水动力学与流体势分析 水动力学的发展简史

（一）盆地的水动力条件与演化

沉积盆地的地下水动力条件对油气二次运移不仅起着宏观控制作用，而且还对油气的聚集和成藏起着微观控制作用。水动力学环境受盆地演化过程中的构造活动、构造应力状态、温度和压力条件等多种因素的制约，在不同的演化阶段具有不同的区域水动力特征。Coustua等（1977）从水动力学角度出发，将盆地的演化分为压实流（compaction flow）、重力流（gravity flow）和滞流（no flow）3个发展阶段，分别对应于年轻（juvenile）、成熟（mature）和老年（senile）盆地（图1-11）。因每一个演化阶段具有不同的地下水流向，从而导致不同的油气运移方向和聚集。

在盆地的“年轻”阶段，地下水流主要表现为沉积层的主体仍处于压实和欠压实状态，压实排出的流体由盆地中心向四周呈“离心状”流动，地下水测势面在盆地中心和深部最高，向边缘和浅部逐渐降低，故形成由凹（洼）陷区指向其边缘的区域地下水动力场，正是这种“离心状”水流导致了油气在盆地中呈“环带状”分布（图2-1）。具有这种水动力场性质的盆地称为“压实流盆地”，我国东部有一些中、新生代断陷盆地即属于此类盆地，如济阳坳陷（东营凹陷）、东濮凹陷、松辽、四川盆地等，其中东营凹陷下第三系尤为典型（查明等，1996）。国外的南里海、墨西哥湾、尼日利亚、北海等盆地也属此类（杨绪充，1993）。在盆地的成熟阶段，大气淡水在重力作用下由盆地边缘的露头处渗入运载层，形成重力水流，并在盆地中心穿层排泄，区域地下水流向表现为“向心流”的特征，故称为“重力流盆地”。油气在“向心”水流的作用下由盆地边缘向中心部位运移和聚集（J.T6th,1980;1988），我国的渤海湾盆地古潜山、法国的巴黎盆地和中东的波斯湾盆地中的一些油气田都主要分布在盆地的边缘区，即区域泄水区。由于渗入的大气降水会破坏盆地幼年期形成的油气藏，故只有位于盆地中心部位的油气藏才能得以保存。第三个演化阶段是盆地的老年阶段，此时为静水条件，基本上无流体能量的交换，故称“滞流盆地”，含油气性差或不含油。实际上，除上述三种类型外，还有许多复合类型的盆地，如压实流—重力流复合盆地和重力流—滞流盆地，也即在盆地发展、演化过程中，水动力系统也随之发生转化，并导致油气运移方向、聚集部位的改变，从而使油气藏的分布复杂化。

图1-11　沉积盆地水动力演化阶段（据Coustau,1977）

1—粘土；2—砂岩；3—垂直孔隙压力剖面；4—压实水流；5—重力水流

（二）水动力学机制与油气运聚

沉积盆地水动力学主要分为两大类：压实驱动（compaction drive）和重力驱动（gravity drive），即顺层流动和穿层流动。压实驱动的水动力主要来自于盆地内沉积物的压实排水，而种种原因形成的超压则是地下水流动较为稳定的动力。从压实和压力发育历史分析，盆地内部快速的、厚的细粒沉积比盆地边缘较薄的粗粒沉积更易形成异常压力，故盆地内部过剩压力的幅度往往大于盆地边缘。因此，压实水流动的方向由盆地中心向边缘呈“离心流”形式流动。基于压实驱动的水动力模式主要有：①压实驱动（Jacquin和Poulet,1970,1973;L.C.Bonham,1980）；②压实—热驱动（D.H.Welte和M.A.Yükler,1980,K.Magara,1978）；③压实—重力驱动（Coustau等，1975,1977;Kartsev和Vagin,1964），这三种模式均可描述地下流体的顺层流动，也是目前描述运载层中油气二次运移和聚集的基本思路。

重力驱动下的穿层流动（cross-formational flow）（图1—12）的积极倡导者是J.T6th（1963,1978,1980,1983,1984,1986,1988,1990），他认为在成熟盆地内，地下水流构成了统一的水动力系统，且具有区域上的水力连续性。地形起伏引起的水头梯度（测势面起伏）变化是地下水流穿过地层流动的主要动力来源。在重力作用下，水流从盆地边缘（供水区）流向盆地中心（泄水区），或流向地势较低的盆地另一侧边缘（穿越流），因而水动力表现为明显的“向心流”。从供水区到泄水区，地下水的化学成分也发生系统变化，水矿化度也逐渐升高，油气有向泄水区集中分布的趋势。当在运移路径上有流速减慢、压力降低、流动方向明显变化或流体化学环境的改变等因素时，都可在合适的构造、岩性或断层圈闭中形成油气聚集。J.T6th（1980）强调，重力穿层流动模式用于油气的运移、聚集，正是卡尔采夫和瓦金（Kartsev和Vagin,1964）及Coustau等人（1970）模式中大陆演化阶段的定量化描述，因此能较好地解释许多盆地中的油气运移和聚集过程（J.Tóth,1988）。J.Tóth理论在说明烃由源岩层向储层的流动以及成熟、开放体系盆地中的油气聚集问题方面具有重要的指导作用，而对于“年轻”、有明显异常高压和运载层被厚层泥岩分隔的封闭体系盆地中油气运移和聚集问题仍难以解释（刘方槐，1991；杨绪充，1993），因此，目前J.T6th的重力穿层流动的观点以及在油气运聚中的作用仍未得到普遍接受。

图1-12　重力流作用下的油气运移聚集原理（据J.T6th,1980）

1—天然气聚集；2—石油聚集；3—处于运移状态下的烃；4—地下水流线；5—生油层和弱含水层；6—储集层、输导层和含水层

（三）流体势分析

40年代初，M.K.Hubbert（1940）就用流体势的概念、理论和方法对地下流体的运动状态进行了比较全面的描述，1953年又做了补充和完善。然而，这些概念并未很好地应用于石油勘探，直到80年代，E.C.Dahlberg（1982）关于流体势方法的专著《石油勘探中的水动力学》问世，这一理论才开始受到重视。特别是定量研究方法的发展，使得流体势用于油气运移、聚集的计算机模拟才成为可能（W.A.England,1987;R.W.Davis,1987；等等）。

流体势反映了水动力、浮力和毛细管力对地下流体运动状态的共同作用，故它在油气运移、聚集中的作用愈来愈受到重视，现已成为普遍接受的定量描述方法之一。然而，流体势场，尤其是古流体势场的分布和演化受区域构造背景、古水动力学条件和流体性质等多种因素所控制，具体到一个盆地，就是受坳（凹）陷区与隆起（凸起）区的相对位置及其古构造发育史控制。因此，研究油气运移和聚集过程，除了盆地古地形、古构造发展史研究外，还要结合计算机对压实史、生排烃史等建立地质概念模型，选择合适的各种参数进行古水动力学、流体势、运移速度、运移与聚集量等数值模拟（P.Ungerer,1990;1987;M.Person等，1993;J.D.Bredenhoeft,1988;K.Belitz和J.D.Bredenhoeft,1988,C.Braester等，1991；陈荷立等，1988;C.Jacquin和Poulet,1973;J.Burrus等，1991;R.W.Davis,1991；杨家琦，1989；查明，1995）。这方面的理论和方法将在第三章详细介绍。

水动力学原理是什么原理？~

揭秘水无限循环动能原理

人类早期由于治理洪水和开凿运河，总结了水的流动规律。例如墨翟(约公元前478～前392)及其弟子所作的《墨经》中就有这方面的论述。古希腊的阿基米德关于浮力的计算是力学的重要成就。15～17世纪，达·芬奇、伽利略、E.托里拆利、B.帕斯卡、I.牛顿等用实验方法研究了水的静压力、大气压力、水的剪应力和孔口出流等问题。　　18世纪后，液体动力学得到较快的发展。在L.欧拉导出水体运动方程后，对水流运动规律的研究可大致分为两类。一类是用数学方法进行比较严格的推导，获得一些对实际问题有指导意义的结果；另一类是对简化后的一维方程进行数学分析或对实地观测和实验结果进行总结和分析，其结果可直接用来解决工程技术问题。从事前一类研究作出贡献的主要有:C.-L.-M.-H.纳维、A.J.C.B.de圣维南、G.G.斯托克斯、O.雷诺对运动方程的研究；J.-L.拉格朗日建立速度势和流函数并和A.-L.柯西、F.J.von格斯特纳、 G.R.艾里对波浪理论的研究；H.von亥姆霍兹对涡旋运动的研究； 亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫对自由流线运动的研究；L.K.开尔文和瑞利关于波浪和流体运动稳定性的研究；Н.Е.儒科夫斯基关于翼型的举力和水击分析的研究等。H.兰姆的《水动力学》(Hydrodynamics)一书总结了这些成果。从事后一类研究作出贡献的主要有：H.皮托和G.B.文丘里分别设计出测量流速和流量的皮托管和文丘里管；J.斯米顿进行水车和风车试验;C.波絮埃和J.le R.达朗伯建立拖曳水池进行潜水物体的阻力实验；F.雷什通过观测波浪运动和船模试验，提出重力作用下的相似准则，W.弗劳德给出计算船舶摩擦阻力的方法；J.-L.-M.泊肃叶论述了血液的流动并给出毛细管对流动的阻力和流速分布规律的计算公式；H.-P.-G.达西进行渗流实验并得出液体通过多孔介质的运动规律；A.de谢才等人研究河道和管道的阻力，根据边界的粗糙度确定一个系数，再由系数和经验公式求出流速和流量；J.马索提出用特征线图解法求解不定常渠道水流的双曲型方程组。上述结果常被编入“水力学”(hydraulics)方面的书中。　　L.普朗特把上面两类研究方法结合起来，于1904年提出边界层理论，这一理论已为数学分析和实验结果所证实。因此，不考虑粘性作用的数学分析结果可适用于边界层以外，这对解决实际问题起着重要作用。随着电子技术和计算技术的发展，如今已能用现场观测、模型实验、理论分析和数值计算四类方法相辅相成地解决具有复杂形状边界的流动问题。用这些方法所得的研究成果常被编入“流体力学” (fluid mechanics)方面的书中。　　在发展过程中，与本学科有关的名称有水力学、水动力学、流体力学等。因著者不同,同一名称的著作,其内容重点也不尽相同。

盆地分析的一般方法
答：P.A.Allen(1990)在《盆地分析——原理与应用》一书中,对“盆地分析”的概念进行了重新定义,认为盆地分析就是将沉积盆地作为整体进行地球动力学综合研究。 近十几年来,国内外许多学者、专家致力于盆地分析,将大量的新概念、新理论、新技术、新方法引入盆地分析中,取得了许多重大成果和新的进展,大大拓展了盆地分析...

复合与复杂含油气系统的描述方法
答：流体动力史的核心是水动力史,这是盆地演化过程中水文、地势、沉积埋藏和构造作用的综合结果,流体动力史的分析含现今水动力与古水动力史两个方面,其中油气成藏关键时刻前后流体势分析是流体动力史研究中行之有效的方法之一。流体势反映了地下流体的潜在流动能力,是构成油气运聚成藏的动力学框架和背景,古流体势的恢复...

构造应力驱动的基本原理
答：由于流体不能承受剪应力,可用固体力学中的平均应力或球形应力来研究构造活动引起的孔隙流体压力(流体势),以此分析岩浆、含矿溶液、油气运移的趋势和聚集的有利部位。 最大主压应力会使同方向的断裂处于相对引张状态,有利于岩浆、含矿溶液、油气运移;同时使与之相垂直方向的断裂或构造闭合,阻隔含矿溶液、油气的流动...

岩性油气藏国内外研究现状
答：(5)流体势分析技术:了解岩性圈闭在流体势场中的位置，判断岩性圈闭与流体运移轨迹之间的关系，确定岩性圈闭是否处于流体运移的优势路径或者是否处于流体运移的优势指向区，以此来判断岩性圈闭接受运移流体的可能性，从定性的角度来判断岩性圈闭威藏的可能性。为岩性圈闭勘探提供辅助评价依据。(6)三维可视化技术...

中国石油大学地质学学什么
答：流体势计算和油气运移方向分析 2 油气藏形成条件综合分析 2 3 课程设计 石油地质综合训练(单独设置) 3重点、难点及解决办法1.课程的重点、难点“石油地质学”课程的主要内容包括三大部分共八章:油气成藏要素、油气成藏原理和油气分布规律,其中核心内容是油气成藏原理。该课程的难点主要有三方面,一是如何综合利用已...

针对复合与复杂含油气系统描述的技术
答：可以确定油气运聚的主次区，从而可以选定油气聚集的有利区带。古应力场分析研究古应力场、主要应变期次及断裂分布，可用于认识构造圈闭形成期和运移通道。古输导网络研究不同地史时期输导层几何形态、断裂、裂缝、不整合面等的输导性能和空间组合，结合流体势分布，可确定烃类运移的优势通道。

流体成矿模拟
答：云南兰坪-维西地区成矿与岩石圈构造动力学 式中:φ为某点的流体势;z为该点的高程;g为重力加速度;p为该点的流体压力;ρ为流体密度;q为该点流体的流动速度。 用流体运移势来描述流体在地下某点的能量,用流体运移势场来分析研究流体运移的规律(沈淑敏等,1989)。其实,流体能否运移不在于它在某处流体势的绝对大小...

碳酸盐岩缝洞型油气运聚机理与富集因素
答：由于缝洞型油藏同时存在基质的“渗流”与缝洞的“管流”(或空腔流、窝流),现有的油藏流体动力学理论尚不能有效地描述流体流动特征。 由于缝洞型碳酸盐岩储层的非均质性,导致油气运聚和分布具复杂性(图6-12)。例如,轮南凸起经历了晚加里东期、海西期的强烈隆升剥蚀及印支期以来的叠加改造过程,轮南凸起及其周围...

陈红汉的论文专著
答：12、陈红汉,李思田,活动热流体与成藏、成矿动力学研究进展,地学前缘,1996,3(3-4):259-26213、陈红汉,孙永传,李思田,沉积盆地异常超压与岩石破裂耦合动力学模型综述,地质科技情报,1994,13(4):65-7114、陈红汉,孙永传,李思田等,莺—琼盆地烃类气源岩判断及评价,“八五”地质科技重要成果学术交流会议论文选集,...

中国地质科学院地质力学研究所
答：构建了本区宏观的构造动力成岩成矿三维地质模型,在宏观构造动力成岩成矿三维地质模型中,简述了金铜矿成岩成矿物质来源及过程。对典型矿床进行构造控矿分析,根据X光岩组和磁组构分析,进行了分阶段的运动学、动力学分析工作。总结了本区最特征的构造控矿类型,修正、完善、建立了8个控矿类型和模型,首次建立了吉黑东部...