规几几何何学
41、学、运运动动学学原原理理的的。这这一一特特点点造造成成地地下下油油气气渗渗流流的的地地质质环环境境和和边边界界条条件件十十分分复复杂杂多多变变，并并导导致数值方程的求解十分困难。致数值方程的求解十分困难。需要解决以下几个难题需要解决以下几个难题：盆地动力学模型与油气成藏动力学模型的有机统一盆地动力学模型与油气成藏动力学模型的有机统一盆地动力学过程和油气成藏动力学过程是含油气盆盆地动力学过程和油气成藏动力学过程是含油气盆地动力学有机联系的两个过程和不可分割的整体。油气地动力学有机联系的两个过程和不可分割的整体。油气的形成和聚集只是盆地成矿作用的一种类型。成藏作用的形成和聚集只是盆地成矿作用的一种
42、类型。成藏作用过程严格受控于沉积盆地发展演化的深部过程、动力学过程严格受控于沉积盆地发展演化的深部过程、动力学背景及其发展演化阶段。从含油气盆地的类型与油气分背景及其发展演化阶段。从含油气盆地的类型与油气分布的关系看，不同成因类型的盆地往往有不同的成矿作布的关系看，不同成因类型的盆地往往有不同的成矿作用特征。具体表现在盆地基底性质及变形特征、热体制用特征。具体表现在盆地基底性质及变形特征、热体制及其演变、构造样式、成藏模式及油气分布规律等方面及其演变、构造样式、成藏模式及油气分布规律等方面的差异。因此，必须以盆地动力学研究为基础，按照不的差异。因此，必须以盆地动力学研究为基础，按照不同类型的盆
43、地来建立油气盆地地质模型及数学模型。同类型的盆地来建立油气盆地地质模型及数学模型。三维地质体动态平衡模型及相应的数学模型建立三维地质体动态平衡模型及相应的数学模型建立这是未来这是未来10年盆地数值模拟的主攻方向之一。目前年盆地数值模拟的主攻方向之一。目前已经建立的二维平衡地质剖面演化模型，由于约束条件已经建立的二维平衡地质剖面演化模型，由于约束条件是剖面上变形平衡，即剖面上没有物质的流入或流出，是剖面上变形平衡，即剖面上没有物质的流入或流出，因此，只能模拟个别包含简单的挤压或拉张构造作用的因此，只能模拟个别包含简单的挤压或拉张构造作用的剖面构造演化。而真实系统的盆地动力学过程往往是包剖面构造演
44、化。而真实系统的盆地动力学过程往往是包含剪切构造作用的复杂变形过程，其变形是在三维空间含剪切构造作用的复杂变形过程，其变形是在三维空间上守衡的，因此必须建立三维空间上的平衡地质模型及上守衡的，因此必须建立三维空间上的平衡地质模型及相应的数学模型。其中难点的核心还是数学模型的建立。相应的数学模型。其中难点的核心还是数学模型的建立。盆地古水动力学过程的数值模拟盆地古水动力学过程的数值模拟盆地中的地下水是油气运移、聚集的载体，地下水盆地中的地下水是油气运移、聚集的载体，地下水的运动严重地制约着油气的聚集与分布。勘探实践表明，的运动严重地制约着油气的聚集与分布。勘探实践表明，盆地中大中型油气藏的形成与
45、分布与区域水动力条件盆地中大中型油气藏的形成与分布与区域水动力条件(水化学场、水渗流场、水温度场水化学场、水渗流场、水温度场)有密切的关系。因此有密切的关系。因此对于油气运聚过程的模拟来说，古水动力场特征及演化对于油气运聚过程的模拟来说，古水动力场特征及演化研究与模拟至关重要。目前盆地模拟主要以一维、二维研究与模拟至关重要。目前盆地模拟主要以一维、二维为主，对垂向上的压实水流及其浮力作用考虑较多，而为主，对垂向上的压实水流及其浮力作用考虑较多，而对大气渗入水流及其重力作用考虑不够，因此适用性受对大气渗入水流及其重力作用考虑不够，因此适用性受到限制。难点主要是古水动力场的确定及数值模拟。其到限制
46、。难点主要是古水动力场的确定及数值模拟。其研究内容涉及古地貌、古气候、古构造、古水文等多学研究内容涉及古地貌、古气候、古构造、古水文等多学科知识。科知识。成藏动力学各模型的全三维化成藏动力学各模型的全三维化最重要的是地史模型的三维化，它影响到其它各最重要的是地史模型的三维化，它影响到其它各模型的精度。在此基础上实现热史、生烃史、排烃史模型的精度。在此基础上实现热史、生烃史、排烃史及运聚史模型的三维一体化。其中牵及到一些尚未攻及运聚史模型的三维一体化。其中牵及到一些尚未攻克的石油地质机理问题，如碳酸盐岩的成烃机理、较克的石油地质机理问题，如碳酸盐岩的成烃机理、较完善的油气运聚机理等。在地质模型不
47、断修正和完善完善的油气运聚机理等。在地质模型不断修正和完善的条件下，建立成藏作用过程的三维数学模型是最终的条件下，建立成藏作用过程的三维数学模型是最终的关键所在。要研制科学实用的、能保障精度的三维的关键所在。要研制科学实用的、能保障精度的三维数值模拟方法，需要地质家、数学家及软件专家的协数值模拟方法，需要地质家、数学家及软件专家的协同攻关。同攻关。可变网格的偏微分方程组求解可变网格的偏微分方程组求解油、气、水混相运动的偏微分方程组用于描述油气油、气、水混相运动的偏微分方程组用于描述油气二次运移，以解决盆地模拟的最终目标二次运移，以解决盆地模拟的最终目标油气聚集的油气聚集的时空规律。从古到今求解
48、时的困难不仅在于模拟时间，时空规律。从古到今求解时的困难不仅在于模拟时间，更主要在于可变的模拟空间，即盆地的几何空间在宏观更主要在于可变的模拟空间，即盆地的几何空间在宏观上越来越大，同时在微观上各地层的厚度因压实而变小，上越来越大，同时在微观上各地层的厚度因压实而变小，甚至因剥蚀而消失。当采用有限插分法或有限元法解该甚至因剥蚀而消失。当采用有限插分法或有限元法解该偏微分方程组时，都面临一个偏微分方程组时，都面临一个“可变网格可变网格”的难题：网的难题：网格数量和每个网格的尺寸均随时间变化。因此，求解的格数量和每个网格的尺寸均随时间变化。因此，求解的稳定性和收敛性主要受控于可变网格。这种可变网格
49、的稳定性和收敛性主要受控于可变网格。这种可变网格的偏微分方程组求解问题，向数学家和地质家提出了新的偏微分方程组求解问题，向数学家和地质家提出了新的挑战。挑战。五五盆地模拟发展展望盆地模拟发展展望基于盆地动力学演化的全三维油气盆地动态模拟系基于盆地动力学演化的全三维油气盆地动态模拟系统得以建立并逐渐完善统得以建立并逐渐完善首先是三维地质建模和三维地质体平衡技术取得突首先是三维地质建模和三维地质体平衡技术取得突破进展，在地质建模过程中，先进的实验室物理模拟也破进展，在地质建模过程中，先进的实验室物理模拟也将发挥重要的辅助作用，以促进地质家对成矿作用机理将发挥重要的辅助作用，以促进地质家对成矿作用机
50、理的深入认识。同时，由于石油地质家与计算机数学家密的深入认识。同时，由于石油地质家与计算机数学家密切协作，三维动态模拟的数学模型以及可变网格的偏微切协作，三维动态模拟的数学模型以及可变网格的偏微分方程求解问题获得较好的解决，而先进的三维可视化、分方程求解问题获得较好的解决，而先进的三维可视化、三维动画技术和虚拟现实技术，以及大容量、高速度的三维动画技术和虚拟现实技术，以及大容量、高速度的计算机，为建立这种大型的计算机模拟系统提供了技术计算机，为建立这种大型的计算机模拟系统提供了技术保障。保障。由大型勘探数据库支持的盆地动态模拟系统成为油由大型勘探数据库支持的盆地动态模拟系统成为油气勘探和资源预
51、测的得力工具气勘探和资源预测的得力工具未来的盆地模拟系统将具有良好的数据接口，可以未来的盆地模拟系统将具有良好的数据接口，可以充分调用通用勘探数据库、图形库及数据银行中的数据充分调用通用勘探数据库、图形库及数据银行中的数据资源，并与其它勘探开发软件实现数据共享。届时，盆资源，并与其它勘探开发软件实现数据共享。届时，盆地模拟真正成为石油地质综合研究必不可少的有力工具。地模拟真正成为石油地质综合研究必不可少的有力工具。由于盆地模拟系统网络版的推广普及，地质家通过局域由于盆地模拟系统网络版的推广普及，地质家通过局域网络不论何时、何地，不论使用那一台计算机终端，都网络不论何时、何地，不论使用那一台计算
52、机终端，都能很方便地调用最新数据进行即时盆地分析模拟研究，能很方便地调用最新数据进行即时盆地分析模拟研究，检验地质模型，获得有用的信息，并在统一的软件平台检验地质模型，获得有用的信息，并在统一的软件平台上开展勘探目标和经济分析。上开展勘探目标和经济分析。成油气系统模拟成为盆地模拟的重要内容和发展形成油气系统模拟成为盆地模拟的重要内容和发展形式式由于成油气系统是盆地内相对独立的油气生、运、由于成油气系统是盆地内相对独立的油气生、运、聚单元，因此也是最适于做盆地模拟评价的油气地质聚单元，因此也是最适于做盆地模拟评价的油气地质单元。用盆地模拟技术实现成油气系统动态数值模拟，单元。用盆地模拟技术实现成
53、油气系统动态数值模拟，业已取得了一定进展。功能更加强大的油气系统动态业已取得了一定进展。功能更加强大的油气系统动态模拟软件将在今后逐步完善起来，它是在盆地模拟系模拟软件将在今后逐步完善起来，它是在盆地模拟系统的基础上，按照油气系统的研究内容和成图表达方统的基础上，按照油气系统的研究内容和成图表达方式建立起来的大型计算机软件系统，是盆地模拟软件式建立起来的大型计算机软件系统，是盆地模拟软件系统的新发展。系统的新发展。“交互模拟交互模拟”、“人工干预界面人工干预界面”和和“综合评价综合评价”技技术获得长足发展术获得长足发展鉴于盆地石油地质过程的极端复杂性，为了扬长避鉴于盆地石油地质过程的极端复杂性，为了扬长避短，未来的盆地模拟系统将更多地体现短，未来的盆地模拟系统将更多地体现“交互模拟交互模拟”和和“人工干预人工干预”的思想，在数值模拟基础上，充分吸收常的思想，在数值模拟基础上，充分吸收常规石油地质的分析结果，并与地质家的人工智能有机结规石油地质的分析结果，并与地质家的人工智能有机结合起来，实现盆地或成油气系统的综合分析模拟，最终合起来，实现盆地或成油气系统的综合分析模拟，最终使得对油气资源和勘探目标的评价达到精确的实用水平。使得对油气资源和勘探目标的评价达到精确的实用水平。
