石油地质动力学的内涵与展望

摘 要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写验测试、模拟技术,定量地研究沉积盆地油气生、运、储、聚和保的机制、速率知过程.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完的前沿领域,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叠合性含油气盆地的发展和应用前景.

关 键 词石油地质动力学层次与方法成岩过程

1石油地质动力学的基本内涵及相关概念

人们日益清楚地认识到,沉积盆地中油气生成、运移、聚集、保存和储层的演化等五大基本环节之间存在着密不可分的联系,这个过程中任何一个环节出了问题都会影响到整个过程的动力学演化.从学科发展角度也可看出,石油地质学已经经历了早期宏观、粗略认识阶段和中期各分支学科深入研究的历程,并发展到今天再度综合研究的石油地质动力学时期.石油地质动力学具有丰富的内涵,其本质是在现代地质理论基础上,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中油气的生、运、储、聚和保的机制、速率和过程,而传统的石油地质学侧重独立地研究上述各环节的状态,并根据各种状态定性推断油气地质的机制和过程,速率参数研究尤为薄弱.

油气的状态空间是指油气赋存的时变系统,一般包含了空间3维和时间1维共4维的描述方法,并强调了三维空间中赋存油气的时变性.按从小到大的尺度划分油气状态空间可表述为：油气层～油气藏～油气田～油气区～油气省（或带）.

油气层是含油气的最小单元,它受到储层单元物性分布控制,描述的参数有油气层厚度、储层孔隙度、渗透性和非均质性、含水或含油（气）的饱和度等.

油气藏是具有统一流体压力系统、由一个或多个油气层构成的整体.人们往往用含油气层层数、有效厚度和面积、油气藏充满系数等来描述它.它可能受到沉积岩性和旋回性、构造和断层等因素的控制.

油气田是由一个或多个相同或不同圈闭类型、在时空上具有成生联系的油气藏组成,多数情况下各油气藏具有各自独立的压力系统和油（气）/水的界面,受盆地次级构造控制明显.

油气区基本上与盆地属于同一个规模,特殊情况下也可能包括两个盆地.它是盆地地质动力学及充填作用的结果,具有含油气面积或体积的地理标志、与盆地类型和沉积类型相关的地质标志以及根据油气藏类型、数目和已发现油气体积的成果标志.

油气省（或带）是受全球构造、气候甚至天文因素控制的具有多个特征性油气区的总称.例如,中国东部以张扭性背景下的含油气带和中国西部压扭性为主的含油气省.

2石油地质动力学的研究方法

从研究手段来看,与其它动力学系统研究一样,石油地质动力学研究有动力学理论分析、实验模拟和计算机模拟三种方法.其中第一个层次由于涉及到地球范围的时空跨度以及初始和边界条件限制,一般难以建立复杂定量的动力学模型,即使根据检测说和相关参数构筑的动力学模型也较简单,以定性分析为主.第二个层次的石油地质动力学研究是将物理化学和生物学的基本定理、定律应用到石油地质过程研究中来,建立较为细致的石油地质动力学模型,表现为一系列的微分方程或方程组,第三个层次的石油地质动力学研究是运用当今科学的最新成果来了解石油地质各个过程演化时多种因素强烈藕合所表现出复杂非线性特征,是依据系统的复杂反馈行为,设计或构造出一个或一组制约系统演化的规则―动力学模型,利用计算机迭代求解获得系统演化规律性认识

3成岩过程动力学研究概述

成岩过程动力学分析将成为沉积盆地石油地质动力学研究的重要课题,它使得人们将从过去定性描述各种成岩标志研究转到从各种动力学机制、过程和速率等方面定量地研究成岩过程的本质特征,诸如无序干酩根～有序的油气藏、蒙皂石～无序I/S混层粘土矿物、沉积岩中的条带状和环状构造的形成以及砂岩储层中矿物的沉淀/溶解与孔隙介质的热质迁移等等.可以说,沉积盆地热流体的温、压条件、化学组成和相态,以及各种矿物物理化学特征是成岩过程动力学的基本要素,而构筑各种成岩反应路径模型是运用成岩过程动力学进行成岩一成矿定量预测的关键.因此,成岩过程动力学研究的初步框架包括有机/无机成岩过程动力学和埋藏过程动力学两大部分,其中干酪根热解动力学和干酪根及烃类组分同位素分馏动力学,属于有机成岩动力学研究范畴,而矿物组分,如粘土、长石、石英和碳酸盐矿物等反应一迁移过程动力学,则是无机成岩过程动力学研究对象,温压条件、组分浓度和相态,以及彼此之间存在的强烈藕合一反馈机制是埋藏过程动力学研究的基本内容.需要强调的是,无论是哪个方面的动力过程,成岩参量的局域性和非局域性的划分都是相对的,具体取决于其研究对象的尺度和研究目的.

总体来说,在本世纪未来的几年里,沉积盆地热流体运动学和动力学是成岩过程动力学研究的前沿领域,化学模拟与流体力学数值模拟的结合,有可能使反应一迁移模型更普遍地趋向商业性应用,从而降低勘探风险和大大提高定量预测能力.然而,随着研究的不断深入,也引出许多函待解决的问题,譬如：埋藏条件的热动力学数据库还很不完善,真实成岩系统多矿物体系和流动条件的复杂性都要求对现行地球化学模型作进一步改进,古流体场、古温度场的有效校准以及深盆成岩与低度变质作用等等,都将成为成岩过程动力学研究的主要热点.

4石油地质动力学展望

石油地质动力学作为一个名词术语提出来已有十几年的时间了,但从有关《石油地质动力学》的专著来看,其内涵显得比较单调,还没有脱出动力学术语和盆地分析的“结合”框框,我国石油地质界对之也了解得不够,应用就更少.但从我国具有多旋回叠合性含油气盆地勘探与开发的研究和东方人强调整体性思维特征来看,石油地质动力学在我国有着广阔的发展和应用前景.它将以油气藏形成的静态要素（烃源岩、储集岩和盖层）和地质作用的动态过程（烃类的生成、运移和聚集）及其时空匹配关系等各方面进行全面而系统地研究成藏动力学过程,从而有助于提高油气勘探成功率和寻找隐蔽油气藏.