第八章-含油气系统与盆地模拟资料课件

1主讲人：王芙蓉E-mail：wfr777@163.comOffice：地勘楼-226第八章含油气系统与盆地模拟

PetroleumSystemandBasinModeling1主讲人：王芙蓉第八章含油气系统与盆地模拟

Petrole2

第一节含油气系统含油气系统的概念含油气系统的组成含油气系统的命名及分类含油气系统的研究

第二节盆地模拟盆地模拟概述埋藏史和沉降史模拟地热史和成熟史模拟生烃史和排烃史模拟运移聚集史模拟本章提纲2第一节含油气系统本章提纲3第一节含油气系统一、含油气系统的概念国外：1972：Dow，AAPG年会，论文摘要1974：Dow，AAPG杂志，论文全文，OilSystem1980：Perrodon，《石油地质动力学》，PetroleumSystem1984：Demaison，GenerativeBasin1984：Meissner等，HydrocarbonMachine1986：Ulmishek，IndependentPetroliferousSystem1987、1988、1989：Magoon，PetroleumSystem1990、1992、1994：Magoon&Dow，PetroleumSystem国内：成油系统、石油系统、油气系统、油气成藏系统、成油体系、石油体系等，复合含油气系统、复式含油气系统1、含油气系统概念的提出与发展3第一节含油气系统一、含油气系统的概念国外：国内：1、含42、含油气系统的定义

一个自然的烃类流体系统，其中包含活跃的烃源岩、所有与其相关的石油和天然气以及形成油气聚集所必需的地质要素和作用。

活跃烃源岩：包括目前可能已不再有效或已耗尽(油气已排出)的；

油气：包括聚集在一起的①在常规油气田、气水合物、致密气田、裂缝性页岩和煤中发现的热成因与生物成因气；②在自然界发现的凝析油、原油和沥青；

系统：相互依存的并制约油气成藏的各种地质要素、作用及其组合关系。Apetroleumsystemencompassesapodofactivesourcerockandallrelatedoilandgasandincludesalltheessentialelementsandprocessesneededforoilandgasaccumulationstoexist.Theessentialelementsarethesourcerock,reservoirrock,sealrock,andoverburdenrock,andtheprocessesincludetrapformationandthegeneration-migration-accumulationofpetroleum.Allessentialelementsmustbeplacedintimeandspacesuchthattheprocessesrequiredtoformapetroleumaccumulationcanoccur.——Magoon&Dow，199442、含油气系统的定义一个自然的烃类流体系统，其5二、含油气系统的组成基本组成：地质要素和成藏作用地质要素：烃源岩、储集层、盖层和上覆岩层；成藏作用：圈闭的形成和油气的生成－运移－聚集。①这些要素及作用必须要有适当的时空配置，才能使其有机的关联；②这些成藏作用有序的发生，最终形成油气聚集；③这些基本要素和成藏作用存在与发生的地方就是含油气系统所在的位置。5二、含油气系统的组成基本组成：地质要素和成藏作用6三、含油气系统的命名及分类1、含油气系统的命名（1）可靠性水平用于描述某一特定烃源岩生成的油气提供给油气聚集的可能性根据资料和研究程度，含油气系统可分为三个可靠性含油气系统可靠性水平的定义级别：已知的（Known）可能的（Hypothetical）推测的（Speculative）6三、含油气系统的命名及分类1、含油气系统的命名（1）可靠性7（2）含油气系统的名称含油气系统的名称包含了烃源岩、主要储集岩名称以及用符号表示的该系统的可靠性水平。例如：Deer－Boar(·)代表一个可能的含油气系统，它由泥盆系Deer页岩和Boar砂岩组成，其中Deer页岩为烃源岩，Boar砂岩为主要储集岩。7（2）含油气系统的名称含油气系统的名称包含了烃源岩、主要储82、含油气系统的分类（1）Perrodon（1984，1992）：（a）存在于大陆裂谷盆地中的大陆裂谷型含油气系统；（b）存在于克拉通盆地内部或大陆离散边缘盆地中的地台型含油气系统；（c）存在于挤压和活动边缘盆地中的，尤其是弧前盆地和前陆盆地前渊中的造山带型含油气系统。含油气系统的沉积盆地动力学分类82、含油气系统的分类（1）Perrodon（1984，199（2）Magoon（1989，1992）：1989年，Magoon根据上覆岩层的复杂程度（单一的或混合的）、储集层岩性（硅质碎屑岩或碳酸盐岩）和干酪根类型（I型、III型或III型）对美国的含油气系统进行了分类。1992年，Magoon又根据烃源岩的地质年代对同样的含油气系统再次进行了分类。9（2）Magoon（1989，1992）：10（3）Magoon&Dow（1994）：根据导致烃源岩成烃的主控因素（热源）的不同将含油气系统划分为“典型的”与“非典型的”两大类。典型的含油气系统在关键时刻的三种平面图和剖面图非典型的含油气系统非典型的含油气系统则指油气是经过其它途径生成的，如火成岩侵入、大洋中脊与裂谷深部热流或生物作用等。典型的含油气系统是指由于上覆岩层的增加，致使烃源岩埋深增大并发生热成熟生烃作用而产生的油气系统。10（3）Magoon&Dow（1994）：典型的含油气11（4）Demaison&Huizinga（1991，1994）：根据油气充注程度（过充注、正常充注、欠充注）、运移排烃方式（垂向排烃、侧向排烃）与捕集方式（高阻抗、低阻抗）对含油气系统进行了分类。含油气系统成因分类流程图11（4）Demaison&Huizinga（1991，12（5）窦立荣等（1996）根据油气相态在纵向上的分布规律，将含油气系统分为含生物气系统、含油系统、含凝析油气系统和含干气系统。（6）赵文智等（1996）根据油气充注程度（超充注、正常充注、欠充注）、储盖组合（重叠式、侧变式、包裹式）、运移样式（垂向、侧向）、圈闭类型（高阻抗、低阻抗）与保存条件（无改造型、微弱改造型、强烈改造型）进行组合分类，共划分出108种基本类型。（7）宋建国和张光亚（1996）依据沉积盆地类型、演化及烃源岩形成的古地理、古气候条件等，将中国油气系统划分为古生界克拉通型、中－新生界前陆－陆内挠曲坳陷型和中－新生界裂谷－伸展坳陷型，共三大类五小类。12（5）窦立荣等（1996）根据油气相态在纵向上的分布规律13四、含油气系统的研究1、含油气系统的确定证实一个含油气系统的存在，其依据是有油气的存在，哪怕只有一股气或一滴油（体积小而丰度高）。一般而言，对任何地区，只要有富含有机质岩层的存在，且其被沉积埋藏到足以生成油气的深度，就应当存在含油气系统。含油气系统具有特定的地区、地层与时间范围，可通过关键时刻、展布范围、基本要素、持续时间、保存时间等参数来确定。13四、含油气系统的研究1、含油气系统的确定证实一个含油气系142、含油气系统的描述“四图一表”——Magoon&Dow（1994）（1）油气聚集统计表以表格型式列出与某一含油气系统有关的所有油气聚集及其相关资料在虚拟的Deer-Boar（·）含油气系统内的油气田142、含油气系统的描述“四图一表”——Magoon&D15（2）埋藏史图用以说明在特定地区的含油气系统形成的关键时刻、具体时间及基本地质要素Deer－Boar(·)含油气系统的埋藏史图15（2）埋藏史图Deer－Boar(·)含油气系统的埋16Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻（250Ma）的地质剖面图（3）剖面图用以显示油气系统形成关键时刻时各基本要素的几何分布，限定了含油气系统的地层展布范围16Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻（2517Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻的平面分布图一般根据成熟烃源岩及产自该烃源岩的油气显示、油气苗和油气聚集的展布范围来加以圈定。★★★★★★★★（4）平面图用以在平面上勾绘含油气系统在关键时刻的地理分布范围17Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻的平面18Deer－Boar(·)含油气系统事件图（5）含油气系统事件图用以说明各基本要素和各成藏作用间的时间关系、含油气系统的保存时间及关键时刻等18Deer－Boar(·)含油气系统事件图（5）含193、含油气系统的评价（1）油气充注能力没有油气生成，就没有含油气系统。对某一特定的含油气系统而言，其在一个区域的油气丰度主要取决于充注量（charge）的大小，该因素必须足够大，并能给系统内运移－捕集部分提供充足的油气量。因此，这一因素的重要性是显而易见的。Sluijk和Nederlof（1984）将油气充注量定义为圈闭空间可以捕集到的烃类体积，油气充注的体积则等于来自成熟生烃洼陷的油气体积减去排烃过程及二次运移过程油气损失的体积。193、含油气系统的评价（1）油气充注能力没有油气生成，就没20（2）含油气系统效率（GAE）通过计算某一含油气系统的油气生成聚集效率（Generation-accumulationefficiency，简称GAE）（某系统所发现的原始地质储量与其有效源岩生成的油气总量之百分比）来评价含油气系统的效率。通常认为，GAEs>10%为非常有效的含油气系统，1%－10%为中等有效的含油气系统，而<1%的则为低效的含油气系统。值得注意的是，产油最多的含油气系统其效率未必是最高的。20（2）含油气系统效率（GAE）通过计算某一含油气系统的油21（3）含油气系统规模Klemme（1994）根据可采储量的大小将含油气系统的规模分为四级：①超巨型含油气系统：>100×109bbl（油当量）；②巨型含油气系统：20×109－100×109bbl（油当量）；③大型含油气系统：5×109－20×109bbl（油当量）；④有效含油气系统：0.2×109－5×109bbl（油当量）。21（3）含油气系统规模Klemme（1994）根据可采储量22（4）含油气系统类型通常由可采油气储量计算的气/油比（GOR）（ft3/bbl）可以把含气系统与含油系统区别开来。一般地，把GOR大于20000（3562m3/m3）的系统称为天然气系统，位于5000­-20000（891-3562m3/m3）范围内的称为凝析油系统，而小于5000（891m3/m3）的则称为石油系统。22（4）含油气系统类型通常由可采油气储量计算的气/油比（G图或表要求的信息目的图确定系统中所包含的油气田位置；指明为油还是气；表明系统中包括的地表和地下油或气显示；表明油气运移方向及有效烃源岩的分布由围绕有效烃源岩及油气运移的外界所指示的关键时刻含油气系统的地理范围；有效烃源岩的名称；含油气系统埋藏史图的位置表列出含油气系统所有油气田；以地层为单位的圈闭类型，储集层名称、年代和岩性，以及盖层名称、时代和岩性所表示的发现储量和地层油气为质量平衡计算的地层油气；含地层油气百分比最高的储集层名称；在圈闭中最常见的盖层；平均GOR的油气区横剖面构造和地层信息；表明生油窗和生气窗；表明油气显示和聚集；标出关键时间；表明油气运移方向和通道确定关键时间含油气系统的地层范围；含油气系统的地理范围；表示的有效烃源岩；表示的上覆岩层；含油气系统埋藏史图位置埋藏史图钻井钻穿的地层单元；岩石单元的沉积时间、厚度、名称、岩性；现今热成熟度剖面；现今地温梯度；确定生油窗和生气窗时间与深度的计算机程序；表明含油气系统的基本要素由图中确定的含油气系统事件图信息；所示的含油气系统的基本要素；在关键时间横剖面上的生油窗和生气窗深度事件图含油气系统基本要素的年代；圈闭形成的开始和结束时期；油气生、运、聚的开始和结束时期；含油气系统的保存时间和关键时间含油气系统事件图是在一张图上概括系统的基本要素和作用以及保存时间和关键时间油-气对比关系地球化学证据，例如用整体性质、生物标志物和同位素资料来表示来自同样烃源岩的一个以上的油气聚集用与有效烃源岩和附近圈闭构造与地层一致的地球化学对比关系建立含油气系统的地理和地层范围油-源对比关系地球化学证据，例如生物标志物和同位素资料，可用来表示肯定是由特别烃源岩生成的油气用地质和地球化学证据建立的可靠性水平表明特别烃源岩排出一定油气的置信质量平衡计算TOC和烃源岩热解分析资料；烃源岩密度；有效烃源岩体积生成的油气量来确定含油气系统的油气生成-聚集效率（GAE）图或表要求的信息目的图确定系统中所包含的油气田位置；指明为油24一、盆地模拟概述第二节盆地模拟盆地模拟（basinmode1ing）简单讲：对沉积盆地内所有地质要素和作用过程进行定量模拟。具体讲：在现代油气地质理论的指导下，以计算机技术为主要手段，以一个独立的油气生聚单元为对象，基于油气地质的物理化学机理，经过地质建模、数学建模、软件研制、模拟技术和综合研究等阶段，在时空格架下定量模拟计算含油气盆地的形成、演化历史和油气的生成、运移、聚集过程与数量及位置等，为油气勘探实践服务。24一、盆地模拟概述第二节盆地模拟盆地模拟（basin25一个完整的盆地模拟系统由地史、热史、生烃史、排烃史和运移聚集史等5个模型（子系统）有机组成（石广仁，1994，1999）。五个子系统结构上相对独立，在系统内依次排列、彼此耦合。前置子系统是后续子系统的前提与条件，其对后续子系统的运行有制约与控制作用；后续子系统是前置子系统的延展与推进，对前置子系统的运行有反馈作用。25一个完整的盆地模拟系统由地史、热史、生烃史、排烃史和运移26（1）地史模型的功能：重建含油气盆地的沉积史与构造史，应考虑沉积压实、异常压力、剥蚀、沉积间断、断层等因素。该模型是盆地模拟的基础，其精度直接影响后面四个模型的精度。（2）热史模型的功能：重建含油气盆地的古热流史与古地温史。该模型是盆地模拟的关键，因为古地温史是烃类成熟度的最重要客观因素。（3）生烃史模型的功能：重建含油气盆地的烃类成熟史和生烃量史。该模型是盆地模拟的相当重要的部分，因为生烃量史是油气资源评价的重要组成部分。（4）排烃史模型的功能：重建含油气盆地的油气初次运移史。该模型是盆地模拟的“瓶颈”。（5）运聚史模型的功能：重建含油气盆地的油气二次运移史。该模型是盆地模拟的最重要的部分，因为油气运聚量史是油气资源评价的最重要结果与目标之一。26（1）地史模型的功能：重建含油气盆地的沉积史与构造史，应27盆地分析地质建模数学建模软件研制目标模拟地层分析、沉积体系分析、构造样式分析……地层格架、孔隙度变化规律、构造运动规律……回剥技术、平衡剖面技术、裂变径迹技术……埋藏史模块、构造演化史模块、热史模块……五史模拟、含油气系统分析、风险评价……注意：五个阶段之间顺序不可颠倒27盆地分析地质建模数学建模软件研制目标模拟地层分析、沉积体281、盆地分析盆地分析的任务是对全盆地的所有地质信息进行分析；主要分析对象包括构造背景、地层关系、沉积体系、构造样式、水动力类型、热状态及烃源岩特征等；目的是了解全盆地的地质要素和地质作用。2、地质建模地质模型就是在人们脑子中形成的地质概念。地质家通过对盆地大量地质资料进行实际观察、分析、归纳与综合后，对地质问题的认识从描述性提高到规律性，这个过程就是地质建模，这种地质规律即为地质模型。由于地质过程的复杂性，地质家建立的地质模型与实际地质情况往往有一定的出入，这种出入的大小与盆地的勘探程度有关，同时也与地质家的理论水平和实际工作经验有关。281、盆地分析293、数学建模将地质模型的物理特征用一系列的数字、符号来表征，并用合理的数学表达式来描述或逼近这些特征之间的定量关系，这个过程叫数学建模，这种合理的表达式就是数值模型。数值模型是对地质模型的高度抽象和概括，如果没有这种抽象和概括，就可能无法找到“合理”的表达式，即无法建立数值模型。但是，这种抽象和概括往往会导致一定误差，甚至是无法接受的或致命的误差。所以，在建立数值模型时，一定要作到“心中有数”，即哪些误差是允许的，哪些误差是不允许的。也就是说，只有那些既精通数学又精通地质理论的综合人才，才能建成合理的、可接受的数值模型。293、数学建模304、软件研制原则上讲，软件研制是计算机软件工程人员的任务。只要数值模型表达得清楚、正确，软件人员就能顺利地完成这项任务。在软件研制过程中，地质入员要提供地质参数，帮助测试软件，只有这样，才能高效、可靠地完成软件系统。5、目标模拟现场入员应用软件系统对研究区进行实际模拟，并用模拟结果分析盆地、区带，确定有利的勘探目标，这就是盆地模拟的最终目的。在盆地模拟的五个阶段中，盆地分析是基础，地质建模和数学建模是关键，软件研制是保证，目标模拟是目的。304、软件研制在盆地模拟的五个阶段中，盆地分析是基础，地31目前国际上流行的4套盆地动态数值模拟系统：PetroMod：由德国有机地球化学研究所研制，由PetroMod1D（PetroMod1D、PetroMod1DExpress）、PetroMod2D（PetroGen2D、PetroFlow2D）和PetroMod3D（PetroCharge、PetroGen3D、PetroFlow3D）等子系统组成（www.ies.de）；Basin2：由美国Illinois大学与政府实验室及阿莫科、阿科和雪佛龙公司等20个单位合作研制，侧重于沉积盆地内地下水流动地质演化历史的模拟恢复（）；Temispack：由法国国家石油研究院（IFP）研制，包括EasyDepth、Locace、Genex、Ceres2D、Temis2D及Temis3D等模拟系统（）；BasinMod：由美国PlatteRiver公司（PRA）研制，包括BasinMod1D、BasinMod2D、BasinFlow及Petroleumsystem、BasinRisk等子系统（）。OilandGasTrapswithHCmigrationOilandGasTrapswithHCmigrationandincludedfaultOilTraps,migration,andfetchareaswithincludedfault垂向渗透率vs.深度BasinMod31目前国际上流行的4套盆地动态数值模拟系统：Oiland32二、埋藏史和沉降史模拟

沉积埋藏史:是指盆地中的某一沉积单元或一系列单元自沉积开始至现今或某一地质时期的厚度和埋藏深度变化历史，通常由沉积埋藏史曲线表示。埋藏史恢复可用正演和反演两种方法，其中正演是指在已知初始状态的前提下，按一定的动力学或运动学机制再现其历史演化过程，即从古至今模拟沉积物埋藏过程；反演则是从现今状态出发，按一定的动力学或运动学机制恢复出沉积物在不同历史时期中的状态，即由今溯古恢复沉积物埋藏历史。地层压实校正模型不整合处理模型32二、埋藏史和沉降史模拟沉积埋藏史:是指盆地中的某33地层压实校正模型压实校正是指把某一地层单元的现今实测厚度恢复到沉积时或埋藏中途某一时刻的厚度。（1）回剥技术（反演）：基于沉积物在压实过程中，地层骨架体积和横向宽度始终保持不变（除非遭受抬升剥蚀和断层等事件），地层体积的变小由孔隙流体排出、孔隙度变小所致，且假设地层压实程度由埋深所决定，在埋深不超过最大古埋深时，地层压实程度保持不变。（2）超压技术（正演）：从地层开始沉积埋藏开始，计算一个地层的古超压史，同时算出其古厚度史，直到现今。33地压实校正是指把某一地层单元的现今实测厚度恢复到沉积时或34不整合处理模型对不整合的假设与处理影响到不整合面下各地层单元达到最大古埋深的时间与深度及其孔隙度和古厚度的演化途径。VanHinte(1978)认为，至少有三种方法可模拟不整合1.示沉积间断，其间并无剥蚀发生，取界面上、下沉积岩的绝对年龄算出沉积间断的时限即可；2.示有剥蚀发生的不整合，该时限内一半是沉积期，一半是剥蚀期；3.该时限内被剥蚀的沉积岩的沉积速率等于不整合面以下岩层的沉积速率，而剥蚀速率等于不整合面以上岩层的沉积速率。34不对不整合的假设与处理影响到不整合面下各地层单元达到最大353536盆地之所以能形成，是由于存在基底的沉降。因此，构造沉降史是盆地模拟中不可或缺的。根据引起沉积盆地沉降的主要机制，构造沉降史模拟具有以下三种模型（1）局部均衡模型：基于阿基米德原理，认为岩石圈没有任何弹性，各个沉积柱间相互独立运动，又称为点补偿模式或Airy模式；（2）挠曲均衡模型：基于阿基米德原理，但把基底对负载的响应看成材料力学中受力弯曲的弹性板，认为均衡补偿不仅发生在负荷点，而分布在一个比较宽的范围之内，又称为区域均衡模式；（3）热沉降模型：认为热效应导致岩石圈发生沉降，分为初期快速沉降（由于岩石圈变薄）和后期缓慢沉降（由于岩石圈冷却收缩）两个阶段。局部均衡模型示意图挠曲均衡模型示意图36盆地之所以能形成，是由于存在基底的沉降。因此，构造沉降史37三、地热史和成熟史模拟地热史模拟的主要功能是重建含油气盆地的古热流史和古温度史，具体地说就是研究壳、幔热流的时、空分布与演化规律，研究盆地中各沉积层序的地温、地温的空间分布及地温随时间的演化过程。恢复盆地热演化史的常用方法：（1）地质温度计法镜质组反射率Ro、矿物包裹体、磷灰石裂变径迹、牙形石色变指数（2）地球热力学法McKenzie法、Falvey法（3）地球热力学－地球化学结合法37三、地热史和成熟史模拟地热史模拟的主要功能是重建含油气盆38McKenzie拉张模型原理图C－地壳；L－岩石圈；A－软流圈在地球上取一个单元进行研究，设该单元在发生拉张前的面积为α2，即单元内的地壳（C）和岩石圈（L）的长度均为α，二者的厚度之和为α；再设地表温度为0℃，软流圈（A）温度为1333℃，则从地表至软流圈的地温梯度左图上所示。当拉张发生（左图中，t=0所示）时，该单元的面积仍为α2，但其长度增大为βα，即拉长了β倍（β就是所谓的拉张系数）；它的厚度减小为α/β，即缩短了1/β倍。由于均衡补偿作用，软流圈抬升，其顶界深度由α减小到α/β（β>1），故1333℃的高温热源抬升，致使从地表至软流圈的地温梯度增大。这就是地学上所说的地壳和岩石圈在拉张时变薄变热。随着岩石圈向下缩回（左图下，t→∞所示），热扰动逐渐衰减，原变热的物质逐渐冷却，导致下沉，终于形成拉张型的裂谷盆地。在这种盆地中，从地表至软流圈的地温梯度逐渐变小。McKenzie法38McKenzie拉张模型原理图在地球上取一个单元进行研究393940成熟史模拟的主要功能是重建含油气盆地沉积有机质在埋藏过程中其成熟度随时间的演化过程。恢复盆地成熟史的常用模型：（1）TTI模型基本假设：温度每升高10℃，反应速度增加1倍。（2）Easy％Ro模型以热模拟实验为基础，将镜质体的成熟反应分为四个主要的平衡化学反应，即脱H2O、CO2、CH4及高碳数烃。

Ro=exp(-1.6+3.7Fj)(j=1，2，3，……，直到现在)式中，Fj为某一地层底界的第ｊ个埋藏点的化学动力学反应程度，其取值范围为0－0.85。40成熟史模拟的主要功能是重建含油气盆地沉积有机质在埋藏过程414142四、生烃史和排烃史模拟

生烃史模拟主要是计算盆地烃源岩的油气生成量及其成烃历史，其核心是确定现今岩石中的有机质重量和有机质在成烃转化过程中的转换率。常用的生烃史模拟模型主要有以下三种：（1）Ro－生烃率模型（2）化学动力学模型（3）物质平衡模型42四、生烃史和排烃史模拟生烃史模拟主要是计算盆地烃43

排烃史（初次运移）模拟是目前盆地模拟研究中的难点和最薄弱的环节，这主要是因为烃类自源岩中排出机理的复杂性和实验观察的困难性。现在大多数工作者相信烃以独立相的形式排出，烃从烃源岩中排出很大程度上取决于孔隙空间中烃的饱和度，并且越来越多的人承认微裂缝在油气排烃中所起的重要通道作用。常用的排烃史模拟方法主要有以下四种：（1）残留烃法（2）压实法（3）压差法（4）微裂缝法43排烃史（初次运移）模拟是目前盆地模拟研究中的难点44五、运移聚集史模拟

运移聚集史模拟主要是重建含油气盆地油气二次运移史，计算烃类聚集量，指出可能的油气聚集部位。常用的运移聚集史模拟主要有以下三种方法：（1）流体势分析方法（2）二维二相流体流动模拟（3）二维三相流体流动模拟44五、运移聚集史模拟运移聚集史模拟主要是重建含油气4535003000290028002700310028002800油气运移是三维行为近源圈闭不一定成藏远源圈闭能否成藏取决于源岩生烃能力和油气运移路径ABCDEFG烃源灶庙西凹陷黄河口凹陷16km0N烃源灶预测的油气聚集区干井油井或油气显示井油气运移路径渤中凹陷QHD32-6油田PL19-3油田BD2QHD30-1BZ8BZ5QHD28-2BZ14QHD33-1QHD32-6BZ20QHD34-2PL9-1PL7-1PL14-312B13-1PL19-3PL25-2BZ36-2BZ35-2BZ22-2BZ22-1BN5BZ29-4BZ28-2BZ34-2BZ13-1BZ19-2-1CFD18-1CFD18-2CFD12-145350030002900280027003100280046思考题一、名词解释含油气系统盆地模拟二、简答题简述含油气系统的描述方法；简述含油气系统的研究内容；简述盆地模拟各个子系统的功能；简述盆地模拟的流程。46思考题一、名词解释47主讲人：王芙蓉E-mail：wfr777@163.comOffice：地勘楼-226第八章含油气系统与盆地模拟

PetroleumSystemandBasinModeling1主讲人：王芙蓉第八章含油气系统与盆地模拟

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第一节含油气系统含油气系统的概念含油气系统的组成含油气系统的命名及分类含油气系统的研究

第二节盆地模拟盆地模拟概述埋藏史和沉降史模拟地热史和成熟史模拟生烃史和排烃史模拟运移聚集史模拟本章提纲2第一节含油气系统本章提纲49第一节含油气系统一、含油气系统的概念国外：1972：Dow，AAPG年会，论文摘要1974：Dow，AAPG杂志，论文全文，OilSystem1980：Perrodon，《石油地质动力学》，PetroleumSystem1984：Demaison，GenerativeBasin1984：Meissner等，HydrocarbonMachine1986：Ulmishek，IndependentPetroliferousSystem1987、1988、1989：Magoon，PetroleumSystem1990、1992、1994：Magoon&Dow，PetroleumSystem国内：成油系统、石油系统、油气系统、油气成藏系统、成油体系、石油体系等，复合含油气系统、复式含油气系统1、含油气系统概念的提出与发展3第一节含油气系统一、含油气系统的概念国外：国内：1、含502、含油气系统的定义

一个自然的烃类流体系统，其中包含活跃的烃源岩、所有与其相关的石油和天然气以及形成油气聚集所必需的地质要素和作用。

活跃烃源岩：包括目前可能已不再有效或已耗尽(油气已排出)的；

油气：包括聚集在一起的①在常规油气田、气水合物、致密气田、裂缝性页岩和煤中发现的热成因与生物成因气；②在自然界发现的凝析油、原油和沥青；

系统：相互依存的并制约油气成藏的各种地质要素、作用及其组合关系。Apetroleumsystemencompassesapodofactivesourcerockandallrelatedoilandgasandincludesalltheessentialelementsandprocessesneededforoilandgasaccumulationstoexist.Theessentialelementsarethesourcerock,reservoirrock,sealrock,andoverburdenrock,andtheprocessesincludetrapformationandthegeneration-migration-accumulationofpetroleum.Allessentialelementsmustbeplacedintimeandspacesuchthattheprocessesrequiredtoformapetroleumaccumulationcanoccur.——Magoon&Dow，199442、含油气系统的定义一个自然的烃类流体系统，其51二、含油气系统的组成基本组成：地质要素和成藏作用地质要素：烃源岩、储集层、盖层和上覆岩层；成藏作用：圈闭的形成和油气的生成－运移－聚集。①这些要素及作用必须要有适当的时空配置，才能使其有机的关联；②这些成藏作用有序的发生，最终形成油气聚集；③这些基本要素和成藏作用存在与发生的地方就是含油气系统所在的位置。5二、含油气系统的组成基本组成：地质要素和成藏作用52三、含油气系统的命名及分类1、含油气系统的命名（1）可靠性水平用于描述某一特定烃源岩生成的油气提供给油气聚集的可能性根据资料和研究程度，含油气系统可分为三个可靠性含油气系统可靠性水平的定义级别：已知的（Known）可能的（Hypothetical）推测的（Speculative）6三、含油气系统的命名及分类1、含油气系统的命名（1）可靠性53（2）含油气系统的名称含油气系统的名称包含了烃源岩、主要储集岩名称以及用符号表示的该系统的可靠性水平。例如：Deer－Boar(·)代表一个可能的含油气系统，它由泥盆系Deer页岩和Boar砂岩组成，其中Deer页岩为烃源岩，Boar砂岩为主要储集岩。7（2）含油气系统的名称含油气系统的名称包含了烃源岩、主要储542、含油气系统的分类（1）Perrodon（1984，1992）：（a）存在于大陆裂谷盆地中的大陆裂谷型含油气系统；（b）存在于克拉通盆地内部或大陆离散边缘盆地中的地台型含油气系统；（c）存在于挤压和活动边缘盆地中的，尤其是弧前盆地和前陆盆地前渊中的造山带型含油气系统。含油气系统的沉积盆地动力学分类82、含油气系统的分类（1）Perrodon（1984，1955（2）Magoon（1989，1992）：1989年，Magoon根据上覆岩层的复杂程度（单一的或混合的）、储集层岩性（硅质碎屑岩或碳酸盐岩）和干酪根类型（I型、III型或III型）对美国的含油气系统进行了分类。1992年，Magoon又根据烃源岩的地质年代对同样的含油气系统再次进行了分类。9（2）Magoon（1989，1992）：56（3）Magoon&Dow（1994）：根据导致烃源岩成烃的主控因素（热源）的不同将含油气系统划分为“典型的”与“非典型的”两大类。典型的含油气系统在关键时刻的三种平面图和剖面图非典型的含油气系统非典型的含油气系统则指油气是经过其它途径生成的，如火成岩侵入、大洋中脊与裂谷深部热流或生物作用等。典型的含油气系统是指由于上覆岩层的增加，致使烃源岩埋深增大并发生热成熟生烃作用而产生的油气系统。10（3）Magoon&Dow（1994）：典型的含油气57（4）Demaison&Huizinga（1991，1994）：根据油气充注程度（过充注、正常充注、欠充注）、运移排烃方式（垂向排烃、侧向排烃）与捕集方式（高阻抗、低阻抗）对含油气系统进行了分类。含油气系统成因分类流程图11（4）Demaison&Huizinga（1991，58（5）窦立荣等（1996）根据油气相态在纵向上的分布规律，将含油气系统分为含生物气系统、含油系统、含凝析油气系统和含干气系统。（6）赵文智等（1996）根据油气充注程度（超充注、正常充注、欠充注）、储盖组合（重叠式、侧变式、包裹式）、运移样式（垂向、侧向）、圈闭类型（高阻抗、低阻抗）与保存条件（无改造型、微弱改造型、强烈改造型）进行组合分类，共划分出108种基本类型。（7）宋建国和张光亚（1996）依据沉积盆地类型、演化及烃源岩形成的古地理、古气候条件等，将中国油气系统划分为古生界克拉通型、中－新生界前陆－陆内挠曲坳陷型和中－新生界裂谷－伸展坳陷型，共三大类五小类。12（5）窦立荣等（1996）根据油气相态在纵向上的分布规律59四、含油气系统的研究1、含油气系统的确定证实一个含油气系统的存在，其依据是有油气的存在，哪怕只有一股气或一滴油（体积小而丰度高）。一般而言，对任何地区，只要有富含有机质岩层的存在，且其被沉积埋藏到足以生成油气的深度，就应当存在含油气系统。含油气系统具有特定的地区、地层与时间范围，可通过关键时刻、展布范围、基本要素、持续时间、保存时间等参数来确定。13四、含油气系统的研究1、含油气系统的确定证实一个含油气系602、含油气系统的描述“四图一表”——Magoon&Dow（1994）（1）油气聚集统计表以表格型式列出与某一含油气系统有关的所有油气聚集及其相关资料在虚拟的Deer-Boar（·）含油气系统内的油气田142、含油气系统的描述“四图一表”——Magoon&D61（2）埋藏史图用以说明在特定地区的含油气系统形成的关键时刻、具体时间及基本地质要素Deer－Boar(·)含油气系统的埋藏史图15（2）埋藏史图Deer－Boar(·)含油气系统的埋62Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻（250Ma）的地质剖面图（3）剖面图用以显示油气系统形成关键时刻时各基本要素的几何分布，限定了含油气系统的地层展布范围16Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻（2563Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻的平面分布图一般根据成熟烃源岩及产自该烃源岩的油气显示、油气苗和油气聚集的展布范围来加以圈定。★★★★★★★★（4）平面图用以在平面上勾绘含油气系统在关键时刻的地理分布范围17Deer－Boar(·)含油气系统在关键时刻的平面64Deer－Boar(·)含油气系统事件图（5）含油气系统事件图用以说明各基本要素和各成藏作用间的时间关系、含油气系统的保存时间及关键时刻等18Deer－Boar(·)含油气系统事件图（5）含653、含油气系统的评价（1）油气充注能力没有油气生成，就没有含油气系统。对某一特定的含油气系统而言，其在一个区域的油气丰度主要取决于充注量（charge）的大小，该因素必须足够大，并能给系统内运移－捕集部分提供充足的油气量。因此，这一因素的重要性是显而易见的。Sluijk和Nederlof（1984）将油气充注量定义为圈闭空间可以捕集到的烃类体积，油气充注的体积则等于来自成熟生烃洼陷的油气体积减去排烃过程及二次运移过程油气损失的体积。193、含油气系统的评价（1）油气充注能力没有油气生成，就没66（2）含油气系统效率（GAE）通过计算某一含油气系统的油气生成聚集效率（Generation-accumulationefficiency，简称GAE）（某系统所发现的原始地质储量与其有效源岩生成的油气总量之百分比）来评价含油气系统的效率。通常认为，GAEs>10%为非常有效的含油气系统，1%－10%为中等有效的含油气系统，而<1%的则为低效的含油气系统。值得注意的是，产油最多的含油气系统其效率未必是最高的。20（2）含油气系统效率（GAE）通过计算某一含油气系统的油67（3）含油气系统规模Klemme（1994）根据可采储量的大小将含油气系统的规模分为四级：①超巨型含油气系统：>100×109bbl（油当量）；②巨型含油气系统：20×109－100×109bbl（油当量）；③大型含油气系统：5×109－20×109bbl（油当量）；④有效含油气系统：0.2×109－5×109bbl（油当量）。21（3）含油气系统规模Klemme（1994）根据可采储量68（4）含油气系统类型通常由可采油气储量计算的气/油比（GOR）（ft3/bbl）可以把含气系统与含油系统区别开来。一般地，把GOR大于20000（3562m3/m3）的系统称为天然气系统，位于5000­-20000（891-3562m3/m3）范围内的称为凝析油系统，而小于5000（891m3/m3）的则称为石油系统。22（4）含油气系统类型通常由可采油气储量计算的气/油比（G图或表要求的信息目的图确定系统中所包含的油气田位置；指明为油还是气；表明系统中包括的地表和地下油或气显示；表明油气运移方向及有效烃源岩的分布由围绕有效烃源岩及油气运移的外界所指示的关键时刻含油气系统的地理范围；有效烃源岩的名称；含油气系统埋藏史图的位置表列出含油气系统所有油气田；以地层为单位的圈闭类型，储集层名称、年代和岩性，以及盖层名称、时代和岩性所表示的发现储量和地层油气为质量平衡计算的地层油气；含地层油气百分比最高的储集层名称；在圈闭中最常见的盖层；平均GOR的油气区横剖面构造和地层信息；表明生油窗和生气窗；表明油气显示和聚集；标出关键时间；表明油气运移方向和通道确定关键时间含油气系统的地层范围；含油气系统的地理范围；表示的有效烃源岩；表示的上覆岩层；含油气系统埋藏史图位置埋藏史图钻井钻穿的地层单元；岩石单元的沉积时间、厚度、名称、岩性；现今热成熟度剖面；现今地温梯度；确定生油窗和生气窗时间与深度的计算机程序；表明含油气系统的基本要素由图中确定的含油气系统事件图信息；所示的含油气系统的基本要素；在关键时间横剖面上的生油窗和生气窗深度事件图含油气系统基本要素的年代；圈闭形成的开始和结束时期；油气生、运、聚的开始和结束时期；含油气系统的保存时间和关键时间含油气系统事件图是在一张图上概括系统的基本要素和作用以及保存时间和关键时间油-气对比关系地球化学证据，例如用整体性质、生物标志物和同位素资料来表示来自同样烃源岩的一个以上的油气聚集用与有效烃源岩和附近圈闭构造与地层一致的地球化学对比关系建立含油气系统的地理和地层范围油-源对比关系地球化学证据，例如生物标志物和同位素资料，可用来表示肯定是由特别烃源岩生成的油气用地质和地球化学证据建立的可靠性水平表明特别烃源岩排出一定油气的置信质量平衡计算TOC和烃源岩热解分析资料；烃源岩密度；有效烃源岩体积生成的油气量来确定含油气系统的油气生成-聚集效率（GAE）图或表要求的信息目的图确定系统中所包含的油气田位置；指明为油70一、盆地模拟概述第二节盆地模拟盆地模拟（basinmode1ing）简单讲：对沉积盆地内所有地质要素和作用过程进行定量模拟。具体讲：在现代油气地质理论的指导下，以计算机技术为主要手段，以一个独立的油气生聚单元为对象，基于油气地质的物理化学机理，经过地质建模、数学建模、软件研制、模拟技术和综合研究等阶段，在时空格架下定量模拟计算含油气盆地的形成、演化历史和油气的生成、运移、聚集过程与数量及位置等，为油气勘探实践服务。24一、盆地模拟概述第二节盆地模拟盆地模拟（basin71一个完整的盆地模拟系统由地史、热史、生烃史、排烃史和运移聚集史等5个模型（子系统）有机组成（石广仁，1994，1999）。五个子系统结构上相对独立，在系统内依次排列、彼此耦合。前置子系统是后续子系统的前提与条件，其对后续子系统的运行有制约与控制作用；后续子系统是前置子系统的延展与推进，对前置子系统的运行有反馈作用。25一个完整的盆地模拟系统由地史、热史、生烃史、排烃史和运移72（1）地史模型的功能：重建含油气盆地的沉积史与构造史，应考虑沉积压实、异常压力、剥蚀、沉积间断、断层等因素。该模型是盆地模拟的基础，其精度直接影响后面四个模型的精度。（2）热史模型的功能：重建含油气盆地的古热流史与古地温史。该模型是盆地模拟的关键，因为古地温史是烃类成熟度的最重要客观因素。（3）生烃史模型的功能：重建含油气盆地的烃类成熟史和生烃量史。该模型是盆地模拟的相当重要的部分，因为生烃量史是油气资源评价的重要组成部分。（4）排烃史模型的功能：重建含油气盆地的油气初次运移史。该模型是盆地模拟的“瓶颈”。（5）运聚史模型的功能：重建含油气盆地的油气二次运移史。该模型是盆地模拟的最重要的部分，因为油气运聚量史是油气资源评价的最重要结果与目标之一。26（1）地史模型的功能：重建含油气盆地的沉积史与构造史，应73盆地分析地质建模数学建模软件研制目标模拟地层分析、沉积体系分析、构造样式分析……地层格架、孔隙度变化规律、构造运动规律……回剥技术、平衡剖面技术、裂变径迹技术……埋藏史模块、构造演化史模块、热史模块……五史模拟、含油气系统分析、风险评价……注意：五个阶段之间顺序不可颠倒27盆地分析地质建模数学建模软件研制目标模拟地层分析、沉积体741、盆地分析盆地分析的任务是对全盆地的所有地质信息进行分析；主要分析对象包括构造背景、地层关系、沉积体系、构造样式、水动力类型、热状态及烃源岩特征等；目的是了解全盆地的地质要素和地质作用。2、地质建模地质模型就是在人们脑子中形成的地质概念。地质家通过对盆地大量地质资料进行实际观察、分析、归纳与综合后，对地质问题的认识从描述性提高到规律性，这个过程就是地质建模，这种地质规律即为地质模型。由于地质过程的复杂性，地质家建立的地质模型与实际地质情况往往有一定的出入，这种出入的大小与盆地的勘探程度有关，同时也与地质家的理论水平和实际工作经验有关。281、盆地分析753、数学建模将地质模型的物理特征用一系列的数字、符号来表征，并用合理的数学表达式来描述或逼近这些特征之间的定量关系，这个过程叫数学建模，这种合理的表达式就是数值模型。数值模型是对地质模型的高度抽象和概括，如果没有这种抽象和概括，就可能无法找到“合理”的表达式，即无法建立数值模型。但是，这种抽象和概括往往会导致一定误差，甚至是无法接受的或致命的误差。所以，在建立数值模型时，一定要作到“心中有数”，即哪些误差是允许的，哪些误差是不允许的。也就是说，只有那些既精通数学又精通地质理论的综合人才，才能建成合理的、可接受的数值模型。293、数学建模764、软件研制原则上讲，软件研制是计算机软件工程人员的任务。只要数值模型表达得清楚、正确，软件人员就能顺利地完成这项任务。在软件研制过程中，地质入员要提供地质参数，帮助测试软件，只有这样，才能高效、可靠地完成软件系统。5、目标模拟现场入员应用软件系统对研究区进行实际模拟，并用模拟结果分析盆地、区带，确定有利的勘探目标，这就是盆地模拟的最终目的。在盆地模拟的五个阶段中，盆地分析是基础，地质建模和数学建模是关键，软件研制是保证，目标模拟是目的。304、软件研制在盆地模拟的五个阶段中，盆地分析是基础，地77目前国际上流行的4套盆地动态数值模拟系统：PetroMod：由德国有机地球化学研究所研制，由PetroMod1D（PetroMod1D、PetroMod1DExpress）、PetroMod2D（PetroGen2D、PetroFlow2D）和PetroMod3D（PetroCharge、PetroGen3D、PetroFlow3D）等子系统组成（www.ies.de）；Basin2：由美国Illinois大学与政府实验室及阿莫科、阿科和雪佛龙公司等20个单位合作研制，侧重于沉积盆地内地下水流动地质演化历史的模拟恢复（）；Temispack：由法国国家石油研究院（IFP）研制，包括EasyDepth、Locace、Genex、Ceres2D、Temis2D及Temis3D等模拟系统（）；BasinMod：由美国PlatteRiver公司（PRA）研制，包括BasinMod1D、BasinMod2D、BasinFlow及Petroleumsystem、BasinRisk等子系统（）。OilandGasTrapswithHCmigrationOilandGasTrapswithHCmigrationandincludedfaultOilTraps,migration,andfetchareaswithincludedfault垂向渗透率vs.深度BasinMod31目前国际上流行的4套盆地动态数值模拟系统：Oiland78二、埋藏史和沉降史模拟

沉积埋藏史:是指盆地中的某一沉积单元或一系列单元自沉积开始至现今或某一地质时期的厚度和埋藏深度变化历史，通常由沉积埋藏史曲线表示。埋藏史恢复可用正演和反演两种方法，其中正演是指在已知初始状态的前提下，按一定的动力学或运动学机制再现其历史演化过程，即从古至今模拟沉积物埋藏过程；反演则是从现今状态出发，按一定的动力学或运动学机制恢复出沉积物在不同历史时期中的状态，即由今溯古恢复沉积物埋藏历史。地层压实校正模型不整合处理模型32二、埋藏史和沉降史模拟沉积埋藏史:是指盆地中的某79地层压实校正模型压实校正是指把某一地层单元的现今实测厚度恢复到沉积时或埋藏中途某一时刻的厚度。（1）回剥技术（反演）：基于沉积物在压实过程中，地层骨架体积和横向宽度始终保持不变（除非遭受抬升剥蚀和断层等事件），地层体积的变小由孔隙流体排出、孔隙度变小所致，且假设地层压实程度由埋深所决定，在埋深不超过最大古埋深时，地层压实程度保持不变。（2）超压技术（正演）：从地层开始沉积埋藏开始，计算一个地层的古超压史，同时算出其古厚度史，直到现今。33地压实校正是指把某一地层单元的现今实测厚度恢复到沉积时或80不整合处理模型对不整合的假设与处理影响到不整合面下各地层单元达到最大古埋深的时间与深度及其孔隙度和古厚度的演化途径。VanHinte(1978)认为，至少有三种方法可模拟不整合1.示沉积间断，其间并无剥蚀发生，取界面上、下沉积岩的绝对年龄算出沉积间断的时限即可；2.示有剥蚀发生的不整合，该时限内一半是沉积期，一半是剥蚀期；3.该时限内被剥蚀的沉积岩的沉积速率等于不整合面以下岩层的沉积速率，而剥蚀速率等于不整合面以上岩层的沉积速率。34不对不整合的假设与处理影响到不整合面下各地层单元达到最大813582盆地之所以能形成，是由于存在基底的沉降。因此，构造沉降史是盆地模拟中不可或缺的。根据引起沉积盆地沉降的主要机制，构造沉降史模拟具有以下三种模型（1）局部均衡模型：基于阿基米德原理，认为岩石圈没有任何弹性，各个沉积柱间相互独