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油气资源勘探与开发研究是我国国民经济中是一项基础性、战略性的工作。沉积盆地因其独特的地质特征,盆地内往往蕴涵着丰富的油气资源。沉积盆地中的油气资源勘探与开发是我国能源勘探与开发的重点。长期以来,由于缺乏有效的油气地质研究手段和技术方法致使我国油气勘探与开发水平一直停滞不前,不能适应我国快速发展的经济对油气资源需求的高速增长,致使我国能源危机日显突出。石油地质工作者一直在尝试运用新的油气地质研究手段与技术方法来改变这一局面,盆地模拟技术就是其中之一。盆地模拟技术就是运用现代信息技术定量地模拟一个地质单元的地史、热史、生烃史、排烃史和运移聚集史。盆地模拟技术因其吸收了传统的石油地质方法优点,实现了石油地质研究定量化、计算机化和绘图自动化,克服了传统石油地质研究的定性或半定量的弱点,已成为含油气盆地油气资源评价的有力工具和油气地质勘探日常地质分析的必备技术。
盆地热史模拟是盆地模拟的重要组成部分,也是实现盆地整体模拟的基础。温度是烃类形成的主要控制因素,只有弄清盆地内各生烃层序(富含有机质岩层)所经历的地温历史才能有效地评价成烃过程和计算产烃潜力。盆地热史模拟对于研究盆地的成因机制和地球动力学具有重要意义;此外,盆地热史模拟还可为地热能开发和热液矿床的研究提供技术支持。因而,盆地热史研究一直受到有关的地学工作者,尤其是石油地质工作者的高度重视。最近30多年来,国内外许多学者在热史研究领域做了大量研究工作,并取得了一定进展。当前热史模拟对象多限于由地幔热流引起的正常地热场,相关技术主要用于描述盆地正常地热场中的热传导问题,较少涉及温度场、压力场的动态耦合等研究。
温度和压力是制约沉积盆地有机质演化的两个主要地质条件且它们相互制约,因此在沉积盆地的热史模拟中研究温度场与压力场的动态耦合可以提高热史模拟的精度。热史模拟是生烃史、排烃史和运移聚集史模拟的基础和前提,其精度直接影响后面三者模拟的精度。因此在沉积盆地热史模拟和石油地质研究时,研究地下热流体运移下的温度场与压力场耦合十分必要。虽然也有人对此做了初步研究;但是,在与盆地流体运移相关的温度场、压力场动态耦合方面,仅仅只做了理论上的探讨,如何具体地建立描述油气成藏作用的温度场、压力场动态耦合模型问题,仍然没有得到很好解决。
在此次研究中我们系统的分析了沉积盆地中温度场和压力场的特征与影响因素,分别建立了温度场的温度控制方程和压力场中的盆地流体速度方程(即达西定律形式)。通过分析可以看出影响盆地温度场和压力场的因素很多,但是几乎所有的影响因素都是直接或间接通过盆地流体运移来影响盆地的温度场和压力场;沉积盆地中温度场与压力场间的关系复杂,很难将它们一一细化并直接对它们进行定量化研究,但它们两者都与盆地流体的流速存在着可定量的关系,且温度场与压力场都是流体动力场的一部分,而流速是流体动力场的最基本特征,所以,我们可以通过分别研究它们与盆地流体流速的定量关系,再通过这两种定量关系方程联立,来研究沉积盆地中温度场与压力场的动态耦合关系。在温度场与压力场耦合研究中,我们以盆地流体为介质,通过将两方程联立建立了新的温度控制方程组。在对方程组求解时可以先通过压力求解流体速度,再将流体速度作为已知量代入二维温度控制方程并结合它的边界条件便可求解此二维温度控制方程。
因显式差分格式不稳定,而隐式格式是无条件稳定的,所以本次研究中选用隐式差分求解方法来求解耦合方程组。差分求解要求模拟对象必须能被网格化成有限个规则的网格单元,而此次模拟对象——百色盆地是一形状极为不规则的地质体,为了使模拟对象满足差分求解的条件,我们在对百色盆地网格化时对它做了边界近似处理,并判断了处理后的模型边界。此次热史模拟中涉及的参数较多,且参数获取难度也较大,而参数的精度直接影响模拟的精度,所以在研究中我们着重研究了各参数的获取方法,择优选择了各参数的获取方法,从而从数据源上减小了模拟的误差。在此基础上运用软件工程技术和可视化技术等新兴的地学信息技术,编程实现热史模拟结果的动态图形显示。
除此之外,我们还分析了百色盆地古、今地温场特征和压力场特征,并运用新的热史模拟程序模拟了百色盆地古地温史和古热流史,该模拟也是百色盆地整体模拟和油气资源定量评价的一个不可分割的部分,对深化百色盆地地质认识、降低油气勘探风险、提高勘探效益和摆脱油田产量下滑的困境也有着重要意义。但由于此次热史研究中开发出的热史模拟程序需求参数多,参数获取难度大,特别是百色盆地渗透率无法直接获得,致使模拟结果无法完全达到效果。
在本次研究中本人所做的主要工作和得到的研究成果可归纳为以下几点:1.通过流体动力场中的流体速度与温度场的温度和流体速度与压力场中的压力关系建立了温度场与压力场动态耦合下的二维温度控制方程组,实现了沉积盆地热史模拟中的温度场与压力场动态耦合;
2.采用有限差分法求解方程并运用IDL等程序开发语言开发出了温度场与压力场动态耦合下的热史模拟程序,实现了热史模拟定量化、计算机化;
3.分析百色盆地古、今地温场特征和压力场特征,并运用新的热史模拟程序模拟了百色盆地古地温史和古热流史,定量化的研究了盆地压力史对热史的影响等等。