盆地模拟的发展简史

盆地模拟和油气系统模拟是当今世界石油地质领域内的一个大型综合性的研究课题。自1978年以来，德国、法国、美国、英国、日本以及中国等国家相继在计算机上建立了规模不等、复杂程度不等的盆地模拟系统，并投入应用。第一个十年，以一维模型为主，重点研究地史、热史和生烃模拟，处于试验性应用阶段；第二个十年，以二维模型为主，重点研究排烃史，运移聚集史，进入实际应用阶段；第三个十年，以三维模型的探索为主，重点研究三维地质建模及运移聚集史；目前，真三维地质模型的构建和运移聚集史仍未完全攻克，今后一段时间将仍以此为目标。

1.国外发展历程与现状

1978年，原西德尤利希核能研究有限公司石油与有机地化研究所建立了世界上第一个一维盆地模拟系统。其主要内容是：在欠压实带通过超压方程求流体速度，为后面的热流方程的对流项计算提供参数；通过关于热传导和热对流的热流方程求地温史；反复调整计算，使计算结果与实际资料符合，得到最终计算结果（包括埋藏史）；两史（地史和热史）结合求TTI（时间温度指数）和Ro（镜质体反射率）；在Ro的基础上，进行生烃量和排烃量的计算。一维模型不可能进行油气二次运移和聚集的模拟。

1984年，法国石油研究院建立了一个较完整的二维盆地模拟系统。其主要内容是：输入经地质解释的测井资料和地震剖面，通过回剥技术求出埋藏史；输入地震折射数据和今热流实测值，通过地球动力学法求出热流史；输入岩性资料和岩石热导率，通过地球热力学法利烃类成熟法求出地温史和烃类成熟度史；输入烃源岩石油潜量和岩性资料，通过两相运移法求出流体压力史和油聚集史；输入烃类各组分数据，通过地球热力学法求出沿着通道运移的含溶解气的油量。

1981年，日本石油勘探有限公司勘探部建立了一个简化的二维盆地模拟系统。其主要内容是：在地质剖面上划分出许多小矩形单元；在每个单元上恢复原始厚度，并放入沉积物；对于每个单元，随着埋藏时间和深度的增加而计算压实量、生烃量和排烃量；采用浮力法研究二次运移，估算每个单元附近存在断层和地层圈闭的可能性。

1987年，该公司进一步建立了一维排烃模型，完善了1981年盆地模拟系统的排烃部分，不仅较好地算出排烃量，而且还可作为用尝试法重建盆地、研究重要参数的手段。该模型是当时所公开发表的排烃数值模拟成果中较好的模型之一。

1988年，日本石油勘探公司与美国南卡罗拉那大学合作，在原简化二维模型和一维排烃模型的基础上，建立了一个较完整的二维盆地模拟系统。从中引入和改进了德国尤利希公司的一维模型。该模型的主要模拟内容是：流体运动、传热（传导和对流）、烃类生成和运移。该系统的烃类生成和运移模型有一定的特色，例如考虑了独立的油相或气相运移、热膨胀力、毛细管力、胶结（或溶解）的裂缝以及断层等，但在系统的全面和实用性方面仍比不上法国石油研究院的二维盆地模拟系统。

1984年美国南卡罗拉那大学地质科学系（以下简称“美国南卡大学”）提出了用镜质组反射率确定古热流的方法，打破了以前单纯使用地球热力学法的传统，被认为是“最精确、最好的方法”。1988年又提出了用其他几种地化资料确定古热流的方法，扩大了该法的应用范围。

1987年英国不列颠石油公司（简称“英国BP公司”）提出了一个油气二次运移聚集的二维模型，宣称可以与将成为实用的二维模型媲美。其主要内容是：烃类划分为二相，即含饱和水的“石油液”和含饱和水的“石油气”；“石油气”又含不同的组分；地下的相态作为运移的重要因素；水流力和浮力的合成作为运移的驱动力；渗流机理基于达西定律：运移损失与通道的孔隙体积有关。该模型是当时公开发表的论述油气二次运移与圈闭问题的较好模型。

20世纪90年代在国际商品软件市场上流通的主要有三家盆地模拟软件：德国有机地化研究所（IES）的Petro Mod；法国石油研究院（IFP）的TEMISPACK；美国Platte River公司的Basin Mod。这些软件内容全面、技术先进、商品化程度高。由于多种原因，目前国外石油公司已不再研制大型软件，主要靠购买上述商品化软件。但也有个别大型石油公司仍集中少量人员研制软件。所研发的软件规模较小，内容不够全面，商品化程度较差，但有一定特色，在解决某些问题时往往有独到之处。

2.国内发展现状

我国盆地模拟技术是在20世纪80年代初期跟随西方先进国家技术开始发展起来的，发展过程与西方大体相似。由于我国石油地质条件复杂，国内盆地模拟技术除吸收了国外先进方法外，还有不少创新成果。

国内有代表性的盆地模拟软件研制单位有：中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院；大庆石油管理局勘探开发研究院；胜利石油管理局计算中心；中国海洋石油总公司的研究中心；中国石油化工集团公司的石油实验地质研究所；中国地质大学（武汉）地质信息科学与技术研究所（原国土资源信息系统研究所）。

“八五”期间，盆地模拟技术被确定为全国第二轮油气资源评价的一项必用定量评价技术。这对于完善技术方法，适应各种地质条件，实现软件商品化起了有力的推动作用。从软件成果看，我国盆地模拟内容全面，技术较为先进，有的总体上处于国际先进水平，有的局部处于国际先进水平，有的在商品化程度上已达到国际商品软件的要求。其中，生烃史较成熟，地史和热史次之，排放和运聚史较薄弱。盆地模拟在中国东部的拉张型盆地、碎屑岩盆地的应用是成功的；而在中国西部的挤压型盆地和碳酸盐岩盆地的应用还有待进一步改进和检验。

3.国内外盆地模拟水平对比

就模拟的理论、方法和软件技术而论，国内与国外的盆地模拟各有千秋，总体水平大体相当。

1）地质模型

国内水平比国外稍强。国内先进软件较早考虑了沉积间断、沉积压实、欠压实（超压）、地层单层剥蚀、多层连续剥蚀、断层、构造脊、古水深、盆地类型（拉张或挤压）、三维构造 地层格架动态再造，油气在非均匀非连续介质中复杂的运聚等。

国外先进软件近几年才开始考虑断层、构造脊、盆地类型和三维构造 地层格架动态再造，但发展很快，已经可以实际应用。其余部分与国内基本相同。

2）数值方法

（1）地史。国内对地质现象描述较多，国外较少。

（2）热史。国内的地热模型种类较少，国外较多。

（3）生烃史。国内对有机组分模型应用较少，国外较多。

（4）排烃史。国内重视排烃描述模型，国外不很重视。

（5）运聚史。国内考虑三相（油、气、水），部分采用人工神经网络方法，但总的运聚模型种类较少；国外只考虑两相（油、水或气、水），但总的模型种类较多。

总之，在数值方法上国内比国外略差，但有特色；有的已跳出确定性数值模拟的框框，开始采用人工神经网络方法和其他定性、定量相结合的系统方法。

3）软件水平

在核心模块的水平上，国内与国外大体相当，但国内的商品化程度不及国外，包装和界面较差。国内外有些软件环境是Motif／Xlib，有的则是新一代可视化语言VC＋＋及Open Inven－tor；国内有些软件综合地采用GIS技术、数据库技术和数据仓库技术，配置了强劲的数据输入、管理和分配功能，并且力求实现各层次之间、各子系统之间和各模块之间的数据动态传送，国外软件则仅有单纯的建模和仿真功能；国内外所有软件均实现了一维、二维模拟，部分软件实现三维动态模拟，但国外多数软件具有“人工干预界面”，国内则仅有部分软件具备了这一功能。

4）评价能力

国内软件已开发了将“模拟结果”“其他地质资料”及“地质家经验”三者结合起来的操作平台，在综合评价方面优于国外软件，并且研发出了基于模拟结果的油气圈闭评价子系统，国外软件暂时还无此功能。

综上所述，无论从软件的内容完整性、技术先进性来看，还是从软件的优越性、实用有效性来看，国内先进的盆地模拟软件不亚于世界上其他盆地模拟软件产品。

4.盆地模拟的主要发展规律

在内容上由单因素有机地化模拟发展为多因素综合模拟。在空间上由一维模型发展成二维模型，正朝三维模型发展。在相态方面，由单相（流体）发展成二相（油、水或气、水）甚至三相（水、油、气），朝着组分方向发展。地史模拟由正演法（从古到今）发展成反演法（由今溯古），正朝着正反演相结合方向发展。热史模拟由单纯的地球热力学法发展成地球热力学与地球化学相结合的方法，进而考虑古地壳热结构法。运聚模拟由不考虑油气二次运聚，发展成考虑油气二次运移聚集，进而考虑在复杂的非均匀非连续介质中运聚；由简化模型发展成渗流力学模型，进而考虑复杂的非线性模型。在软件集成方面，从单纯“五史”分析发展成“五史”与盆地分析相结合的综合分析，从单一数值模拟发展到多种方法综合模拟。

5.存在问题及今后的发展方向

目前，多数盆地模拟所存在的问题可归纳为：缺乏盆地分析的系统观念和工作基础；概念模型过于简化而与实际过程差别太大；数学模型单一且偏于确定性，难以描述复杂油气成藏的非线性过程；不适当地采用达西定律来描述油气运聚模型；对盆地地质作用系统及其各子系统的反馈控制机理重视不够，无法进行恰当描述；系统的数据管理和信息处理能力不足；系统的三维分析可视化和三维过程可视化功能不足。

今后的发展方向：在实体模型、概念模型、方法模型、软件模型和模拟模型的建造上继续沿着上述方向前进，力求描述油气生、排、运、聚等复杂的成藏过程；建立盆地模拟系统与地震资料解释系统、测井资料解释系统之间的良好接口，解决数据的传输与共享问题；增添人机联作的“人工干预界面”和图形编辑、空间分析功能，实现模拟计算与常规分析相结合；着重优化系统的三维可视化功能，使之真正实现“表达可视化、分析可视化、过程可视化和决策可视化”；将盆地模拟系统置于石油勘探数据银行（Data Bank）之上，并且使之具有强劲的数据管理能力和油气系统分析、区带评价和圈闭评价能力。

由于各种盆地模拟系统采用的数据结构和计算方法都不完全一样，下面几节就以中国地质大学（武汉）地质信息科学与技术研究所的油气成藏模拟系统Quanty Petrol为例来讲解各个模块的模拟。下文中所说的软件系统是指Quanty Petrol。