计算流体地球化学研究的进展

成矿作用的化学机理可以通过实验和计算机模拟进行研究。随着计算机运算能力的不断增强 ,在地球化学中正在形成一门新兴学科———计算地球化学。其中热质输运模拟、化学质量迁移数值模拟和流体输运化学反应耦合动力学研究取得了显著进展。建立在Darcy定律和守恒方程基础上的多孔介质热质输运模拟通过流函数图、等温线图及速率矢量图等 ,从古水文学和流体地球化学方面高度动态研究成矿作用。根据化学和热力学原理进行的化学质量迁移数值模拟则通过矿物和流体中化学物种的热力学数据 ,预测多组分体系中发生的流体岩石相互作用 ,定量揭示经历了复杂化学反应进程的成矿作用的化学行为。将上述两方面结合的流体输运化学反应耦合动力学 ,可以从时间和空间上模拟真实成矿流体系统复杂的动力学行为 ,是计算流体地球化学的发展方向。     

计算机流体地球化学研究的进展

成矿作用的化学机理可以通过实验和计算机模拟进行研究,随着计算运算能力的不断增强,在地球化学中正在形成一门新兴学科－计算地球化学。其中热质输运模拟、化学质量迁移数值模拟和流体输运－化学反应耦合动力学研究取为著进展,建立在Ｄａｒｃｙ定律和守恒方程基础上的多孔介质热质输运模拟通过流函数图、等温线图及速率矢量图等,从古水文学和流体地球化不方面高度动态研究成矿作用,根据化学和热力学原理进行的化学质量迁移数值模拟则通过矿物和流体中化学物种的热力学数据,预测多组分体系中发生的流体－岩石相互作用,定量揭示经历了复杂化学反应进程的成矿作用的化学行为。将上述两方面结合的流体输运－化学反应耦合动力学,可以从时间和空间上模拟真实成矿流体系统复杂的动力学行为,是计算流体地球化学的发展方向。     

库车坳陷迪那2构造油气运聚模拟实验

为了研究油气运聚过程, 以迪那2构造为地质模型, 在构造特征、储盖组合、油气来源分析的基础上建立油气运聚过程物理模拟的二维实验模型.通过模拟实验, 揭示: (1)断层是迪那2构造中油气运移的主要通道; (2)泄压区是油气运移的有利指向区; (3)毛管力及浮力在渗透性相近的砂岩中起重要作用; (4)油气总是选择优势通道运移, 在沿断层运移的同时, 也向两侧砂体中扩散; (5)油驱水之后的气驱油运移通道具有继承性的特点.      

东营凹陷流体动力系统研究

根据东营凹陷地层孔隙流体的压力、盐度以及运移动力和流动样式,划分出3个流体动力系统:静水压力-低压淡水流体动力系统、静水压力低盐度流体动力系统、超压高-中盐度流体动力系统.超压高-中盐度流体动力系统以有效烃源岩、流体超压和盐度较高[ρ(TDS)≥35 g/L]为特征,压力驱动为主导;静水压力低盐度流体动力系统以常压、低盐度[ρ(TDS)=10～＜35 g/L]流体、运移通道和储层特别发育为特征,运移动力为盐度差和浮力;静水压力-低压淡水流体动力系统以静水压力-低压、淡水为特征,运移动力以浮力和重力为主.     

热场中流体运移直观模拟实验及其地质意义(摘要)

热场中流体运移直观模拟实验及其地质意义（摘要）陈家清罗文积（西北工业学校天水７４１０２５）花岗岩接触带成矿具有重要意义，多源成矿已为人们普遍认同，然而，围岩成矿物质由何方进入仍存在分岐，除传统的由热中心向外运移外，是否还存在由围岩向热中心方向的内向运...     

莺歌海盆地东方1-1底辟区深部热流体穿层的热应力及其效应

东方1 - 1底辟区的热流体活动相当强烈和频繁.深部热流体的穿层上涌产生热应力造成了局部的应力场状况的变化, 形成了特征性的构造和断裂系统, 水力破裂、热流体拱张形成褶皱和局部破裂等, 这些褶皱和断裂共同构成了底辟带热流体活动中垂向输导的主要通道之一.由于热流体穿层活动不仅携带了大量的烃类气和CO₂等非烃气, 而且具极强的热力作用, 引起了强烈的热异常, 导致所穿入的浅部地层中的热力学参数, 如粘土矿物的演化、储层中流体包裹体以及岩石所含有机质的镜质体反射率等发生一系列的异常变化, 致使底辟作用前后底辟体内部及其围岩的特征具有非常显著的差别.本次研究对热流体穿层所引起的热应力效应和温度异常采用Field模型进行了定量动力学模拟, 结果显示应力场和温度场的分布随着时间不断向上迁移, 使各小断裂和裂隙连通形成流体的良好的垂向运移通道, 在热流体活动的通道附近热应力的影响十分明显, 致使局部应力急剧增高      

影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件

热解生烃实验是研究油气生成机理与定量评价烃源岩生烃潜力的重要方法.烃源岩热解生烃模拟结果不仅与温度、压力和时间等因素有关,而且与地层孔隙水及压实成岩作用等地质因素密切相关.采用高压流体和高压釜(低压水蒸气)两种生烃热模拟方法对低成熟海相二叠统大隆组(P₂d)黑色泥岩进行了热解生烃实验模拟.对比分析两组实验结果表明地层孔隙热解实验有利于液态油的生成,不利于液态油向气态烃的转化,并极大地提高了干酪根的生油气潜力,显示了高压液态水、流体压力和孔隙空间等地质因素对烃源岩中有机质热成熟生烃反应的重要影响.这种影响可能与高压液态水的近临界特性有关,近临界特性地层水的参与改变了干酪根热力生烃反应的物理化学行为.推断在实际地质温压(100~200 ℃,30~120 MPa)条件下,烃源岩孔隙中的地层水是一种相对低温高压液态水,具有水的近临界物理化学特性,因此高压流体生烃热模拟实验与实际地层情况更为接近,能更有效地评价烃源岩生烃潜力.      

中低温氯化钠水溶液活度系数、密度、蒸汽压等热力学性质的精确预测

水和氯化钠是许多地质流体体系最主要的组分,例如盆地卤水、热液成矿流体等(Roedder,1984;Schmidt和Bodnar,2000).H_2O-NaCl体系的活度系数、密度、蒸汽压等热力学性质对于油气田盐水包裹体和热液矿床流体包裹体分析(刘斌和沈昆,1999;卢焕章等,2004)、CO_2地质储存、水-岩反应(地质流体的反应-输运模拟等)等研究有着重要的价值.     

石油初次运移动力学模型研究及其应用

烃源岩中生成的油气经过初次运移, 进入到储集层, 其本质应该是一个动力学过程。前人对于油气初次运移动力学有一定的研究, 但是定量研究较少。本文以烃源岩中石油初次运移为研究对象, 建立下生、上储型排烃地质模型, 从微观动力学的角度对即将进入储集层的游离相石油进行力学分析, 认为烃源岩中的石油发生初次运移进入储集层是一个动力和阻力的力学非平衡过程, 运移动力包括烃源岩地层压力和烃源岩层毛细管力, 运移阻力包括储集层地层压力、储集层毛细管力和内摩擦力。当动力大于阻力时, 石油发生初次运移; 当动力与阻力相等时, 对应着石油初次运移的临界状态; 当动力小于阻力时, 石油不能发生初次运移。因此, 可以通过对比石油初次运移动力和阻力的大小定量地预测石油初次运移充注窗口。本文将建立的石油初次运移力学模型应用到安塞油田长6段油藏, 定量地预测了石油初次运移充注窗口, 为进一步的油气勘探提供依据。     

剥蚀减压过程中的砂体回弹作用及其成藏效应研究综述

众多的实例研究表明,地层抬升剥蚀与地层低压的发育存在明显的正相关关系.地层抬升剥蚀过程中发生的物理变化,如流体向下倾方向泄漏、流体因温度降低而收缩,下伏砂体因卸载而回弹都倾向于形成地层低压.物理模拟实验结果表明砂体回弹量最大可超过1%,它对地层低压形成的贡献远远大于其他因素,砂体回弹泵吸抽拉成藏是一种新的成藏机理.要深入探讨砂体回弹对油气成藏的贡献,还必须开展以下工作:①弄清砂岩和泥岩回弹量的差异性;②建立岩石回弹和地层压力变化的直接定量关系;③研究低压形成过程中的油水运移状态;④定量评价砂体回弹对油气成藏的贡献.物理模拟实验将是开展这些工作不可或缺的手段.     

与盐构造相关的流体流动和油气运聚

盐构造的形成必然伴随着流体的活动 ,盐构造和流体构成了一个有机的反馈系统。含盐盆地中主要的流体类型有含盐热流体、烃类流体、富金属热流体及同生水和大气水等。盐构造在流体流动中起着重要的作用 :( 1)改造流体动力系统 ,包括密度驱动和超压驱动 ;( 2 )提供复杂的流体流动的通道网络 ,主要由盐丘上部的地堑式断裂簇和流体底辟通道、盐体 /围岩接触断裂等构成 ;( 3 )规定流体流动域———特定的流体赋存的特定的空间 ;( 4 )捕获流体共同运动。对于油气而言 ,盐构造既提供了油气运移的驱动力和运移通道 ,又提供了丰富的圈闭。在此基础上文中概括了盐构造、流体流动及油气运移和聚集相互关系的模式。地震剖面上的特征反射、岩心中的脉体、流体包裹体以及流体的理、化参数的空间变化等 ,可以帮助示踪与盐构造相关流体的流动路径 ,追溯流体流动的历史 ,认识油气成藏的过程。     

论油气成藏流体动力系统

提出了油气成藏流体动力系统的概念和重力驱动型、压实驱动型、流体封存及滞流型油气成藏流体动力学系统类型的划分方案。流体动力系统类型的确定从盆地演化史分析和流体动力特征分析两方面来进行。油气成藏主要驱动力的相对重要性在重力驱动型、压实驱动型、流体封存型系统中不同,浮力在３类系统中都重要,水动力只在前两类中重要,而热力仅在第三类中发挥重要作用,地应力在第一和第三类系统中重要。油气成藏流体动力系统研究对油     

论成藏动力系统中的流体动力学机制

介绍了成藏动力系统中流体的 3个来源 ,即沉积流体、自源流体和深源流体 ;推动流体运动的五种动力 ,即盆地深部的热动力、自源动力、重力流、浮力和毛细管力叠加产生的作用力、构造动力。分析了在成藏动力系统中这几种动力的作用机制。指出深部热动力控制了成藏动力系统的温压场和成藏作用的时空展布 ,沉积盆地中自源动力控制烃源岩生排烃过程 ,而油气在自源动力的压实流、重力流、浮力以及毛细管阻力叠加形成的流体势控制下进行二次运移、聚集和成藏。构造动力既是圈闭形成分布和油气运移聚集的控制因素 ,又是导致油气藏破坏、油气再次运移、聚集的重要作用力     

构造应力作用下流体运动的动力学分析——构造流体动力学

本文从流体动力学的基本规律出发,应用渗流力学、岩土力学及弹性力学的理论及方法,推导出了考虑应力状态的可变形介质中流体运动的动力学方程,由该方程可以看出：应力状态是影响流体运动的一个非常重要的因素,它通过３种方式来影响流体的运动,其一是：应力的作用改变介质的渗透性能,从而影响流体运动;其二是：平均正应力的变化速率影响介质的含流体能力,它以源汇项的形式反映在方程中;其三是：应力的作用影响流场的初始状态及边界状态,通过影响定解条件反映在动力学方程中,从而影响运动特征。构造应力场对流体运动的最终影响是这３方面作用     

致密砂岩储层与常规砂岩储层成藏动力学特征的差异性:以松辽盆地北部三肇地区扶余油层砂岩储层为例

为了研究三肇地区扶余油层砂岩储层特征,采用三维CT扫描技术和恒速压汞技术,对储层微观孔喉结构特征进行表征。结果表明,常规砂岩储层的孔喉大量发育,连通性好,为微米级孔喉。致密砂岩储层孔喉非均质性强,孤立零散分布,连通性差,以纳米级孔喉为主。微观孔喉特征的差异决定了油气充注、运移、聚集及渗流机理等成藏动力学特征具有差异性。通过对该区扶余油层砂岩储层的高压压汞实验、浮力与毛细管阻力公式计算及岩芯流动实验进行分析,认为油气在常规砂岩储层中初次运移动力是超压,二次运移及聚集的主要动力是浮力,油气以侧向运移为主,断层和砂体的匹配是主要的运移通道,流体流动状态呈达西渗流规律;油气在致密砂岩储层中运移动力为超压,油气以垂向运移为主,流体呈低速非达西渗流现象,以活塞-推挤的方式聚集。由于常规和致密油藏成藏动力学特征的差异,决定了油藏地质特征及分布的差异。三肇地区常规油藏主要是远距离、构造高部位聚集,上油下水规律明显,受构造控制;致密油藏主要是近距离、源下聚集,"甜点区"富集,圈闭边界不明显。     

底辟区构造分析及热流体运移模拟——以莺歌海盆地DF1-1为例

在DF11浅层所发现的与底辟有关的含气构造中 ,天然气的运聚、分布与底辟区的断裂系统和超压 (热 )流体的活动有着密切的联系 ,超压流体的活动不仅为油气的运聚提供了驱动力 ,而且其产生的断裂系统为油气的运移提供了输导路径。文中在分析底辟构造特征的基础上 ,依据连续介质理论 ,采用有限元计算法 ,将固体应力场与流体压力场有机地结合起来 ,对DF11底辟区流体的驱移作用进行模拟。结果显示 :底辟作用引起的应力场决定了底辟区油气沿主要断裂系走向运移的总趋势 ,以底辟体的两侧向其中心运移、自底辟体向上运移为主。热应力控制局部应力场状况及油气运移方向 ,并合理地解释了油气从温度较高的地区向周围温度较低的地区运移的事实 ,其影响力的大小取决于温度应力与构造应力之间的比值     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000788

This paper presents numerical investigation on the ore-forming fluid migration driven by tectonic deformation and thermally-induced buoyancy force in the Chanziping ore district in South China. A series of numerical scenarios are considered to examine the effect of meteoric water precipitation, the dip angle of the faults, unconformity surface, and thermal input on the ore genesis. Our computations reveal that the downward basinal fluid flow driven by extensional stress mixes with the upward basal fluid driven by the thermal input from depth at the junction of two faults at a temperature of about 200 C, triggering the precipitation of the Chanziping uranium deposit.     

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组含油气流体活动期次与石油充注史

利用显微荧光与包裹体显微测温技术,并结合烃源岩生排烃史分析,探讨了鄂尔多斯盆地陇东地区延长组含油气流体活动期次及石油充注历史。结果表明：陇东地区延长组烃源岩开始排烃的时期为早白垩世早期（约133 Ma）,主要存在两期含油气流体活动,第一期含油气流体活动发生在早白垩世主力源岩排烃期间（133~100 Ma）,第二期含油气流体活动发生在晚白垩世构造抬升期间（100~70 Ma）。早白垩世期间石油的充注表现为充注强弱程度不同的连续过程,晚白垩世以来生烃停止导致石油的充注与运移逐渐减弱并在晚白垩世末期基本停止。     

碎屑岩输导层内油气运聚非均一性的定量分析

油气在以连通孔隙为流体储、流空间的碎屑岩输导层中的运移具明显的非均一性。在实际盆地中,输导层往往是非均质的,在宏观上表现为岩性、岩相在盆地范围内的频繁变化,在微观上则主要受粒度大小、胶结物含量、成岩作用等的影响。利用BasinMod所做的定量模拟试验发现,即便在宏观均质孔隙介质中,油气运移的动力也往往是非均一的,表现为受控于构造形态的空间变化。在非均质输导层中,运移动力的非均一性与所处的地质背景有关:在毛细管力梯度小于浮力梯度时,流体势的梯度方向与浮力梯度方向相同,油气运移仍沿浮力降低的方向进行;当毛细管力梯度大于浮力梯度情况下,流体势梯度方向发生改变,岩性变化带成为油气运移的封挡层。将数值模拟分析的认识应用于准噶尔盆地腹部侏罗系三工河组,在假设输导层侧向延伸性良好的条件下,分析了输导层油气运移路线,认为石西1井区、盆4井区及陆1井区等构造高部位为重要的油气运移指向区。     

油气初次运移理论新探

应用渗流力学的基本原理,研究油气初次运移的机制问题。研究认为,油气的初次运移是以连续相、而不是以溶液相和扩散相的形式进行的;油气初次运移的动力是浮力,因而初次运移的方向是向上的;油气初次运移所需的时间与源岩的渗透能力有关,与油气的粘度有关,还与源岩的厚度有关;油气藏的异常高压是一种暂时的压力状态,气藏的异常高压多于油藏,新生油气藏多于古油气藏;油气初次运移的通道就是源岩的粒间孔隙,源岩的非均质性和微裂缝对油气初次运移十分不利,因形成微油气藏而降低油气运移效率;源岩的厚度越大,越有利于油气聚集;“倒灌”现象是不存在的,缺少基本的动力驱动,基岩油气藏的形成是二次运移过程中侧向运移的结果。初次运移与二次运移具有相同的动力机制、运移相态和运移方向,因而两者是完全统一的。