油氣成藏動力學研究體系由模型研究和模擬研究兩部分組成，從理論上綜合了石油地質動力學的研究成果。整個研究過程是在烴源體和流體輸導系統的三維框架上進行的。該研究系統以強大的計算機平臺為支撐，模型研究和模擬研究結果的叠代反饋減少了地質解釋的多重性，是新壹代的石油地質勘探研究系統。該系統在珠江口流域的應用展示了該研究系統的具體應用效果。
“九五”期間，“油氣成藏動力學研究”是國家自然科學基金和中國海洋石油總公司共同資助的重點項目“南海北部大陸邊緣盆地活動熱流體與油氣成藏動力學及其地質背景”的主要研究內容。目前，該項目已取得多項基礎理論創新成果，基本形成了油氣成藏動力學研究的概念體系和可用於油氣勘探並具有壹定技術優勢的工作方法。
海上油氣勘探的高成本迫使我們關註許多探索性研究領域，如油氣運聚等。
油氣運移和聚集的研究是石油地質學中的壹個重要課題，它涉及石油地質學的整體研究體系。因此，要形成可操作的油氣運移聚集研究方法，必須從整個研究體系出發，以動力學為核心。本文從技術背景、基本框架、油氣成藏動力學模擬系統和應用實例四個部分簡要介紹了油氣成藏動力學研究體系。
1.油氣成藏動力學研究的技術背景
20世紀60-70年代，石油生成化學動力學研究卓有成效，取得了重大研究成果。
從20世紀80年代到90年代，地下流體動力場(特別是壓力場)的研究成為石油地質學的熱點。層序地層學和地震巖性預測技術的發展，使建立盆地烴源體和流體輸導體系的框架成為可能。隨著計算機軟硬件的快速發展，大數據量的盆地模擬操作將提高到油氣運移和聚集的模擬階段。隨著石油系統理論的興起，石油地質研究被提升到系統理論的高度，出現了把石油系統作為石油動態生成和聚集的物理化學系統的概念，出現了試圖用化學動力學控制的生烴子系統和物理動力學控制的運移/捕獲子系統來構建石油系統的動力學思想。G.Demaison闡述的含油氣系統概念，基本上是壹個以動力學為基礎，反映石油地質學發展趨勢的完整概念體系(即綜合動力學的研究成果)。它把油氣從自生到成藏的過程作為壹個完整的動態過程來研究。
近年來，“含油氣系統”壹詞成為油氣勘探研究中的熱門詞匯，甚至可以說已經形成了壹股“含油氣系統”熱。實際上，石油系統是石油地質學和系統科學相結合的產物。由於不同學者的視角和視野不同，對含油氣系統的描述也有不同的側重點(表5-9)。例如，L.B.Magoon和W.G.Dow側重於預測大面積油氣資源的可能性。它們的含油系統規模相當於含油區或超大型含油盆地的規模，對應的描述方法是粗略的構造圖解法；A.Perrodon提出了壹個與盆地規模大致相當的含油氣系統，旨在為盆地遠景區的圈定提供依據，選擇的描述方法也是粗線模型類比法；G.Demaison和B.J.Huizinga開發的含油氣系統級別最低，僅相當於窪地，選擇的研究方法是最精細的成因分析方法。如果目的是區域或勘探目標，那麽G .德麥森和B.J .胡伊津加對含油氣系統的研究方法是最值得借鑒的。
表5-9不同學者對含油氣系統的表述對比
在油氣勘探的區帶和前景研究中，常用的方法是傳統的石油地質方法，以石油地質條件為重點，研究內容是各種地質條件的綜合評價，目的是獲得圈閉方法計算的圈閉資源量和相應的地質風險(雖然也應用了許多動力學方法，如生烴動力學、古溫度場、壓力場和應力場等)。石油系統理論的興起及其在油氣勘探中的廣泛應用，使得生產研究中對理論指導的渴望越來越迫切。
在含油氣系統的理論應用中，壹般采用L.B.Magoon和W.G.Dow的描述方法來描述二級含油氣系統，主要是因為這種描述方法可操作性強，易於接受。雖然G.Demaison和B.J.Huizinga的研究方法更適合勘探區評價，但由於沒有可操作的研究體系，應用實例很少。
廣義的油氣成藏動力學研究是指對油氣生成、排出、運移和聚集機理的所有研究。本文所說的“成藏動力學研究體系”，是指在相應烴源體和流體輸導體系發育的框架下，通過對溫度、壓力(勢)、應力、含烴流體等各種物理化學場的綜合定量研究，對特定地質單元內油氣生成、排烴、運移、聚集乃至成藏的全過程進行多學科綜合研究。目的是在古構造發展的背景下，再現油氣生成、排烴、運移、聚集乃至成藏的全過程。由於要對油氣生成、排烴、運移和聚集的全過程進行追溯，油氣成藏動力學研究必須建立在烴源體和流體輸導體系的框架上，控制油氣生成、排烴、運移和聚集的物理化學動力場必然成為油氣成藏動力學研究的重要內容。
計算機模擬技術是歷史地、定量地描述油氣生成、排出、運移和聚集的全過程不可缺少的工作手段。通過對比傳統的石油地質方法、含油氣系統方法、油氣成藏動力學方法在油氣勘探區帶和目標研究中的應用，不難看出，三種方法從出發點、具體工作內容乃至最終成果的表現都有著本質的區別(表5-10)。
表5-10油氣勘探與研究中三種不同工作方法的對比
油氣成藏動力學的形成是石油地質學發展的必然，目前已具備形成完整研究體系的基本條件。今後，隨著油氣成藏機理研究的深入，油氣成藏動力學將日益完善，並在油氣勘探中發揮重要作用。
二、油氣成藏動力學研究體系的基本框架
油氣成藏動力學研究體系包括兩部分:模型研究和模擬研究。模型研究的任務是:①根據獲得的地質資料，建立盆地構造-沈積格架，為建立三維數字盆地提供模型；(2)在數字盆地基礎上，追溯油氣生、排、運、聚過程，為模擬研究提供油氣成藏機制、油氣運移路徑等控制模型。模擬研究是用油氣成藏動態模擬系統模擬油氣生成、排烴、運移和聚集的過程。在逼近實際勘探的過程中，對輸入模型進行修正，最終得到定量結果(圖5-10)。
圖5-10成藏動力學研究總體框圖
(壹)油氣成藏動力學模型研究
模式研究是油氣成藏動力學研究的基礎，包括盆地模式和油氣運聚控制模式。
1.盆地模型
主要指盆地的沈積-構造格架和相應的物理、有機地球化學參數，用於建立三維數字盆地。盆地模型是人工控制油氣生成、排出、運移和聚集模型研究的基礎，也是油氣成藏動力學模擬研究的基礎。
A.沈積體模型:主要指各層沈積相圖，用於建立烴源體、輸導體和蓋層系統的模型；
B.結構體模型:包括各層構造圖和主要圈閉及斷層系統的發育研究，用於建立三維構造數據體並實現剝離，從而獲得各時期各層古構造圖；
C.烴源模型:將有機地球化學性質，如有機碳含量、幹酪根類型、熱模擬生烴速率(或活化能、頻率因子)賦予沈積體模型中具有生烴能力的沈積體，模擬生排烴；
D.導體模型:賦予沈積體滲透率以儲層物性；研究了斷裂和破裂導體的歷史發展，著重確定了在歷史發展過程中輸送流體的能力。
E.溫度場模型:給出現今溫度梯度曲線和RO-深度關系曲線，模擬古地溫場和現今地溫場，逼近現今烴源巖熱演化結果；
F.壓力場模型:模擬古、今壓力場，研究各層古、今流體勢；
g應力場模型:為應力場模擬提供參數，分析應力場發育與油氣運移的關系。
2.油氣生、排、運、聚的控制模式。
是指用人工方法建立的特定盆地和凹陷(或含油氣系統)中油氣生成、運移和聚集的力學模型。盡管我們對油氣生成、排烴、運移和聚集的微觀世界還有很多未知領域，但通過在宏觀層面上整合現有理論和應用模型，建立壹個基本的概念框架來描述特定盆地油氣聚集的動態過程就足夠了。它包括以下三個主要模型。
A.油氣生成動力學模型:這是油氣生成、排出、運移和聚集動力學模型中最成熟的部分。自20世紀70年代康南用化學動力學公式描述有機質的生烴過程以來，這壹模式被廣大石油地質研究者所采用並不斷深化。Weiges (1985)采用熱解方法計算生烴量，這也是目前國內廣泛使用的量化生烴史的主要方法。“表3: 1”，如Ro等值線圖、熱演化史剖面圖、生烴等值線圖、生烴史表，是描述生烴過程所必需的。
B.初次油氣運移的動力學模型:孔隙體積法和殘余烴法是目前生產研究中廣泛使用的方法。孔隙體積法的假設是連續油相是初次運移的主要相態。當烴源巖孔隙(或裂縫)體積中的油飽和度超過臨界運移飽和度時，油將在壓實作用下與水壹起作為連續油相排出。殘余烴法是用計算的生烴量減去測量的殘余烴量(氯仿瀝青“A”，或總烴HC，或熱解得到的S1)得到排烴量。初次運移的方向主要受殘余壓力控制。由於烴源體的殘余壓力總是高於與之接觸的流體載體的殘余壓力，因此與烴源體接觸的流體載體是含烴流體初次運移的主要方向。這種運移機制在理論上可以用滲流規律來描述，但實際地質條件往往超出滲流規律的前提。因此，有必要在這裏應用計算機人工智能仿真方法。人工初次運移模型的描述是在烴源體和與之接觸的流體輸導體分布圖上進行的。其主要工作是根據比表面積、滲透率以及輸導體之間的配置關系，給出不同的排烴分配方案。
C.油氣二次運移的動力學模型:油氣二次運移的主要驅動力是浮力和油水密度差引起的地層孔隙流體壓力(包括壓實水流和大氣水流)。在靜水壓力條件下，流體載體中的油氣在浮力作用下總是自下而上指向低勢方向，壹般受區域構造背景控制。後期地表水引起的水勢梯度變化也應給予必要的關註。與初次運移的描述壹樣，油氣二次運移的描述也必須在流體輸導體系的框架上進行。流體輸導系統組成復雜(孔隙體、裂縫體、不整合面等。)及其在時間和空間上的四維演化也迫使我們借助計算機人工智能模擬來完成。通常我們利用油/巖有機地球化學資料分析原油與烴源巖的成因關系，回答油氣何時充註、從哪裏來、到哪裏去的問題，從而建立油氣成藏機制模式，為繪制油氣成藏機制剖面和含油氣系統平面圖提供依據。在此基礎上，選擇關鍵時刻，在主要輸導體頂面古構造圖上畫出油氣運移的主要路徑。
油氣成藏機理人工分析模型之所以被稱為“油氣生、排、運、聚控制模型”，壹方面是因為對油氣成藏機理的認識還很有限，但通過對各具體盆地油氣成藏機理的研究，有可能發現新的油氣成藏機理模型，從而豐富和完善油氣成藏動力學的知識寶庫，控制油氣成藏動力學的發展；另壹方面，對於油氣成藏動力學研究體系來說，成藏機理模型的研究是基礎，可以控制整個研究成果。換句話說，仿真結果必須與控制模型壹致(如果控制模型的建立有可靠的依據)。這裏有兩層含義:壹是油氣成藏動力學模擬系統必須滿足控制模型的需要；第二，仿真結果必須接近控制模型。
(2)油氣成藏動力學模擬研究
總的來說，用手工方法很難完成研究油氣成藏動力學的復雜工作量，比如用手工方法無法完成各期、各層古構造的剝離，用手工方法無法完成各期、各層生烴強度等值線的制作。然而，今天的計算機模擬方法可以幫助我們建立壹個三維數字盆地，並在此基礎上，完成大量的計算合成圖。同時，現代三維可視化技術也可以為我們觀察和修正盆地模型提供非常方便的手段。因此，可以說模擬技術是油氣成藏動力學研究成果量化和可視化不可或缺的手段。
從石油地質研究本身來說，幾乎每壹個獲得的參數或每壹個建立的模型都有多解。而油氣成藏動態模擬系統能將給定的參數和模型放入統壹的動態系統中，以檢驗參數和模型的相容性，進而修正不合理的部分。
油氣成藏動力學模擬系統不僅是油氣成藏動力學研究成果的定量化、可視化手段，也是壹種模擬實驗工具。由於參數或模型的多重性，需要對多個方案進行仿真比較。只有通過多方案模擬，不斷修正輸入參數和模型，使之接近實際勘探結果，模擬結果才能作為外推預測的依據。
3.油氣成藏動力學模擬系統
油氣成藏動力學模擬系統是以油氣成藏動力學理論為基礎，主要以含油氣系統為指導，在烴源體和輸導體的框架上完成三維構造地層發育史的模擬和溫度場、壓力場、流體場、應力場發育史的定量模擬，用人工智能和現代數學技術再現油氣在地質單元內生成、排出、運移和聚集的歷史演化過程，進而模擬油氣成藏過程。其目的是為地質學家提供壹個量化和可視化油氣成藏過程的計算機工作平臺。
中國海洋石油總公司與中國地質大學(武漢)合作開發的油氣成藏動力學模擬系統有工作站版(英文版)和微機版(中文版)兩個版本，其軟件系統平臺為IDL系統。該系統由1工作平臺(圖5-11)、5個模擬子系統、13模擬模塊和許多子模塊(圖5-12)組成，其中三維沈積靜態模擬子系統負責數據預處理，主要輸入二維構造和沈積信息(包括物理和沈積信息)，三維構造動態模擬子系統可向油氣提供各時刻產生的三維動態物理和化學參數目前，該系統已通過驗收並投入使用。
圖5-油氣成藏動力學模擬系統軟件結構框圖+01
圖5-12成藏動力學系統平臺結構框圖
4.油氣成藏動力學研究實例
(1)朱彜凹陷油氣多源多期匯聚主通道運聚模式。
在烴源體和油氣輸導系統模型的基礎上，通過壓力場和地下水動力場的分析，以及原油和烴源巖有機地球化學的詳細研究，明確了兩種不同類型烴源巖及其生成的原油的物性和生物標誌化合物特征，並通過C30-4-甲基甾烷/C29甾烷、三環萜烷/藿烷和C30 α α/兩種端元油比實驗獲得了混合油的判別參數。從而科學地描述了朱彜凹陷油氣多源多期成藏的主通道運聚模式。
圖5-13惠州凹陷-東沙隆起油氣運移路徑圖
1-水庫；2-油氣運移方向；3-地下水運動方向
珠江口盆地的惠州凹陷、陸豐凹陷和鄰近的朱彜凹陷東沙隆起在早期裂陷(早-中始新世)沈積了壹套湖相烴源巖。裂陷晚期(晚始新世-早漸新世)的河流砂巖與裂縫不整合面上方中漸新世的濱海砂巖類質同象形成油氣輸導層。早中新世晚期及以後，被廣泛的陸架泥巖覆蓋，形成區域性蓋層。區域蓋層下的三角洲砂巖和碳酸鹽巖是主要儲層。這種簡單的生油巖/輸導巖/儲層/蓋層的關系為油氣運移的研究提供了便利條件(附圖5-13)。
惠州凹陷和東沙隆起的井中存在三類原油:ⅰ類原油，以惠州33-1-1井和西江30-2-1井為代表，含高C30-4-甲基甾烷，與文昌組烴源巖相似；以惠州9-2-1井為代表的ⅲ類原油富含雙十二烷，是恩平組高等植物的典型源產物。大部分井同時含有C30-4-甲基甾烷和雙癸烷，是文昌組和恩平組原油的混合產物，我們稱之為二類原油。
研究區WT/C30H、C30/C29甾烷和C19/C23三環萜烷比值平面分布顯示:ⅰ類原油主要分布在東沙隆起，ⅱ類原油主要分布在惠州凹陷及其邊緣，證明文昌組生烴量大，油氣運移範圍廣，後期恩平組生成的原油運移範圍僅限於凹陷內部和邊緣(圖5-65438+)
圖5-14惠州凹陷與東沙隆起邊界兩次油氣運移的主要通道
1—T5層構造等值線(米)；2-油田；3—鉆孔位置和數量；4—文昌組早期壹類原油的運移路徑；5—晚期恩平組原油運移路徑與早期文昌組原油運移路徑疊加。
(2)珠三坳陷多油氣系統成藏動力學研究。
珠3凹陷是珠江口裂谷盆地的壹部分。早第三紀為裂陷期，晚第三紀為熱沈降期。裂縫不整合發育於早第三紀末(23.3Ma)。古新世至漸新世早期(沈積神狐組、文昌組和恩平組時)是裂谷湖泊的充填期和主要烴源巖的發育期。漸新世晚期(珠海組沈積時期)，海水侵入沈積海灣相砂巖和泥巖，形成上、下兩套儲蓋組合，是凹陷的主要儲層段。中新統珠江組下部為退積海灣相沈積，是本區隆起區的主要儲層。沈積後期，珠江組再次被侵入，成為開闊的淺海，以泥質沈積物為主，是本區的區域性蓋層。中新世中期(沈積漢江組時)及其後(粵海組和萬山組)，壹直是開闊海沈積。
朱三凹陷文昌A、B凹陷是主要的生烴凹陷(占總生烴量的97.5%)，兩個凹陷的生烴史明顯不同。文昌A凹陷文昌組生油高峰在恩平期(占總生烴量的40%)，晚第三紀進入裂解氣形成階段。恩平組生烴高峰在珠江期，生氣高峰在漢江-粵海期(圖5-15)。文昌B凹陷恩平組基本未進入生烴門限，生烴量很小。文昌-神狐組為主要烴源巖，由於凹陷較陡，沒有明顯的生烴高峰。恩平期開始生烴，各期生烴量在3% ~ 5%之間，第四紀小於1%。
圖5-15珠爾凹陷圈閉形成與生烴高峰關系圖
烴源巖和油氣的有機地球化學研究表明，文昌A凹陷油氣主要來自恩平組含煤地層，文昌B凹陷油氣主要來自文昌組湖相泥巖。瓊海低凸起是文昌A、B含油系統的重疊部分，同時也接受了兩個凹陷的油源(附圖5-16)。
通過系統的油氣成藏動力學研究，明確了神狐凸起是油氣聚集的有利方向。認為珠江組石油無風險聚集量為6.3×108t，天然氣無風險聚集量為57×1012m3。珠海組無風險石油的累積量為0.85×108t，無風險天然氣的累積量為505×1012m3。文昌凹陷南側的神狐凸起是油氣運移和聚集的主要方向。漢江期後，珠江組總運移量大於10×108m3(油當量)，珠海組大於12×108m3(油當量)。珠江組無風險石油聚集量為5.4×108t，珠海組無風險天然氣聚集量為354×1012m3。
最終模擬結果表明，石油主要聚集在神狐凸起的珠江組，天然氣主要聚集在文昌A凹陷南側的珠海組(附圖5-17和附圖5-18)。模擬結果與模型研究結果壹致，為朱三凹陷提供了壹個具有巨大勘探潛力的新領域。