第四章 成藏动力学1-1

1、l第一章第一章 成藏地质学的研究内容和方法成藏地质学的研究内容和方法l第二章第二章 成藏地球化学成藏地球化学l第三章第三章 成藏年代学成藏年代学l第四章第四章 成藏动力学成藏动力学l第五章第五章 油气聚集成藏理论油气聚集成藏理论l第六章第六章 大油气田形成理论大油气田形成理论l第七章第七章 非常规油气藏的形成与分布非常规油气藏的形成与分布讲讲 授授 内内 容容u第一节第一节 成藏动力学的研究内容与方法成藏动力学的研究内容与方法u第二节第二节 油气运移油气运移u第三节第三节 油气运移通道与输导体系油气运移通道与输导体系u第四节第四节 油气聚集机理油气聚集机理u第五节第五节 成藏动力系统成藏动力系

2、统u第六节第六节 成藏动力学应用成藏动力学应用第四章 成藏动力学成藏动力学第四章第四章 成藏动力学成藏动力学l一、成藏动力学的研究历史与现状一、成藏动力学的研究历史与现状l二、成藏动力学的研究内容二、成藏动力学的研究内容l三、成藏动力学的研究方法三、成藏动力学的研究方法第一节第一节 成藏动力学的研究内容与方法成藏动力学的研究内容与方法第四章第四章 成藏动力学成藏动力学l一、成藏动力学的研究历史与现状一、成藏动力学的研究历史与现状第四章第四章 成藏动力学成藏动力学（19世纪末至世纪末至20世纪世纪50年代初）年代初）1861亨特提出早期背斜学说1910建立了比较完善的油气藏形成背斜学说1930形

3、成了“非背斜圈闭理论”1953Hubbert完整提出了流体势的概念浮力、水动力和毛细管力被确定为成藏过程中影响油气运移聚集的主控因素,油气成藏过程被看作为动力学过程第四章第四章 成藏动力学成藏动力学（50年代中期至年代中期至70年代末年代末 ）1960 各种油气成因学说并驾齐驱19601970 干酪根降解成烃现象的发现，陆相成油理论1971Tissot & Pelet系统地总结有机晚期成油学说。油气初次运移机理（相态、动力、阻力、运移通道、力向、距离、时间）二次运移和聚集机理（相态、动力、阻力、运移通道、力向、距离、时间）由此，系统地提出油气成藏的基本要素：烃源岩、储集层、盖层、排烃、运移、圈

4、闭、保存条件，以及盆地的形成演化对油气成藏过程的控制。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学（80年代初期至今年代初期至今 ）1972Welte提出数值盆地模型的概念和软件1984IFP商业的盆模软件TemisPack的推出1989挪威盆地模型国际会议1990Allen等出版盆地分析、England等提出流体势的新概念并讨论油气运聚的特征1994Magoon&Dow提出含油气系统的概念体系、划分和命名原则、Ortoleva等压力封存箱1996田世澄等，提出油气成藏系统的概念2002张厚福、杨甲明等提出油气成藏动力学的概念第四章第四章 成藏动力学成藏动力学（80年代初期至今年代初期至今 ）以盆地分析

5、、盆地模型及油源地球化学指标对比为主要方法的成藏机理盆地动力学研究阶段以含油气系统方法为指导的从系统论角度综合研究油气成藏过程的系统分析阶段以定量成藏动力学为目标的探索阶段第四章第四章 成藏动力学成藏动力学石油地质学石油地质学（Petroleum Geology）石油地质学是关于石油、天然气等有机流体矿产的生成、运移、聚集和保存条件在沉积盆地内发生、发展、演化的科学。石油地质学研究主要内容包括油气的生成、储集（输导）、盖层、运移、圈闭、保存等诸方面的原理和研究方法。石油地质学的研究内容和方法随科学的进步和人们对于油气地质条件的认识而发展。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学含油气系统含油气系统

6、（Petroleum SystemPetroleum System）定义沉积盆地内的自然系统，其中包含有活跃的生烃凹陷、所有与其有关的油气及形成油气藏所必须的地质要素及作用。结构组成地质要素包括源岩、储集岩、盖层、上覆岩层；地质作用包括圈闭形成,烃类生成、运移和聚集。系统边界成熟烃源岩区及来自该源岩的最远的常规和非常规油气藏。研究方法四图一表：关键时刻埋藏史曲线图，有效烃源岩区域平面展布图，有效烃源岩空间展布图，基本要素和作用发生时间的事件图，含油气系统一览表第四章第四章 成藏动力学成藏动力学一个油气成藏流体动力系统是由固体格架和其中的流体(油、气、水)组成的一个统一整体,它具有特定的功能和相

7、对稳定的边界,其中的流体构成一个流动单元,受控于一个统一的压力系统。并可提出重力驱动型、压实驱动型、流体封存型和滞流型流体动力系统类型的划分方案。 -康永尚&郭黔杰，1998成藏动力学是综合利用地质、地球物理、地球化学手段和计算机模拟技术，在盆地演化历史中和输导格架下，通过能量场演化及其控制的化学动力学、流体动力学和运动学过程分析，研究盆地油气形成、演化和运移过程及聚集规律的综合学科。 -郝芳等，2000成藏动力学就是以地球动力学为基础，以油气运聚的动力学系统和过程为核心，把油气的生、储、运、聚、散连结成为一个统一的整体，探讨盆地油气的生成、运移、聚集和分布规律，进而指导油气勘探的一门科学。

8、-褚庆忠&张树林，2002成藏动力学以地球动力学为基础,以油气运移聚集的动力学系统和过程为核心。把油气的生、储、运、聚、散连结成为一个统一的整体, 探讨盆地油气生成、运移、聚集和分布的规律,从而指导油气勘探工作。 -田世澄等，1996第四章第四章 成藏动力学成藏动力学以盆地为背景，以油气为对象，以油气系统为单元，研究油气生成、运移、聚集、保存的成藏动力学过程及控制因素的学科。- 张厚福&方朝亮，2002油气成藏动力学研究是指在某一特定的地质单元内，在相应的烃源体和流体输导体系发育的格架下，通过对温度、压力(势)、应力、含烃流体等各种物理、化学场的综合定量研究，在古构造发育的背景上历史再现油气生

9、、排、运、聚乃至成藏全过程的多学科综合研究，其目的是由油气成藏的动力学机理出发，进行区带和勘探目标的评价，并形成一套可操作的工作方法。 - 杨甲明等，2002第四章第四章 成藏动力学成藏动力学关于成藏动力学的疑问关于成藏动力学的疑问为什么国外学者未明确提出成藏动力学的概念和研究体系？为什么我国学者热衷于成藏动力学的讨论，但每个人提出的成藏动力学的概念和内涵都如此不同？到底什么是油气成藏动力学？第四章第四章 成藏动力学成藏动力学内 容传统石油地质学含油气系统理论油气成藏动力学出发点石油地质条件系统论动力学机理着眼点石油地质条件的综合评价系统的划分与评价区带和勘探目标评价工作方法凹陷资源量计算圈闭

10、资源量计算地质风险分析系统结构图解法系统成因分析法系统模拟类比法建立三维数字盆地建立控制性模型动力学模拟人工智能模拟实验反馈勘探实践勘探实践勘探实践结果定性定性定量油气勘探研究中三种不同工作方法的比较油气勘探研究中三种不同工作方法的比较 据杨甲明等据杨甲明等，2002第四章第四章 成藏动力学成藏动力学提出成藏动力学的理由提出成藏动力学的理由含油气系统研究方法的局限性 强调有效源岩体和油气藏等要素及其之间的成因关系,而对成藏动力学过程分析不够含油气系统模拟的系统概念不强,地质分析基础不够扎实 中国含油气盆地的特殊性陆相盆地分割性强，沉积岩相变化快、地层分布复杂叠合盆地多期演化、多期活动、多套烃源

11、岩、多期成藏、多次破坏、多次成藏含油气系统概念和方法在中国含油气盆地内应用的庸俗化石油地质研究发展的必然性定量地球化学手段的实现计算机模拟技术的进步盆地流体动力学的发展 第四章第四章 成藏动力学成藏动力学动力学方法的现代概念动力学方法的现代概念lDynamicgeology - a general term for the branch of geology that deals with the causes and processes of geologic phenomena. l地球动力学研究地质现象发生、发展的成因机制和演化过程的地质学科的统称l发展方向定量方法的应用l现代动力学研究

12、定量地研究地质现象发生、发展的成因机制和演化过程第四章第四章 成藏动力学成藏动力学定量方法在地质研究中的作用对比分析对比分析地质地质观察观察对比分析对比分析定性分析定性分析定量分析定量分析假说假说假说假说假说假说综合、选择综合、选择最佳最佳假说假说结果结果第四章第四章 成藏动力学成藏动力学G = F (x, y, z, t, P, T, D)第四章第四章 成藏动力学成藏动力学尺度分析与模型建立的思想l理论基础：理论基础：盆地内的许多复杂地质现象和过程盆地内的许多复杂地质现象和过程在某些时间段、某一限定范围内某一个地质作用在某些时间段、某一限定范围内某一个地质作用甚至其中某一个物理作用明显大于其

13、它作用甚至其中某一个物理作用明显大于其它作用（PhillipsPhillips，19911991）l尺度分析：尺度分析：在特定的时间和空间范围内，定量在特定的时间和空间范围内，定量地分析某一地质现象，找出控制和影响该地质现地分析某一地质现象，找出控制和影响该地质现象的主要组成部分和过程，抽提与所研究问题相象的主要组成部分和过程，抽提与所研究问题相关的主要部分，建立起简单明了的关系关的主要部分，建立起简单明了的关系l模型建立：模型建立：区分研究的尺度并明确各种限定条区分研究的尺度并明确各种限定条件，勾画出所涉及问题的轮廓，理清主要研究内件，勾画出所涉及问题的轮廓，理清主要研究内容及其与环境和其它

14、主体间的关系，从而针对研容及其与环境和其它主体间的关系，从而针对研究对象的特点建立起合适的模型究对象的特点建立起合适的模型第四章第四章 成藏动力学成藏动力学l地质统计和概率分析在正确的地质认识的基础上，利用数理统在正确的地质认识的基础上，利用数理统计的方法测量地质对象某一方面的物理量计的方法测量地质对象某一方面的物理量值，通过分析其概率特征，得出该地质对值，通过分析其概率特征，得出该地质对象的某些本质特征。象的某些本质特征。l物理模拟方法在正确的地质认识的基础上，抽提研究对象在正确的地质认识的基础上，抽提研究对象的重要要素及关系，由材料力学、岩石力学的重要要素及关系，由材料力学、岩石力学黏土力

15、学等的基本原理建立物理模型并在实黏土力学等的基本原理建立物理模型并在实验室加以实现，以获得该地质对象的某些本验室加以实现，以获得该地质对象的某些本质特征的认识。质特征的认识。l数学模型方法在正确的地质认识的基础上，抽提研究对象在正确的地质认识的基础上，抽提研究对象的重要参数及关系，由物理学、物理化学、的重要参数及关系，由物理学、物理化学、岩石力学等的基本原理建立数学模型并求解，岩石力学等的基本原理建立数学模型并求解，以获得该地质对象的某些本质特征。以获得该地质对象的某些本质特征。l数值模型方法在正确的地质认识的基础上，由物理学、物在正确的地质认识的基础上，由物理学、物理化学、岩石力学等的基本原

16、理建立数学模理化学、岩石力学等的基本原理建立数学模型并利用数值求解，以获得该地质对象的某型并利用数值求解，以获得该地质对象的某些本质特征。些本质特征。定量地获得对所研究地定量地获得对所研究地质对象某些本质特征的认识质对象某些本质特征的认识第四章第四章 成藏动力学成藏动力学成藏动力学是对油气成藏过程和机理进行定量研究的思想和方法。成藏动力学研究的前提是对沉积盆地演化的地质背景充分了解；对盆地石油地质条件的清楚认识；对不同区块主要的油气成藏期的准确划分。成藏动力学研究应该以一期油气成藏过程中从油气源到油气藏的统一动力环境系统为单元，定量研究油气供源、运移、聚集的机理、控制因素和动力学过程。第四章第

17、四章 成藏动力学成藏动力学成藏动力学是对油气成藏过程和机理进行定量研究的思想和方法。不是一个单独的学科或者学科分枝不是含油气盆地内的一个具体的单元或组成部分而是石油地质学研究思想和研究方法随整个科学技术的进步和地质科学的发展而呈现出的必然的发展趋势因盆地地质环境的不同，成藏动力学的研究在中国和西方国家的表现形式有所不同中国复杂的叠合盆地背景要求成藏动力学研究更加注重油气成藏的机理和过程，更加注重定量的分析。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学成藏动力学研究的前提是对沉积盆地演化的地质背景充分了解；对盆地石油地质条件的清楚认识；对不同油气聚集带主要的油气成藏期的准确划分。只是成藏过程的研究，不应该

18、承担太多的研究内容充分尊重和利用石油地质学已取得的研究成果和认识成藏动力学的定量研究只能注重重现单一的成藏过程，研究的范围以油气聚集带为限以油气成藏期次为依据，在时间和空间上划分出油气运聚成藏的单元第四章第四章 成藏动力学成藏动力学成藏动力学研究应该以一期油气成藏过程中从油气源到油气藏的统一动力环境系统为单元，定量研究油气供源、运移、聚集的机理、控制因素和动力学过程。成藏动力学的研究还是一个探索的过程统一动力环境系统既是研究的范围和条件，也是划分成藏单元、确定成藏系统的依据定量的研究才能解决成藏过程中的动力学问题，才能把不同的成藏因素和过程有机的联系在一起供源已大大突破由烃源岩生油、排烃的局限

19、，包括了烃源岩生油/排烃、已生成油气藏的溢出/破坏、再次生烃、它源供烃等种种可能油气藏的保存条件可分别在供源和聚集条件中研究第四章第四章 成藏动力学成藏动力学1油气成藏的动力学背景（1）盆地演化的分析模拟（2）地温场特征及其演化（3）构造应力场特征及其演化（4）压力场特征及其演化第四章第四章 成藏动力学成藏动力学2油气成藏系统划分（1）已发现油气藏成藏时间的确定（2）输导格架（通道）的建立（2）运移的动力体系（3）动力与通道间的配置关系及其演化（4）主要成藏期的油气成藏系统划分第四章第四章 成藏动力学成藏动力学3油气成藏的动力学过程（1）成烃动力学 不属于成藏动力学探讨的范围（2）排烃动力学

20、供烃动力学 生成，逸散（扩散、微裂隙逸散），溢出（圈闭破坏、油藏气化），溶解带出，水动力破坏 决定了油气供给的方式及量（3）运聚散动力学 受运移动力作用，在油气成藏系统的输导格架条件下发生，运、聚、散过程第四章第四章 成藏动力学成藏动力学u第一节第一节 成藏动力学的研究内容与方法成藏动力学的研究内容与方法u第二节第二节 油气运移油气运移u第三节第三节 油气运移通道与输导体系油气运移通道与输导体系u第四节第四节 油气聚集机理油气聚集机理u第五节第五节 成藏动力系统成藏动力系统u第六节第六节 成藏动力学应用成藏动力学应用第四章 成藏动力学成藏动力学第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 （1）盆地分析

21、技术（2）物理实验技术（3）数学模拟技术(模型及软件)（4）分析测试技术 （5）成岩过程分析（有机-无机相互作用）（6）有机地化分析（油源对比及运移路径追踪）（7）地层流体追踪技术（流体同位素、包裹体等）（8）油气藏评价技术 第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移l一、油气运移的研究内容与方法一、油气运移的研究内容与方法 l二、油气运移的动力二、油气运移的动力l三、油气运移的相态三、油气运移的相态l四、油气运移的方式和方向四、油气运移的方式和方向第二节第二节 油气运移油气运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移一、油气运移的研究内容与方

22、法一、油气运移的研究内容与方法 第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移（二）地下油气运移的证据（二）地下油气运移的证据1.1. 地表渗出的油气苗（说明从地下地表渗出的油气苗（说明从地下地表运移）；地表运移）；2.2. 采油时很小的井孔可以流出大量的油气（说明至采油时很小的井孔可以流出大量的油气（说明至少在开采时是四面八方汇集的结果）；少在开采时是四面八方汇集的结果）；3.3. 采出的石油中可以找到比储层时代老的孢粉（由采出的石油中可以找

23、到比储层时代老的孢粉（由老的生油层老的生油层储层）；储层）；4.4. 生油岩多为细粒岩石如泥岩、页岩，而目前的产生油岩多为细粒岩石如泥岩、页岩，而目前的产油层多为粗粒的砂岩等岩性（生油层多为粗粒的砂岩等岩性（生储）；储）；5.5. 油藏中油气水按比重分异，从上到下分别为气、油藏中油气水按比重分异，从上到下分别为气、油、水（层内运移结果）。油、水（层内运移结果）。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移（三）油气运移研究的意义（三）油气运移研究的意义 石油与天然气具有明显的运移性。油气的地质史就是油气石油与天然气具有明显的运移性。油气的地质史就是油气的运移史；运移是是连

24、结生、储、盖、圈等静态条件的纽带。的运移史；运移是是连结生、储、盖、圈等静态条件的纽带。油气运移要研究的问题是：油气怎样从源岩中排出；什么时候油气运移要研究的问题是：油气怎样从源岩中排出；什么时候排出；排出来多少；运移到什么地方；可能到哪儿聚集以及可排出；排出来多少；运移到什么地方；可能到哪儿聚集以及可能聚集多少等等。显然这些问题正是油气勘探和评价中急待解能聚集多少等等。显然这些问题正是油气勘探和评价中急待解决的问题。决的问题。（四）发生运移的必要条件（四）发生运移的必要条件 1 1、流体、流体 2 2、动力条件、动力条件 3 3、通道、通道第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油

25、气运移油气运移二、油气运移的动力二、油气运移的动力一地静压力一地静压力指某一深度地层在单位面积上指某一深度地层在单位面积上所承受的上覆岩石柱的压力所承受的上覆岩石柱的压力( (压强压强) )：ZdgZgSZss0地静压力随着上覆地层的增地静压力随着上覆地层的增厚而增大，它对下伏沉积物厚而增大，它对下伏沉积物的作用主要是促进了压实和的作用主要是促进了压实和固结作用。固结作用。泥岩的正常孔泥岩的正常孔- -深关系：深关系：第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移地下沉积物可分为两部分，颗粒骨架和孔隙中的水：地下沉积物可分为两部分，颗粒骨架和孔隙中的水：和和P Pf f各司

26、其职各司其职：有效压力，促使岩石发生压实作用，有效压力，促使岩石发生压实作用，P Pf f孔隙流体压力，促使在压实中流体排出。孔隙流体压力，促使在压实中流体排出。fPS第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移二异常流体压力二异常流体压力 当孔隙内流体所承载的压力大于当孔隙内流体所承载的压力大于或小于静水压力时，此时的压力称为或小于静水压力时，此时的压力称为异常流体压力，前者称为异常流体压力，前者称为异常高压异常高压/ /超超压压等，后者称之为等，后者称之为异常低压异常低压。异常高流体压力主要由以下四种原因异常高流体压力主要由以下四种原因造成：造成：1 1、压实与排水的

27、不平衡、压实与排水的不平衡 上覆负荷在孔隙流体和岩石骨架上覆负荷在孔隙流体和岩石骨架上作用力的分配关系，决定着沉积物上作用力的分配关系，决定着沉积物的压实状态。的压实状态。对于每一具体岩石来说对于每一具体岩石来说都有一个维持其压实需求与实际排水之间平衡的最小渗透率都有一个维持其压实需求与实际排水之间平衡的最小渗透率界限值界限值K Kminmin，岩石实际渗透率与它的相对大小关系，决定了岩石实际渗透率与它的相对大小关系，决定了岩石所处的压实状态岩石所处的压实状态。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移2 2、水热增压、水热增压石英的热膨胀率仅为水的石英的热膨胀率仅为水

28、的1/151/15，水的膨胀效应更为明显水的膨胀效应更为明显体系的开放体系的开放/ /封闭；封闭；封隔性边界又往往是隔热层封隔性边界又往往是隔热层第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移3 3、粘土矿物的转化、粘土矿物的转化 泥质岩中含有泥质岩中含有50%50%以上的粘土矿物，在成岩过程中，粘土矿物将发生一系以上的粘土矿物，在成岩过程中，粘土矿物将发生一系列变化，如蒙脱石（列变化，如蒙脱石（S S）伊利石（伊利石（I I）。）。随地温升高，由于阳离子的置换作用，使随地温升高，由于阳离子的置换作用，使S S脱去最后几层层间吸附水，达到排脱去最后几层层间吸附水，达到排水高

29、峰。水高峰。 S S层间吸附水密度一般都高于自由孔隙水，故脱去单位质量的水将引起体层间吸附水密度一般都高于自由孔隙水，故脱去单位质量的水将引起体积膨胀，后者必然促进异常高压的形成。积膨胀，后者必然促进异常高压的形成。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移4 4有机质的热解生烃有机质的热解生烃烃类的生成，特别是天然气的大量生成，无疑会给较为封烃类的生成，特别是天然气的大量生成，无疑会给较为封闭的烃源岩系统产生一个附加的气体压力，其大小可描述闭的烃源岩系统产生一个附加的气体压力，其大小可描述为为：式中，式中，f fg g和和f fCO2CO2分别为气体和分别为气体和CO

30、CO2 2分子的自由度数分子的自由度数(f(fg g=6.452=6.452，f fCO2CO2=6.667)=6.667)，N Ng g、N NCO2CO2则分别为气体和则分别为气体和COCO2 2的数值的数值密度增量，密度增量，C Ck k为玻尔兹曼常量为玻尔兹曼常量(=1.38(=1.381010-16-16尔格尔格K K-1-1) )，T T温度温度( (K)K)；P Pwgwg水的蒸汽压力。水的蒸汽压力。显然，气态烃生成量越大显然，气态烃生成量越大( (以以N Ng g衡量衡量) )，体系越密闭，体系越密闭，这一因素对异常压力形成的贡献就越大。这一因素对异常压力形成的贡献就越大。wg

31、kCONCOkgNggPTCfTCfP222121第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移总结：各种成因机制对异常压力的形成所起的作用在不同的各种成因机制对异常压力的形成所起的作用在不同的地质条件下可以不同。如某种机制在某一个地方起主要地质条件下可以不同。如某种机制在某一个地方起主要作用，在另一个地区则为次要因素；作用，在另一个地区则为次要因素；在一个具体地区，对异常压力形成有贡献的因素也往在一个具体地区，对异常压力形成有贡献的因素也往往不止一个。从整体上来看压实和排水不平衡机制意义往不止一个。从整体上来看压实和排水不平衡机制意义似乎更大些，是后三种机制所赖以形成的物

32、质基础似乎更大些，是后三种机制所赖以形成的物质基础封闭体系都可由它引起。封闭体系都可由它引起。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移三水力（狭义）三水力（狭义） 充满于岩层中的水，它在渗透层中流动时能带动油气一起充满于岩层中的水，它在渗透层中流动时能带动油气一起运移。含水层中的水在重力作用下由运移。含水层中的水在重力作用下由高势区流向低势区高势区流向低势区，水从，水从A A侧进，从侧进，从B B侧出，其连线即为理论上的动水压面。沿水流方向侧出，其连线即为理论上的动水压面。沿水流方向单位距离的压力降称压力梯度。当地层倾角不大时，（单位距离的压力降称压力梯度。当地层倾角

33、不大时，（P1-P2）/L（P1-P2）/ /l；故；故dP/dLdP/dl。当有不溶于水的游离相油气当有不溶于水的游离相油气存在时，推动油气前进的水存在时，推动油气前进的水动力应等于连片油气两端的动力应等于连片油气两端的水压差，油柱长度为水压差，油柱长度为L L时，时，水力为：水力为：P=LdP/dl可见可见, ,水压梯度越大水压梯度越大, ,油柱长油柱长度越大度越大, ,水力就越大。水力就越大。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移四浮力四浮力由于流体之间的密度差由于流体之间的密度差( (w-o、w-g、o-g) )产生的力，按产生的力，按阿阿基米德定理，基米德

34、定理，单位面积上的水对石油的浮力为：单位面积上的水对石油的浮力为：F=(w-o)gHH H连续油相高度。连续油相高度。显然，连续油柱越高，浮力值就越大。显然，连续油柱越高，浮力值就越大。当地层倾斜时当地层倾斜时，油气上浮到储油气上浮到储集层顶面时，将继续在浮力作集层顶面时，将继续在浮力作用下沿储集层顶面向上倾方向用下沿储集层顶面向上倾方向运移。如果储层倾角为运移。如果储层倾角为，上，上倾方向的分布倾方向的分布F F1 1大小是：大小是：F1=FSin=(w-o)gHSin第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移属于表面力。显然：属于表面力。显然：df1=0；而沿管壁的

35、分力则为：而沿管壁的分力则为：df2=dfcos=dlcos( (dl壁长壁长) )沿管壁积分：沿管壁积分：F2=df2=2rccos故单位面积上的压力为：故单位面积上的压力为：ccccrrrPcos2cos22毛细管压力：毛细管压力：在两种互不混溶流体的弯曲界面在两种互不混溶流体的弯曲界面上，两边流体所承受的压力不同。凹面一侧流上，两边流体所承受的压力不同。凹面一侧流体所受压力要比对面的流体所受压力大，在毛体所受压力要比对面的流体所受压力大，在毛细管中的这一压力差叫做毛细管压力。细管中的这一压力差叫做毛细管压力。五毛细管力五毛细管力第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油

36、气运移毛细管压力总是指向非润湿相。毛细管压力总是指向非润湿相。在在亲水介质亲水介质中若中若油是非润湿相油是非润湿相，毛细管压力指向，毛细管压力指向油油；在；在亲油介质亲油介质中若中若水是非润湿相水是非润湿相，毛细管压力，毛细管压力指向指向水。水。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移孔隙介质中油水的分布形式孔隙介质中油水的分布形式A-A-亲水孔隙介质：亲水孔隙介质：孔壁及颗粒表面为水所润湿，油相被挤到孔隙中心部位。当油相饱和度很小时就会形成孤立的油珠。这种油珠可以堵塞孔隙喉道阻碍流体运移，称为“贾敏效应” b-b-亲油孔隙介质：油以薄膜形式附在孔壁上，成为不能移动的

37、残余油。亲油孔隙介质：油以薄膜形式附在孔壁上，成为不能移动的残余油。 亲水介质中的残余油比亲油介质中少，但油相在亲水介质中流动比亲油介质中难亲水介质中的残余油比亲油介质中少，但油相在亲水介质中流动比亲油介质中难。b-b-亲油孔隙介质亲油孔隙介质A-A-亲水孔隙介亲水孔隙介质质第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移六其它力六其它力构造应力构造应力：根据现今地震活动反映的构造应力场分布，地下水位的变化呈：根据现今地震活动反映的构造应力场分布，地下水位的变化呈现如下规律：现如下规律：震前应力能量积累阶段（水

38、位趋势性下降），震前应力能量积累阶段（水位趋势性下降），震时能量震时能量释放阶段（水位急剧上升），释放阶段（水位急剧上升），震后应力调整阶段（水位缓慢回升，后恢震后应力调整阶段（水位缓慢回升，后恢复正常）。复正常）。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移分子扩散力分子扩散力：由于介质内各处浓度不一致而导致的分子布朗：由于介质内各处浓度不一致而导致的分子布朗运动。由两地的浓度差和温度、压力引起，结果是达到浓度运动。由两地的浓度差和温度、压力引起，结果是达到浓度的平衡。从运移意义来讲，气态烃比液态烃更容易扩散，另的平衡。从运移意义来讲，气态烃比液态烃更容易扩散，另外，岩

39、石介质不同时分子的通过能力也不同，一般：干燥岩外，岩石介质不同时分子的通过能力也不同，一般：干燥岩石水层被水润湿的岩石。石水层被水润湿的岩石。内摩擦力内摩擦力：是石油流动时分子之间相对运动而引起的摩擦力，：是石油流动时分子之间相对运动而引起的摩擦力，一般可以用石油的粘度来表示。内摩擦力越小，越有利于分一般可以用石油的粘度来表示。内摩擦力越小，越有利于分子运动和石油运移。子运动和石油运移。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移三初次运移的相态三初次运移的相态（一）水溶态（一）水溶态 这种运移方式既便于解释分散烃类的移动，又使生油层这种运移方式既便于解释分散烃类的移动，

40、又使生油层中的运移活动简化为单相（水相）渗流，从而避免了遭遇巨中的运移活动简化为单相（水相）渗流，从而避免了遭遇巨大毛细管阻力的可能，从而烃类顺利排出于生油层之外。大毛细管阻力的可能，从而烃类顺利排出于生油层之外。标准状况下，甲烷在水中的溶解度为标准状况下，甲烷在水中的溶解度为24.4ppm24.4ppm，随压力增大，随压力增大，溶解度迅增，至埋深溶解度迅增，至埋深25002500米处溶解度已经是地表的约米处溶解度已经是地表的约100100倍，倍，说明说明水溶态至少是天然气运移的重要方式之一。水溶态至少是天然气运移的重要方式之一。石油能否以水溶态运移，关键仍取决于溶解度大小。石油能否以水溶态运

41、移，关键仍取决于溶解度大小。主要石油烃在标准状况下的溶解度分布规律：主要石油烃在标准状况下的溶解度分布规律：大多数原大多数原油中的主要成分是高油中的主要成分是高C C重分子，它们在水中的溶解度一般低重分子，它们在水中的溶解度一般低于于1ppm1ppm。 然而，如果按照一些含油区的已知探明储量与母岩排水然而，如果按照一些含油区的已知探明储量与母岩排水量进行估算，上述烃类在水中的溶解度显然太小。量进行估算，上述烃类在水中的溶解度显然太小。Dickey(1975) )估算，应大于估算，应大于10000ppmTissot和和Pelet(1971) )：最低应为：最低应为8000ppm。第四章第四章 成

42、藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移1 1高温增溶说高温增溶说 PricePrice用实验证明，怀俄明州法马尔全油在水中的溶解度随温用实验证明，怀俄明州法马尔全油在水中的溶解度随温度升高而加大。实验数据是：度升高而加大。实验数据是：160，150ppm；275，8000ppm；325，52000ppm；350，90000ppm；375，230000PPm；超过；超过375375时，低重度原油将裂解为凝析油。时，低重度原油将裂解为凝析油。反对意见：反对意见：2 2皂胶增溶说皂胶增溶说 BakerBaker提出，母岩中的极性有机分子皂即有机酸盐可对提出，母岩中的极性有机分子皂即有机酸

43、盐可对烃类起增溶作用。烃类起增溶作用。R-COOHR-COOH中非中非极性端极性端R R一般憎水，极性端一般憎水，极性端COOHCOOH亲水。当皂分子达到一定浓度时，亲水。当皂分子达到一定浓度时，其极性端因亲水憎油而向外，非其极性端因亲水憎油而向外，非极性端因亲油憎水而向内，形成极性端因亲油憎水而向内，形成规则的分子集合体，称为规则的分子集合体，称为胶束胶束( (粒粒) )或皂胶束。或皂胶束。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移形成胶束的组分常被称为增溶剂，生油岩中的脂肪酸、环烷形成胶束的组分常被称为增溶剂，生油岩中的脂肪酸、环烷酸、脂醇和胺等都可形成胶束。酸、脂

44、醇和胺等都可形成胶束。实验表明，皂的浓度越高，每摩尔皂的增溶能力可能越大。实验表明，皂的浓度越高，每摩尔皂的增溶能力可能越大。皂浓度为皂浓度为0.05%0.05%时在常温下可搬运时在常温下可搬运5 510PPm10PPm的烃，依次类推，的烃，依次类推，皂浓度为皂浓度为5%5%时则可运移时则可运移500-1000PPm500-1000PPm的烃。其次，温度的适的烃。其次，温度的适当增高与束缚水从粘土中的释放，都可增大烃类溶解作用，当增高与束缚水从粘土中的释放，都可增大烃类溶解作用，后者将进一步促进皂胶束的形成。另外，水中含盐量增大直后者将进一步促进皂胶束的形成。另外，水中含盐量增大直到超过正常海

45、水时，也可不断促进胶束的形成与烃类的增溶。到超过正常海水时，也可不断促进胶束的形成与烃类的增溶。值得怀疑之处：值得怀疑之处： 近来发现，与水溶运移形式相矛盾的现象目益增多。近来发现，与水溶运移形式相矛盾的现象目益增多。总之总之，目前大多数人倾向于，目前大多数人倾向于水溶形式水溶形式可能不是石油早期运移可能不是石油早期运移的主要方式，但天然气却可以溶于水的方式运移，因为在相的主要方式，但天然气却可以溶于水的方式运移，因为在相同的条件下天然气比石油在水中的溶解度高的多。同的条件下天然气比石油在水中的溶解度高的多。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移（二）（二） 游离相

46、态游离相态 石油形成于成岩作用晚期，此石油形成于成岩作用晚期，此时泥岩孔隙中大部分为结构水，孔时泥岩孔隙中大部分为结构水，孔隙中能流动的水已很少，从而使的隙中能流动的水已很少，从而使的水的有效渗透率减小。水的有效渗透率减小。 只要油相在自由水中的饱和度只要油相在自由水中的饱和度大于油发生运移的大于油发生运移的临界饱和度，临界饱和度，油油即可以游离相态与水一起发生运移。即可以游离相态与水一起发生运移。DickeyDickey（19751975）认为，这一临界饱）认为，这一临界饱和度值在和度值在砂岩中为砂岩中为2020，而在，而在泥泥岩可降低到岩可降低到1010以内以内。MagaraMagara根

47、据上述思想绘制了一个油根据上述思想绘制了一个油相运移的模式图。相运移的模式图。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移McAuliffeMcAuliffe（19801980）也主张石油以游离相运移，但他强调这种作用必须）也主张石油以游离相运移，但他强调这种作用必须沿着生油层中的沿着生油层中的干酪根网络干酪根网络才能进行，而与水的运动无关。他认为干才能进行，而与水的运动无关。他认为干酪根是亲油的，因此油沿这样的网络运移是比较容易的，他还推测当酪根是亲油的，因此油沿这样的网络运移是比较容易的，他还推测当烃烃/ /有机质为有机质为2.52.510%10%时，即可发生这种流动

48、。时，即可发生这种流动。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移（三）分子扩散形式（三）分子扩散形式Leythaeuser等人（等人（19821982）指出，）指出，烃类分子通过饱含水孔隙的扩烃类分子通过饱含水孔隙的扩散可能是初次运移散可能是初次运移的一种有效的一种有效形式，认为轻烃通过扩散作用，形式，认为轻烃通过扩散作用，在饱和了水的母岩孔隙中进行在饱和了水的母岩孔隙中进行最初阶段的短距离运移（几分最初阶段的短距离运移（几分米米/ /几米）是很有效的，母岩几米）是很有效的，母岩中的气态烃首先沿储层界面、中的气态烃首先沿储层界面、断层、裂缝系统及粉砂岩透镜断层、裂缝系

49、统及粉砂岩透镜体扩散运移，再以其它方式进体扩散运移，再以其它方式进行运移直到最后聚集为止。行运移直到最后聚集为止。计算发现，有效扩散系数随烷烃计算发现，有效扩散系数随烷烃C C数的增加呈指数降低。数的增加呈指数降低。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移扩散不仅可以作为轻烃聚集的扩散不仅可以作为轻烃聚集的动力，而且可使已聚集的气藏动力，而且可使已聚集的气藏散失。散失。天然气运聚成藏的动平衡。天然气运聚成藏的动平衡。总结总结：目前绝大多数人倾向于目前绝大多数人倾向于游离相是油气初次运移的主要游离相是油气初次运移的主要形式。但因运移物质本身的性形式。但因运移物质本身的性

50、质变化很大，运移所通过介质质变化很大，运移所通过介质的物理性质以及环境条件也都的物理性质以及环境条件也都有明显变化，也不能完全排除有明显变化，也不能完全排除在不同条件或不同阶段以其他在不同条件或不同阶段以其他形式运移的可能性。形式运移的可能性。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移1.1.初次运移的动力初次运移的动力油气以游离相发生初次运移时，要面临巨大的毛管阻力。油气以游离相发生初次运移时，要面临巨大的毛管阻力。当温度为当温度为6060（有机质成熟门限）时，对于中等比重（有机质成熟门限）时，对于中等比重( (0.87530.8521）的原油，取油）的原油，取油-

51、-水界面张力水界面张力=21=21达因达因/ /厘米（假定厘米（假定=0=0），从而可计算出不同孔隙半径下），从而可计算出不同孔隙半径下毛细管压力的大小。毛细管压力的大小。不同孔喉半径的毛细管压力大小不同孔喉半径的毛细管压力大小（据陈荷立，（据陈荷立，19871987）孔隙半径 rc（A）Pc（Kg/cm2）504030201057171494814282855假定假定o=0.8251g/cm3，w=1.07g/cm3，则，则1m1m连续油柱连续油柱所产生的浮力仅所产生的浮力仅0.025Kg/cm2，因此，浮力在因此，浮力在初次运移所起的作用是很小的。初次运移所起的作用是很小的。四、油气运移的

52、方式和方向四、油气运移的方式和方向 （一）油气初次运移（一）油气初次运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移只有在岩石中某一点出现过剩压力时，流体才打破平衡开始只有在岩石中某一点出现过剩压力时，流体才打破平衡开始流动，其流动方向指向过剩压力相对较低的地区。同时，流流动，其流动方向指向过剩压力相对较低的地区。同时，流体自泥岩的排出作用，也是压力释放的过程，其结果必然导体自泥岩的排出作用，也是压力释放的过程，其结果必然导致孔隙流体压力的降低和泥岩的补充压实，当过剩压差小于致孔隙流体压力的降低和泥岩的补充压实，当过剩压差小于P Pc c时，流体即停止排出，待到压力积蓄到

53、足够高时，流体又时，流体即停止排出，待到压力积蓄到足够高时，流体又可重新排出。可重新排出。由此看来，由此看来，泥质母岩的排烃作用应是一个不连续的、多次进泥质母岩的排烃作用应是一个不连续的、多次进行的过程。行的过程。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移2 2初次运移的通道初次运移的通道 以微裂隙作为油气运移主要通道的观点越来越得到人们的承认。以微裂隙作为油气运移主要通道的观点越来越得到人们的承认。当孔隙流体压力增大到超过岩石的机械强度时，泥岩中便可产生极当孔隙流体压力增大到超过岩石的机械强度时，泥岩中便可产生极微裂隙。微裂隙。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二

54、节第二节 油气运移油气运移微裂隙对油气运移的作用微裂隙对油气运移的作用：增大了增大了通道，降低了阻力；通道，降低了阻力；增大了生油岩增大了生油岩和储集岩的接触面积。流体释放后，和储集岩的接触面积。流体释放后，压力减低到一定限度时，极微裂隙又压力减低到一定限度时，极微裂隙又会封闭，开始再一个循环。会封闭，开始再一个循环。因此，油气的排出是一种循环往复的因此，油气的排出是一种循环往复的过程，运移是断续、脉冲、幕式进行过程，运移是断续、脉冲、幕式进行的。的。总之，生油层孔隙压力升高所导致的总之，生油层孔隙压力升高所导致的微裂隙系统可能是初次运移的重要通微裂隙系统可能是初次运移的重要通道。此外，收缩了

55、的干酪根之间、矿道。此外，收缩了的干酪根之间、矿物颗粒与干酪根之间、次生晶体之间物颗粒与干酪根之间、次生晶体之间的纹层面、裂缝和断层等也可作为油的纹层面、裂缝和断层等也可作为油气运移的通道。气运移的通道。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移3 3初次运移的方向和效率初次运移的方向和效率初次运移的方向，主要取决于过剩压力梯度初次运移的方向，主要取决于过剩压力梯度，即油气由过，即油气由过剩压力大处过剩压力小处运移。剩压力大处过剩压力小处运移。总体上，初次运移方向以垂向为主，因在该方向过剩压力总体上，初次运移方向以垂向为主，因在该方向过剩压力梯度较大。究竟是向上还是向下

56、，则视泥岩中过剩压力的梯度较大。究竟是向上还是向下，则视泥岩中过剩压力的分布状况（过剩压力剖面）而定。分布状况（过剩压力剖面）而定。厚生油岩中的过剩压厚生油岩中的过剩压力分布与排烃方向力分布与排烃方向有效烃源岩有效烃源岩第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移因此有人提出，油气在垂直方向的运移距离非常有限。单向为因此有人提出，油气在垂直方向的运移距离非常有限。单向为1014m，上、下两侧一共，上、下两侧一共30m30m士。生油层虽厚，但能运移出来士。生油层虽厚，但能运移出来的油气仍然仅限于这一厚度的生油层内。的油气仍然仅限于这一厚度的生油层内。第四章第四章 成藏动力学

57、成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移岩石孔隙喉道岩石孔隙喉道- -微观模式微观模式岩石是非均匀的，油岩石是非均匀的，油气的运移必定是沿着气的运移必定是沿着阻力最小阻力最小的通道发生，的通道发生，而油气生成时的立足而油气生成时的立足之地往往也是岩石中之地往往也是岩石中尺度较大的孔隙中，尺度较大的孔隙中，因而，因而，油气以游离相油气以游离相沿岩石孔隙和喉道的沿岩石孔隙和喉道的运移，肯定不是沿着运移，肯定不是沿着最小的喉道，而是最最小的喉道，而是最大的喉道运移。大的喉道运移。第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移泥质岩层微裂隙-形成机制由于构造应力造成的裂隙由于构造

58、应力造成的裂隙或断裂的幕式开启有利于或断裂的幕式开启有利于压力的快速释放，但不一压力的快速释放，但不一定有利于油气的初次运移定有利于油气的初次运移第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移泥质岩微裂隙泥质岩微裂隙-微观意义及机制微观意义及机制第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移泥质岩微裂隙泥质岩微裂隙-形成模式形成模式P烃源岩层必须具备很高的过剩压力，并自然形成界面处的高压力梯度第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移在颗粒的缝隙间存在，在孔隙中盘踞有效应力不作用在干酪根网络上孔隙流体压力挤压干酪根网络，促使其中生

59、成的油气的运移烃源岩层应该具备较高的过剩压力烃源岩层应该具备较高的过剩压力并在烃源岩与疏导层之间形成压力梯度并在烃源岩与疏导层之间形成压力梯度干酪根网络运移的模式第四章第四章 成藏动力学成藏动力学 第二节第二节 油气运移油气运移初次运移在三个尺度上的概念模型初次运移在三个尺度上的概念模型 4、 油气初次运移的一般机理 及研究方法讨论 渗滤与扩散是油气运移的两种基本方式，前者受势梯度驱动，后者受浓度梯度驱动。 油气在源岩中的初次运移和在储集层中的二次运移是油气运移过程中连续而特点不同的两个阶段。 压实作用和异常压力对油气的初次运移有重要作用；浮力和水动力对油气的二次运移有重要作用。 1、 油气初

60、次运移的模式 三个模式： （1）正常压实排烃模式 （2）异常压力裂缝排烃模式 （3）扩散排烃模式 三者在运移相态、运移动力、运移途径（通道）等方面均有差异，可分别用来描述不同演化阶段和不同烃源岩的排烃特点。 油气初次运移的模式 （1）未熟低熟阶段正常压实排烃模式： 在未熟低熟阶段，源岩层埋深不大，生成油气的数量少，源岩孔隙水较多，渗透率相对较高，部分油气可以溶解在水中呈水溶状态，部分可呈分散的游离油气滴。 在压实作用下，油气随压实水流通过源岩孔隙运移到运载层或储集层中。 （2）成熟过成熟阶段异常压力排烃模式: 在成熟过成熟阶段，源岩层已被压实，孔隙水较少，渗透率较低，源岩排液不畅，有机质大量生