石油地质动力学的内涵与展望

石油地质动力学的本质特征是在现代地质理论基础之上，应用数学、物理学、化学和生物学等理论和方法，借助先进的计算机和实验测试、模拟技术，定量地研究沉积盆地油气生、运、储、聚和保的机制、速率和过程。石油地质动力学研究的核心问题有两个：一是沉降作用，二是流体压力系统形成与演化，成藏动力是石油地质动力学研究的纽带。石油地质动力学现行研究方法可分为盆地动力学、石油地质动力学（狭义）和地质作用过程动力学，重点介绍了成岩过程动力学的研究方法及当今研究的前沿领域，即热流体与有机／无机成岩作用。最后，笔者展望了石油地质动力学研究在我国那些具有多旋回叠合性含油气盆地的发展和应用前景。     

地质流体热力学性质的蒙特卡罗模拟

地质流体的热力学性质对研究它们在各种地质作用中的地球化学行为起着十分重要的作用。研究地质流体的传统方法有实验方法和经验、半经验模型方法。这些方法的应用范围一般只能涵盖整个地球温压条件中极为有限的区间。新兴的计算机模拟提供了研究地质流体的第三条途径 ,即通过“计算机实验”的方法 ,模拟极限温压条件下地质流体系统的热力学特性和微观性质。与传统方法相比它有优越性 ,且越来越受到地球化学家们的重视。蒙特卡罗法是流体计算机模拟的主要方法和手段之一 ,吉布斯系综法的提出 ,又显示出用蒙特卡罗法在研究物质相平衡和相变特性方面特有的能力。近来 ,人们把蒙特卡罗法应用于地质流体的研究 ,已取得了一些可喜的成果。但是 ,目前在地质研究中蒙特卡罗模拟大部分还局限于相对简单的系统 ,对于成分较复杂的系统 (特别是含水混合物 )的研究还有许多工作要做     

假想变位法模拟构造应力场的理论与实践

把变形地质体作为弹塑性体,用增量理论计算变形地质体内应力和应变的分布是假想变位法的理论基础。用假想变位法模拟构造形成时变形地质体的物理边界条件,代替历来人为假设物理边界条件的方法,尽量减少人为因素,提高了模拟实验结果的可信性。 把这一方法应用到日本佐渡金矿控矿断裂形成机制的研究中,对控矿断裂成因的地质推断得到了理论验证。     

利用正演模拟技术识别断层解释中的假象

１　引言地震波在个别地段地质介质中传播具有某些特殊性,使观测到的波场发生畸变,从而使地震时间剖面与实际地质情况差异较大,这就增加了从实测资料中提取可靠信息的难度,往往容易把假象当真实,从而落入解释陷阱。把正演模拟合成地震记录与野外实测记录对比,可使地震资料的地质解释更为可靠。由于地震反演过程的不确定性,地震资料解释的结论往往不是唯一的,因此需要根据已知的测井资料或地质资料,按照可能的地层岩性组合假设地层厚度、密度和速度,建立一种地质模型并做出相应的理论地震记录道（正演模拟）。用这种理论的地震记录…     

裂隙网络生成的随机模拟研究

网络裂隙介质的刻画是水文地质研究领域最具挑战性的难题之一。介绍布尔模拟和多点地质统计两种生成裂隙网络的随机模拟方法基础上,分别利用布尔模拟和多点地质统计方法对某一典型裂隙介质网络进行随机模拟,并通过与真实裂隙场的迹长、走向等几何参数的对比评价其模拟精度。结果表明,两种随机方法都能实现对裂隙结构特征的近似刻画,其模拟误差均在10%以内。相对来说,布尔模拟对裂隙迹长的模拟精度更高,多点地质统计模拟对裂隙走向的模拟效果更好。同时,布尔模拟较多点地质统计模拟对裂隙的已知数据要求更高。裂隙网络的随机模拟为准确刻画裂隙介质中的地下水流运动及污染物运移提供了现实可能性。     

地球内部熔/流体的分子模拟:进展与展望

目前对超临界地质流体的形成条件、成分、结构和物理化学性质的认识还不是特别清晰,分子模拟作为一种方兴未艾的理论研究手段,正在被广泛应用于地球科学领域。本文简述了目前采用分子模拟研究硅酸盐熔体、含水硅酸盐熔体、富水流体以及超临界地质流体所取得的主要成果,侧重讨论分子模拟方法在其中的应用,为超临界地质流体的计算模拟研究提供帮助,并展望了超临界地质流体分子模拟可能遇到的挑战和发展趋势。已有研究结果表明,不同分子模拟方法各有优缺点,相对于精度较低的经典分子动力学方法而言,采用一般泛函的第一性原理方法加上色散校正之后,可以满足目前对超临界地质流体研究的精度需要。另外,机器学习和第一性原理方法结合,以及建立相关热力学模型将是推进与超临界地质流体相关研究的有效途径。     

沉积盆地流体运移研究的某些进展

文章指出,直接深入盆地流体领域和发展应用多种定量方法,是当前油气运移研究的两个主要特点。在与多种学科交叉结合中,流体运移研究取得了长足的进展,呈现出多样的发展方向。地球化学方法为油气运移遗迹的观察获得了可喜的成果。孔隙压力和有效应力定律的应用已极大地改观了和更新了石油地质学科的面貌。异常地层压力的研究及随之而来的超压常的普遍发现,使人们逐渐认识了有重大石油地质意义的一种地质物理界面。哈伯特地下流体力学原理的再认识和新发展为油气运移研究提供了科学理论基础和指导实用的方法。而集前述各种现代理论之大成而发展起来的油气运移定量模拟方法,为研究油气藏形成的动态过程及资源定量评价展示了诱人的前景。     

镁同位素在“白云岩问题”研究中的应用及进展

困扰几代地质学家的"白云岩问题"不仅是重要的基础地质问题,而且与油气勘探开发实践密切相关。传统岩石学、地球化学研究手段在白云岩成因研究中起了重要作用,但均不能对其形成过程及Mg离子来源提供很好的约束。作为一种新兴的非传统稳定同位素,镁(Mg)同位素已经在白云岩问题研究领域受到了广泛关注。随着Mg同位素地球化学体系研究的不断深入,目前已经积累了大量不同时代、不同类型白云岩的Mg同位素数据。此外,通过理论计算、模拟实验与实际观测等方法,对白云岩(石)形成过程中的Mg同位素分馏研究已取得较大进展,为Mg同位素在白云岩问题研究中的应用奠定了坚实的理论基础。理论计算、实验模拟和实际观测的Mg同位素分馏存在较大差异,造成这种差异的原因一方面可能是模拟或实际观测的Mg同位素分馏未达到平衡,另一方面可能是实际白云岩的形成过程与理论过程不同。由于直接根据Mg同位素值判断白云岩成因存在较大难度,基于典型的白云石化地质模式,最新的研究建立了两个Mg同位素地球化学数值模型(DAR模型、AF模型),用于模拟不同白云石化过程中的Mg同位素变化,可对白云石化过程及Mg离子来源进行定量-半定量研究。其中DAR模型用于模拟海水白云石化过程的Mg同位素地球化学特征,而AF模型用于模拟流动水体白云石化过程的Mg同位素地球化学特征。通过这两个模型可以示踪白云岩的Mg离子来源并区分不同白云石化过程。尽管目前已建立的Mg同位素地球化学模型总体框架正确,但在适用范围和参数设置等方面存在一定不足,仍需要在后期研究中不断完善。     

我院大腔体固体介质岩石高温高压三轴实验系统建成

变质地质学所要研究的中心任务是要探求在高温高压环境下地质作用过程以及演化规律。这包括组成中下部地壳岩石的形成与转变,也包括与其相伴形成的成矿作用过程。当人们把高温高压技术应用到变质岩石、矿物的变形实验研究、以及金属材料实验、金属物理学理论的渗透和结合时,即把变     

撞击坑数值模拟中状态方程替代原则及误差分析

撞击坑是太阳系内大多数类地行星表面的一种重要地质过程,文中介绍了撞击坑形成的机制和撞击坑研究中的数值模拟方法。首先介绍模拟撞击成坑过程的基本理论与策略,着重指出状态方程在数值模拟中具有重要作用。然而,相对于客观世界物质复杂多样,在撞击坑数值模拟中仅有少数物质的状态方程,因此在研究中不可避免地使用其他物质的状态方程进行替换。详细阐述了状态方程替换的概念和原则,即它们的雨贡纽曲线必须相似。其次进一步从理论上分析这种替代过程对物理属性以及溅射速度的影响。最后,开展两个小型撞击坑的数值模拟,靶区分别使用花岗岩和石英岩,模拟结果显示了两次模拟中的峰值压力、温度以及密度的相似性和差异性。这种分析能够有助于行星科学领域的研究,尤其是在目前从月球、火星以及其他星体正在获取越来越多数据的阶段。     

尾矿库溃坝运动特征模拟研究

尾矿库是一个具有高势能的人造危险源,一旦溃坝,将严重威胁下游人民生命财产安全和生态环境保护。由于尾矿库溃坝因素和条件的复杂性,以及溃坝体在下游沟道或场地运动及滞留特征的不确定性,导致尾矿库溃坝后的运动特征预测成为一个难点。本文基于连续介质和非连续介质力学理论,考虑当前流固耦合数值模拟能力和特征,运用Massflow和PFC3D软件,结合无人机精细测量、现场调查和验证分析等手段,开展了多手段相结合的尾矿库溃坝运动特征模拟研究。研究发现,基于PFC3D和Massflow两种数值方法模拟溃坝后的尾矿砂运动过程有所不同。Massflow模拟结果显示,大部分尾砂体沿着尾矿库下游的曲折沟道运移,在沟谷与张唐铁路交汇的涵洞处堆积;而PFC3D模拟结果显示,尾矿库溃坝后大部分尾矿砂沿着尾矿库主体朝向溃决漫流,少部分进入其下游曲折沟道。研究认为,考虑地质体和运动过程的不确定性,对于尾矿库溃坝的运动特征模拟宜结合两种不同理论基础的模拟方法,并结合实际尾矿库情况进行综合分析预测。     

矿床地球化学研究方法讨论会在北京召开

中国地质科学院矿床地质研究所主办的《矿床地球化学研究方法讨论会》于1985年12月1日至14日在北京召开。会议交流了现代矿床地球化学研究方法,介绍了国际研究现状和发展趋势;地球化学平衡和地球化学过程研究的新途径;国内外成功实例解释;处理地球化学信息的新方法;自然观察、实验模拟和计算机模拟的结合。会议还讨论了理论研究在成矿预测中的重要意义。会     

多物源条件下的储层地质建模方法

濮城沙三中油藏具有两个主物源,分别为NE向与SE向。油藏数值模拟需要在一套地质网格中对其进行模拟。经典的地质统计学利用变差函数描述区域化变量的空间几何结构特性。变差函数的计算是基于两点进行统计的,对其描述主要涉及方位角、变程、块金值和基台值。为了在一套模拟网格中模拟出多个物源条件下储层的分布特征,必须在不同的位置设置不同的变差函数参数。文中给出了两种方法实现这一目的:一是采用人为分区,把不同物源影响的区域分成不同的区块,分别对不同的区块设置不同的变差函数参数;二是采用变方位角,即根据不同的位置设置不同的变差函数方位角。这两种方法都实现了在一套网格中模拟具有多个物源方向的储层分布,更真实地再现了储层的空间展布特征。     

成矿理论的预测能力及其改善途径

成矿理论预测能力决定了成矿理论的价值及其对找矿勘查的贡献。通过分析成矿理论预测能力的历史和现状,探讨了制约成矿理论预测能力的因素,并针对这些因素提出促使成矿理论预测能力提高的途径。成矿系统的复杂性和研究方法上的不足,使得应用成矿理论进行成矿预测时,既没有能完全把握成矿的本质过程及控制矿体定位的关键因素,也没能弄清勘查区域的地质特征与地质过程,还进行了条件并不充分的不严格推理,从而使得当前成矿理论的预测能力并不高。从历史的变化规律来看,任何一种成矿理论经过一段时间应用后,其预测能力是逐渐下降的;针对某一特定矿床建立的成矿模式的预测能力要比根据某一类矿床的共同特征而建立的成矿理论低得多,区域成矿的理论预测远比矿床(体)预测容易。针对创造和应用成矿理论的不足,提高成矿预测能力的途径主要有:(1)不盲目追求高新技术和新奇理论,扎扎实实做好基础地质工作;(2)发展地球信息探测技术,在更大的范围更准确地探测地球信息;(3)创新地壳构造理论,更加准确推测地壳构造时空演化特征;(4)以整体论方法研究成矿理论系统,揭示成矿作用的复杂性规律;(5)去掉多余假设,使理论的内核尽可能简单化;(6)发展地质动力学计算模拟,通过计算模拟更深入了解成矿及相关地质系统;(7)发展多源信息三维空间集成技术,实现推理计算化。     

沉积数值模拟研究现状及实例

沉积数值模拟是开展沉积学定量研究的重要手段,在油气地质学、水利工程等领域中发挥着重要作用。本文基于大量国内外文献调研,结合实际研究工作,系统概述了沉积数值模拟的发展历程及模型分类,归纳了几何规则、水动力方程、扩散方程、元胞自动机和模糊逻辑等5种模拟方法,对比各种方法的基本原理、优缺点以及与其相对应的代表性模拟软件的特点;总结了沉积数值模拟在层序地层学,沉积过程及沉积机理,“源-汇”系统和油气地质学等4个研究领域中的应用现状及独特优势;并结合东营凹陷北部陡坡带断层控制背景下两种湖相重力流沉积数值模拟研究实例,进一步说明了沉积数值模拟在沉积学研究中的有效性与重要性;最后展望了探索不同沉积机制数值模拟新方法,多地质过程耦合数值模拟与地质几何建模一体化,基于人工智能驱动的沉积过程反演数值模拟以及在非常规油气资源勘探开发中深入应用是该领域未来的发展方向。     

●●以下文章网络预出版（在线出版）于2022年12月20日，预计刊于《地质论评》2023年第69卷第1期(2023年1月15日发行纸质版）或2023年第69卷第2期（2023年3月15日发行纸质版）

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：① 高压釜实验;② 热液金刚石压腔—激光拉曼实验;③ 熔融毛细硅管—激光拉曼实验;④ 计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到（半）开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

铅锌富集机制实验研究方法综述

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：(1)高压釜实验;(2)热液金刚石压腔—激光拉曼实验;(3)熔融毛细硅管—激光拉曼实验;(4)计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到(半)开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

沉积盆地热史研究方法

沉积盆地的热量有两种来源──基底传导热量和放射性产热．盆地热史分析就是要再现盆地内各沉积层序的地温演变过程．热史研究方法主要有钻孔测温法、模拟计算法和地质温度计法．本文介绍模拟计算法在克拉通盆地、拗拉槽盆地和大陆边缘盆地的应用实例；讨论了地质温度计法中的有机质成熟度指标法以及伊──蒙转变率法．气液包裹体法、热年代学方法和裂变径迹法．     

二维高密度电阻率法数值模拟与应用

高密度电阻率法作为工程勘察领域广泛使用的勘察方法之一,与传统电阻率法相比,具有效率高、信息丰富等优点。本文首先从高密度电法原理出发,介绍了两种常见的装置（温施装置和温纳装置）的特点。然后依据实测资料建立了地电理论模型,并通过理论正反演数值模拟,分析了两种装置下模型的电性响应特征,并与实际资料与进行了比较,进而进行地层分层和地质解释。结果表明,温施装置进行地质分层效果更佳,通过高密度电法正演模拟指导反演可提高地层分层和地质解释的精度。     

地质找矿与环境质量评价方法探讨

把地质找矿方法与环境质量评价方法有机地统一起来是新兴的环境地质统计学重要的研究内容。本文着重阐述把这两种方法统一起来的可能性和必要性及其实际应用的前景。