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1、第三章 热史模型热史模型的功能是描述和重建含油气盆地的热史模型的功能是描述和重建含油气盆地的热史，即热史，即古热流史古热流史和和古地温史古地温史，是为生烃史、排，是为生烃史、排烃史和运聚史模拟提供烃史和运聚史模拟提供温度场温度场的关键模型。的关键模型。热史模拟本身也具有很大的意义。地热在沉热史模拟本身也具有很大的意义。地热在沉积物的成岩、演化过程中起着重要的作用，各种积物的成岩、演化过程中起着重要的作用，各种岩石化学变化和矿物转化都以温度为重要条件。岩石化学变化和矿物转化都以温度为重要条件。不仅如此，温度对于油气的保存和破坏也是具有不仅如此，温度对于油气的保存和破坏也是具有普遍意义的控制条件。
2、普遍意义的控制条件。地球内部的热传播方式包括热传导、热对地球内部的热传播方式包括热传导、热对流和辐射。一般以流和辐射。一般以热传导为主热传导为主，热对流次之热对流次之，热辐射再次之热辐射再次之。热传播最主要的热源是来自地。热传播最主要的热源是来自地球软流圈的热流，称球软流圈的热流，称大地热流大地热流，这是普遍存在，这是普遍存在的热源。此外，还可能有局部的热源，如岩浆的热源。此外，还可能有局部的热源，如岩浆侵入带、断裂活动带、放射性元素富集区等。侵入带、断裂活动带、放射性元素富集区等。本章热史模型中所考虑的热源是本章热史模型中所考虑的热源是大地热流大地热流。热史模拟目前有两种方法，一是地球热力学
3、方法，热史模拟目前有两种方法，一是地球热力学方法，二是地球热力学和地球化学相结合的方法二是地球热力学和地球化学相结合的方法(结合法结合法)。地。地球热力学方法适用于含油气盆地勘探早期，随着勘探程球热力学方法适用于含油气盆地勘探早期，随着勘探程度的进一步深入和地球化学资料的逐渐丰富，地球热力度的进一步深入和地球化学资料的逐渐丰富，地球热力学和地球化学相结合的方法在模拟精度方面更胜于单纯学和地球化学相结合的方法在模拟精度方面更胜于单纯的地球热力学法。的地球热力学法。单纯的地球热力学法的薄弱环节是缺乏对古热流史单纯的地球热力学法的薄弱环节是缺乏对古热流史的定量模拟，通常是在对盆地地热研究的基础上通过
4、人的定量模拟，通常是在对盆地地热研究的基础上通过人为或类比等方式给出盆地各地质时期的古大地热流值，为或类比等方式给出盆地各地质时期的古大地热流值，然后结合地球热力学温度史模型求出盆地各地层的古地然后结合地球热力学温度史模型求出盆地各地层的古地温史。如果模拟出的温度史的今天值与实测资料不符，温史。如果模拟出的温度史的今天值与实测资料不符，要返回去调整古大地热流值或其他热学参数。直至温度要返回去调整古大地热流值或其他热学参数。直至温度检验满足为止。检验满足为止。地球热力学和地球化学相结合的方法比单纯的地球地球热力学和地球化学相结合的方法比单纯的地球热力学法更进一步的地方在于能利用地球化学资料，在热
5、力学法更进一步的地方在于能利用地球化学资料，在目前大地热流值的基础上确定盆地各地质时期的古大地目前大地热流值的基础上确定盆地各地质时期的古大地热流值，即古热流史模拟。而古热流史是直接影响温度热流值，即古热流史模拟。而古热流史是直接影响温度史模型最重要的参数之一。由于结合法是从今天的热流史模型最重要的参数之一。由于结合法是从今天的热流值入手，故温度史模拟的结果和今天的实测温度吻合情值入手，故温度史模拟的结果和今天的实测温度吻合情况较好。况较好。从从热热史史模模型型的的功功能能上上看看，应应包包括括二二方方面面的的内内容容：模模拟拟研研究究盆盆地地的的大大地地热热流流史史和和研研究究盆盆地地内内各
6、各地地层层的的古古地地温温史史。因此，热史模型一般由下面二个子模型构成：。因此，热史模型一般由下面二个子模型构成：1、温度史模型温度史模型模拟盆地内各地的古地温史。模拟盆地内各地的古地温史。2、古热流史模型古热流史模型模拟研究盆地的大地热流史。模拟研究盆地的大地热流史。由于在盆地模拟中关于生油岩中有机质成熟度史的由于在盆地模拟中关于生油岩中有机质成熟度史的模拟和热史模拟是同步进行的，所以也有的盆地模拟系模拟和热史模拟是同步进行的，所以也有的盆地模拟系统把成熟度史模型并入到热史模型之中，这样，热史模统把成熟度史模型并入到热史模型之中，这样，热史模型又增加了一个子模型，即型又增加了一个子模型，即成
7、熟度史模型成熟度史模型。本节就地球热力学法、地球热力学和地球化学相本节就地球热力学法、地球热力学和地球化学相结合的方法介绍温度史模型和古热流史模型。结合的方法介绍温度史模型和古热流史模型。第一节第一节地球热力学法地球热力学法1、能量守恒热流方程、能量守恒热流方程(Stallman.R.W.1967)v数学模型及求解数学模型及求解描述能量守恒定律的热流方程控制着能量的传递，描述能量守恒定律的热流方程控制着能量的传递，Stallman.R.W据能量守恒定律推导了由热的传导和热据能量守恒定律推导了由热的传导和热对流两者同时发生的热流方程：对流两者同时发生的热流方程：一、温度史模型一、温度史模型(热传
8、导热传导)(热对流热对流)(热源热源)(热的净聚集热的净聚集)其其中中：Tm 温温度度 ；Ks 沉沉积积物物的的热热导导率率 cal/(cms)流体流动速度流体流动速度cm/scw、cs流体和沉积物的比热流体和沉积物的比热cal/(g)w、s流体和沉积物的密度流体和沉积物的密度g/cm3Q 热源或热汇项（大地热流）热源或热汇项（大地热流）HFU=cal/(cm2s)；t以地层开始沉积时间为以地层开始沉积时间为0起算至今天的时间坐标。起算至今天的时间坐标。该方程的特点是即考虑了热的该方程的特点是即考虑了热的传导传导又考虑了热的又考虑了热的对流对流。在上述热流方程中，在上述热流方程中，Ks，cs，
9、w，s可采用下列可采用下列方法进行计算：方法进行计算：(a)计算计算Ks：其中：其中：Kr岩石骨架的热率，岩石骨架的热率，cal/(cms)；可取可取5.11036.3103Kw孔隙流体的热导率，孔隙流体的热导率，cal/(cms)；可取可取1.348103沉积物的孔隙度沉积物的孔隙度(小数小数)，(结合地史模型结合地史模型)；用上式可求任一深度下的沉积物热导率用上式可求任一深度下的沉积物热导率。(b)计算计算cs其中：其中：cs沉积物比热，沉积物比热，cal/(g)；cr岩石骨架比热岩石骨架比热cal/(g)0.2190.214；cw孔隙流体比热孔隙流体比热cal/(g)1.008；r，w描
10、述岩石骨架和流体的比热随温度的变化常数，描述岩石骨架和流体的比热随温度的变化常数，可取可取r=0.7610-3w=0.21910-3；T0地表平均温度地表平均温度；T 地层温度地层温度；沉积物孔隙度（小数）；沉积物孔隙度（小数）；由上式即可求得任一深度下的沉积物的比热。由上式即可求得任一深度下的沉积物的比热。(c)计算计算w其中：其中：w地层温度为地层温度为T时，孔隙流体的密度，时，孔隙流体的密度，g/cm3；w0地表孔隙流体密度，地表孔隙流体密度，g/cm3，可取可取1.004g/cm3；T流体受热膨涨系数，可取流体受热膨涨系数，可取0.510-3；T0 地表温度地表温度；T 地层温度地层温
11、度。通过上式可求任何温度下的孔隙流体密度。通过上式可求任何温度下的孔隙流体密度。(d)计算计算s其中：其中：s沉积物密度沉积物密度g/cm3；沉积物孔隙度（小数）；沉积物孔隙度（小数）；w孔隙流体密度，孔隙流体密度，g/cm3，1.004g/cm3；r岩面骨架密度，岩面骨架密度，g/cm3，可取可取2.552.61g/cm3。通过上式可求任何孔隙度和岩性沉积物的密度。通过上式可求任何孔隙度和岩性沉积物的密度。确确定定了了所所需需的的各各项项参参数数之之后后，即即可可采采用用有有限限差差分分方方法法求解热流方程，最终求出盆地各地层的古温度史。求解热流方程，最终求出盆地各地层的古温度史。也也有有的
12、的观观点点认认为为，热热的的对对流流与与热热的的传传导导相相比比，已已小小到可以忽略不计的地步，因此可将热流方程简化为：到可以忽略不计的地步，因此可将热流方程简化为：该该式式是是关关于于热热传传导导的的方方程程，仍仍采采用用有有限限差差分分方方法法求求解解。在在静静水水条条件件下下的的正正常常压压实实带带，由由于于，从从热热流流方方程程中中可可知知，上上式式可可认认为为原原方方程程在在静静水水条条件件下下（正正常常压压实实）的的特特例例。模模拟拟运运算算证证明明，在在许许多多地地区区由由二二式式所所得得的的温温度度史史没有显著的差别。没有显著的差别。2、热传导温度史模型、热传导温度史模型如如果
13、果仅仅考考虑虑热热的的传传导导，还还可可推推导导（推推导导略略）出出下下列的温度史模型：列的温度史模型：其中：其中：t地质时刻地质时刻(my)；z 埋深埋深(cm)；T(z,t)时刻时刻t埋深为埋深为z处的地层温度处的地层温度()；T0(t)t时刻地表温度时刻地表温度()；Q(t)t时刻的大地热流值时刻的大地热流值，HFU=cal/(cm2s)；K(z,t)t时时 刻刻 深深 度度 z处处 的的 岩岩 石石 热热 导导 率率，cal/(cms)。特点是计算简单快速，模拟效果良好。特点是计算简单快速，模拟效果良好。上上述述温温度度史史数数学学模模型型是是一一维维的的，可可推推广广为为三三维维情情
14、况下的温度史模型：况下的温度史模型：可可考考虑虑采采用用简简单单的的数数值值积积分分方方法法，如如辛辛普普森森、梯梯形公式法、矩形法形公式法、矩形法等进行求解。等进行求解。二、古大地热流值的确定二、古大地热流值的确定在单纯的地球热力学方法中，古大地热流史的模拟在单纯的地球热力学方法中，古大地热流史的模拟是薄弱环节，没有有效的方法研究古热流史模型。一般是薄弱环节，没有有效的方法研究古热流史模型。一般假设大地热流在一定时期内是恒定的，对给定的盆地发假设大地热流在一定时期内是恒定的，对给定的盆地发育过程中的地质年龄育过程中的地质年龄(各层底界的地质年龄，距今时间，各层底界的地质年龄，距今时间，my)
15、，对古热流史模型所做的工作就是确定这些时刻的对古热流史模型所做的工作就是确定这些时刻的古大地热流值，并且以此做为全盆地今后一个时期古大地热流值，并且以此做为全盆地今后一个时期(相相应地层开始沉积到结束沉积应地层开始沉积到结束沉积)的大地热流。的大地热流。三、地球热力学温史计算过程三、地球热力学温史计算过程(单井正演单井正演)温度史计算和地史模拟同步进行，设某单井共分温度史计算和地史模拟同步进行，设某单井共分为为m套地层，各层底界的地质年龄（距今时间，套地层，各层底界的地质年龄（距今时间，my）为为t1,t2,tm，tm+1表示目前时刻。将地层按正演法表示目前时刻。将地层按正演法从从下到上依次编
16、号为下到上依次编号为1m。该井温度史模拟按以下几步该井温度史模拟按以下几步进行：进行：(1)、确定、确定m个地质时刻个地质时刻(t1,t2,tm)的古大地热流值、的古大地热流值、古地表温度和地层热导率等热学参数；古地表温度和地层热导率等热学参数；(2)、取时刻、取时刻t2，对地层按时间步长对地层按时间步长t及空间步长及空间步长z划划分小段及垂向节点，求各小段厚度、孔隙度，按给定分小段及垂向节点，求各小段厚度、孔隙度，按给定的热学参数由温度史模型计算各节点温度。在地质时的热学参数由温度史模型计算各节点温度。在地质时期期t1t2，即第一层从开始沉积到沉积结束，按即第一层从开始沉积到沉积结束，按t可
17、划可划分若干时间段，对每个分若干时间段，对每个t，均按均按z划分垂向节点。最划分垂向节点。最终计算出时刻终计算出时刻t2时时1号地层的古温度；号地层的古温度；(3)、取时刻、取时刻t3，对新沉积的地层按时间步长对新沉积的地层按时间步长t及空间及空间步长步长z划分小段及垂向节点、求所有小段厚度、孔隙划分小段及垂向节点、求所有小段厚度、孔隙度，按给定的热学参数由温度史模型计算所有各节点度，按给定的热学参数由温度史模型计算所有各节点温度。最终计算出时刻温度。最终计算出时刻t3时时1、2号地层的古温度；号地层的古温度；：依次类推依次类推(4)、取时刻、取时刻tm ，按上述步骤最终计算出时刻按上述步骤最
18、终计算出时刻tm时时1、2、m-1号地层的古温度；号地层的古温度；(5)、取取时时刻刻tm+1 ，按按上上述述步步骤骤计计算算出出该该时时刻刻所所有有地地层层的温度，此时即温度史模拟的今天值；的温度，此时即温度史模拟的今天值；计计算算整整个个地地层层的的古古温温度度时时，可可以以用用分分布布在在该该地地层层中中的的所所有有节节点点上上的的温温度度的的平平均均值值代代替替。对对全全区区所所有有的的人人工工井井均均重重复复(1)(4)，平平面面上上进进行行联联系系可可得得全全区区的的古地温分布情况。古地温分布情况。第二节第二节地球热力学和地球化学结合方法地球热力学和地球化学结合方法(结合法结合法)
19、结合法中所使用的温度史模型和地球热力学方法结合法中所使用的温度史模型和地球热力学方法相同，不同之处在于结合地球化学资料（如镜煤反射相同，不同之处在于结合地球化学资料（如镜煤反射率等）建立了古热流史模型，从而使温度史模拟更加率等）建立了古热流史模型，从而使温度史模拟更加准确合理。本节主要介绍准确合理。本节主要介绍古热流史模型及结合法的进古热流史模型及结合法的进行过程行过程。一、温度史模型一、温度史模型选用热传导温度史模型（略）。选用热传导温度史模型（略）。二、古热流史模型二、古热流史模型求古大地热流史，就是确定各地质时期的古大地求古大地热流史，就是确定各地质时期的古大地热流值。如果在目前分层情况
20、下，将时间热流值。如果在目前分层情况下，将时间t 取为各地取为各地层层底界底界的地质年龄，则求古大地热流史就是求这些时的地质年龄，则求古大地热流史就是求这些时刻的热流值。并认为刻的热流值。并认为各地层在开始沉积到结束沉积这各地层在开始沉积到结束沉积这段时期内热流值不变段时期内热流值不变，即所求出的古热流值是一个时，即所求出的古热流值是一个时期的热流值。如果盆地内钻有资料较齐全的标准井，期的热流值。如果盆地内钻有资料较齐全的标准井，则可以该标准井各地层底界相应地质年龄时的古热流则可以该标准井各地层底界相应地质年龄时的古热流值代表全盆地相同时期的的古热流值。现以标准井的值代表全盆地相同时期的的古热
21、流值。现以标准井的某地层为例，建立其底界的古大地热流史模型。某地层为例，建立其底界的古大地热流史模型。1、地层底界古热流史数学模型、地层底界古热流史数学模型据据Lerche.I(1984)，古热流史数学模型一般形式可古热流史数学模型一般形式可归结为：归结为：其中：其中：Q(t)古大地热流值，古大地热流值，HFU=cal/(cm2s)；Q0今天的大地热流值今天的大地热流值HFU；Q(t)与与Q0的关系因子，的关系因子，my-1，随埋藏时间而变化；随埋藏时间而变化；t该层底界在埋藏过程中某时刻的地质年龄该层底界在埋藏过程中某时刻的地质年龄(距今距今,ma)。而：而：其中：其中：ti该层底界今天的地
22、质年龄（距今时间，该层底界今天的地质年龄（距今时间，my）；）；该层底界的埋藏时间（该层底界的埋藏时间（my）。因而古热流史模型又可表示为：因而古热流史模型又可表示为：在在盆盆地地模模拟拟中中，常常以以埋埋藏藏时时间间为为线线索索进进行行计计算算，而而地地质质年年龄龄ti是是已已知知参参数数。关关键键是是确确定定不不同同时时刻刻Q(t)与与Q0的关系因子的关系因子的值。的值。2、关于、关于的确定的确定首先确定首先确定的取值范围。首先假定该层底界古热的取值范围。首先假定该层底界古热流值的范围在流值的范围在0和和2倍的倍的Q0之间，即：之间，即：由古热流模型知：由古热流模型知：上述不等式中有变量上
23、述不等式中有变量(埋藏时间埋藏时间)，故难以确定，故难以确定的范围。由于认为该层从的范围。由于认为该层从开始沉积到沉积结束这段开始沉积到沉积结束这段时期的古热流相同时期的古热流相同，因此可以假设埋藏时间，因此可以假设埋藏时间=0，即，即该层底界处于地表，上述不等式成为：该层底界处于地表，上述不等式成为：由由此此确确定定了了的的取取值值区区间间(-1/ti,1/ti)。如如果果地地层层过过厚厚，上上述述区区间间的的确确定定是是在在对对埋埋藏藏点点加加密密后后形形成成新新的的分层资料的基础上进行的。分层资料的基础上进行的。确定了确定了的取值区间后，对的取值区间后，对的确定采用的确定采用尝试法尝试法
24、。在区间在区间(-1/ti,1/ti)内等间距取内等间距取的若干个值，对于每的若干个值，对于每一个一个值，按照值，按照一定的准则一定的准则判定其优劣，选定其中最判定其优劣，选定其中最优者作为优者作为的取值。的取值。如：结合镜质体反射率资料确定最优的如：结合镜质体反射率资料确定最优的值。值。最佳最佳可正可负可正可负。值正时，热流从古到今由大变值正时，热流从古到今由大变小，古地温梯度也随之由大变小。小，古地温梯度也随之由大变小。为负值时，热流为负值时，热流从古到今由小变大，古地温梯度也随之由小变大。从古到今由小变大，古地温梯度也随之由小变大。除了使用镜煤反射率外确定最佳除了使用镜煤反射率外确定最佳
25、外，也可以使外，也可以使用其他地球化学资料。如用其他地球化学资料。如磷灰石裂变迹径、甾烷、荷磷灰石裂变迹径、甾烷、荷烷、芳烃、旋光、花粉等烷、芳烃、旋光、花粉等。它们与镜煤反射率起到相。它们与镜煤反射率起到相同的作用。具体方法如同的作用。具体方法如甾烷等比法、荷烷等比法、甾甾烷等比法、荷烷等比法、甾烷的芳烃法、磷灰石面积迹径数密度法、磷灰石迹径烷的芳烃法、磷灰石面积迹径数密度法、磷灰石迹径长度分布法等长度分布法等（详见油气盆地数值模拟方法（详见油气盆地数值模拟方法.石广石广仁仁.石油工业出版社石油工业出版社.1994）。）。三、结合法模拟古热流、古地温史步骤三、结合法模拟古热流、古地温史步骤(
26、单井单井)设盆地内某标准井共分设盆地内某标准井共分m套地层，各层底界的地套地层，各层底界的地质年龄分别为：质年龄分别为：t1,t2,tm。仍以某地层底界仍以某地层底界(地质年地质年龄龄=ti)为例说明其热史模拟过程。主要分以下几步进为例说明其热史模拟过程。主要分以下几步进行：行：1、求该点的今热流值、求该点的今热流值其中：其中：Q0该点的今热流值，该点的今热流值，HFU；Kt0从地表至该点的沉积物热导率倒数平均值之倒数从地表至该点的沉积物热导率倒数平均值之倒数。其中：其中：K(z)沉积物热导率；沉积物热导率；gradT实测地温梯度实测地温梯度(/100m)。2、求该点的古热流求该点的古热流在区
27、间在区间(-1/ti,1/ti)选取选取l个个值，求出值，求出l个古热流个古热流值。值。3、求该点的古地温、求该点的古地温计算出计算出l个古地温值。个古地温值。4、优选、优选l个古地温值和古热流值中的最佳者个古地温值和古热流值中的最佳者在用尝试法求出最佳在用尝试法求出最佳值的同时，取相应的古热流值的同时，取相应的古热流值和古地温值为最佳选择。值和古地温值为最佳选择。5、对对所所有有地地层层重重复复14步步。即即可可求求出出该该标标准准井井各各层层底底界的古热流史和古地温史。界的古热流史和古地温史。由于在模拟地区大量分布的是人工井点，人工井由于在模拟地区大量分布的是人工井点，人工井的分层数据等尚
28、可通过插值法得到，而地球化学资料的分层数据等尚可通过插值法得到，而地球化学资料则难以具备。对这样的井进行单井模拟时，就利用由则难以具备。对这样的井进行单井模拟时，就利用由标准井求得的古热流史来模拟古地温史。对所有的井标准井求得的古热流史来模拟古地温史。对所有的井点点(标准井和人工井标准井和人工井)的热史模拟结束后，在平面上进的热史模拟结束后，在平面上进行联系可得全区古地温的平面分布情况。行联系可得全区古地温的平面分布情况。热史模拟输出的主要图件包括：热史模拟输出的主要图件包括：单井古热流史图，单井古地温图，剖面古地温图，单井古热流史图，单井古地温图，剖面古地温图，平面古热流等值图、立体图，平面
29、古地温等值图、立平面古热流等值图、立体图，平面古地温等值图、立体图等。体图等。第三节第三节成热度史模型成热度史模型在成熟度模型中，一般采用在成熟度模型中，一般采用镜煤反射率镜煤反射率的演化史和的演化史和干酪根降解率史干酪根降解率史来反映生油岩的成熟历史，这主要是因来反映生油岩的成熟历史，这主要是因为：在生油量计算过程中，这两项指标可做为重要的参为：在生油量计算过程中，这两项指标可做为重要的参数，而除此以外的所有指标只能表达烃类的成熟度，不数，而除此以外的所有指标只能表达烃类的成熟度，不能参与生油量的计算，这对盆地模拟意义不大。能参与生油量的计算，这对盆地模拟意义不大。在本节，介绍如何在本节，介
30、绍如何计算生油岩的计算生油岩的Ro史，降解率史的史，降解率史的计算将在下一章计算将在下一章“生烃史模型生烃史模型”中向大家介绍。中向大家介绍。要计算要计算Ro史，通常要先计算史，通常要先计算TTI史。史。一、一、TTI史的计算史的计算一般认为，生油母质干酪根的热降解过程符合化一般认为，生油母质干酪根的热降解过程符合化学动力学一级反应，即：学动力学一级反应，即：其中：其中：ca是岩石中干酪根含量的浓度；是岩石中干酪根含量的浓度；t是经历的地质时间；是经历的地质时间；K是反应速率常数。是反应速率常数。反应速率常数反应速率常数K可由阿伦尼乌斯方程得到：可由阿伦尼乌斯方程得到：其中：其中：A干酪根降解
31、的频率因子，（干酪根降解的频率因子，（ma-1）；）；E活化能活化能(kcal/mol)；R气体常数气体常数(1.986cal/mol)；T绝对温度绝对温度(+273)。无论是无论是Ro史还是干酪根降解率史的计算，都以化史还是干酪根降解率史的计算，都以化学动力学一级反应公式为基础，因此上式是成熟度史学动力学一级反应公式为基础，因此上式是成熟度史模型的基础。模型的基础。假定生油岩在地温间隔假定生油岩在地温间隔TiTi-Ti-1()下经历了下经历了Gi(ma)地质时间，干酪根浓度从地质时间，干酪根浓度从ca i-1变化为变化为ca i，i1,2,n。当当Ti10时，反应速度时，反应速度Ki可视为常
32、数，因此，对化学可视为常数，因此，对化学动力学一级反应方程进行逐段积分可得：动力学一级反应方程进行逐段积分可得：将上面将上面n个式子相加可得：个式子相加可得：即：即：据据Tissot和和Welte等人的研究结果，干酪根转化成等人的研究结果，干酪根转化成烃的温度范围界于烃的温度范围界于50250之间，最有利的成油之间，最有利的成油温度为温度为100110，若以，若以Kt，Kt+10，Kt+20分别表示分别表示地温为地温为t，t+10，t+20时的反应速率，经研究，时的反应速率，经研究，有如下关系：有如下关系：上式表明，在不很严格的情况下，地温每升高上式表明，在不很严格的情况下，地温每升高10，其
33、反应速率的比值接近一个常数。据韦泊尔斯，其反应速率的比值接近一个常数。据韦泊尔斯(Waples.D1975)的研究，该比值可近似取为的研究，该比值可近似取为2，即：，即：从该式可以看出，当温度每升高从该式可以看出，当温度每升高10，反应速率，反应速率K的的值增加一倍。用温度间隔值增加一倍。用温度间隔100110时的反应速率时的反应速率K100去除前式两端，可得：去除前式两端，可得：其中：其中：riKi/K100。一般称上式右端为温度时间指数，一般称上式右端为温度时间指数，即即TTI值，因此有：值，因此有：上式是盆地模拟技术中采用的上式是盆地模拟技术中采用的TTI计算公式。计算公式。当温度间隔当
34、温度间隔Ti10时，显然时，显然ri为公比为为公比为2的等比的等比级数中的一项，称为温度系数（无因次）。据前人的研级数中的一项，称为温度系数（无因次）。据前人的研究，给出了温度间隔究，给出了温度间隔Ti10时时ri的取值的取值(见表见表)。温度范围()温度系数ri 5060 0.03125 6070 0.0625 7080 0.0125 8090 0.25 90100 0.5 100110 1.0 110120 2.0 120130 4.0 130140 8.0 ：不同温度下的温度系数表在温度史模拟过程中，由于有关参数已能同步得到，在温度史模拟过程中，由于有关参数已能同步得到，故可计算出各生油
35、层在各时期的故可计算出各生油层在各时期的TTI值，即值，即TTI史。史。在有些盆地模拟系统中，计算在有些盆地模拟系统中，计算TTI史采用以下公式：史采用以下公式：其中：其中：t埋藏时间埋藏时间(my)，由埋藏史确定；由埋藏史确定；T(z,t)古地温古地温()，由古地温史确定。，由古地温史确定。通过上式，可求得各生油层底界的通过上式，可求得各生油层底界的TTI史。史。在计算出了生油层的在计算出了生油层的TTI史之后，进一步要做的工史之后，进一步要做的工作是作是找出找出TTI值与值与Ro之间的关系之间的关系，以便根据，以便根据TTI史来确史来确定生油岩的定生油岩的Ro史。关于史。关于RoTTI关系
36、曲线的制作，石广关系曲线的制作，石广仁提供了一种方法，在仁提供了一种方法，在TTI值取对数后和值取对数后和Ro是直线关系是直线关系假设下，将各单井各地层底界假设下，将各单井各地层底界TTI的今天值和各层底界的今天值和各层底界的的Ro今天值视为观测数据，进行回归得到今天值视为观测数据，进行回归得到RoTTI关系关系曲线。曲线。一般而言，一般而言，RoTTI关系曲线可以分段表示为：关系曲线可以分段表示为：一、一、Ro史计算史计算：通过人工观察，确定用通过人工观察，确定用m个关系式来描述个关系式来描述Ro与与TTI之间的关系最为合适后，即可进行分段回归计算，确定之间的关系最为合适后，即可进行分段回归
37、计算，确定相应方程的系数，最终确定相应方程的系数，最终确定RoTTI关系曲线。关系曲线。例如，中国东部某凹陷一口标准井，从例如，中国东部某凹陷一口标准井，从Ro深度深度曲线知：曲线知：Q+N，Ed，Es1，Es2，Es3，Es4+K六个地层六个地层的底界的底界Ro(%)分别为分别为0.24，0.26，0.31，0.43，0.43，0.595这六个地层底界的这六个地层底界的TTI今天值分别为：今天值分别为：0.12，0.21，0.51，2.58，2.63，10.1 在半对数坐标纸上取在半对数坐标纸上取TTI为对数坐标，为对数坐标，Ro为直角坐为直角坐标，并将上面的关于标，并将上面的关于Ro和和T
38、TI的相应值以坐标形式点在的相应值以坐标形式点在半对数坐标纸上。通过人工观察，发现该井的半对数坐标纸上。通过人工观察，发现该井的RoTTI曲线只用两个对数表达式表示即可以了，即为曲线只用两个对数表达式表示即可以了，即为：除了按上述方法确定除了按上述方法确定RoTTI关系曲线外，还可使关系曲线外，还可使用前人研究的成果，如：用前人研究的成果，如：罗泊汀罗泊汀(LopationLopation.N.V 1971).N.V 1971)公式：公式：韦泊尔斯韦泊尔斯(Waples.D1976)公式公式：上述两个公式在一定条件下是适用的，但在我国上述两个公式在一定条件下是适用的，但在我国的模拟结果证明，很
39、多时候计算出的生油层的模拟结果证明，很多时候计算出的生油层Ro史很不史很不合理。因此，一般计算合理。因此，一般计算Ro史，均采用事先制作的史，均采用事先制作的RoTTI回归曲线后再计算回归曲线后再计算Ro史的方法。该方法由于资料史的方法。该方法由于资料取自模拟区，故所得取自模拟区，故所得RoTTI回归曲线可靠程度相对回归曲线可靠程度相对更高。更高。在在成成熟熟度度史史模模型型中中，我我们们是是采采用用了了和和干干酪酪根根降降解解率率做做为为成成熟熟度度指指标标。TTI值值仅仅作作为为计计算算Ro值值的的过过渡渡参参数数。为为什什么么不不使使用用TTI作作为为成成熟熟度度指指标标呢呢?这这主主要
40、要是是TTI难难以以反映生油岩的成熟情况，特别是难以确定生油门限。反映生油岩的成熟情况，特别是难以确定生油门限。Waples结论结论与实际情况与实际情况生油开始生油开始生油高峰生油高峰生油结束生油结束深度深度(m)TTIRo(%)深度深度(m)TTIRo(%)深度深度(m)TTIRo(%)Waples.D.W结论结论1575160中国东部坳陷某区中国东部坳陷某区270030.54000321.046001081.3中国西部凹陷某区中国西部凹陷某区17004.10.53100771.0印尼马哈卡姆三角洲印尼马哈卡姆三角洲 2.41070TTI和Ro生油门限 据据Waples.D.W的研究认为：的
41、研究认为：生油开始时生油开始时TTI=15，Ro%=0.5。生油高峰时生油高峰时TTI=75，Ro%=1.0。生油结束生油结束时时TTI=160，Ro%=1.3。经过对许多地区的实际研究发经过对许多地区的实际研究发现，现，Waples.D.W的生烃门限绝不是普遍规律。在计算的生烃门限绝不是普遍规律。在计算TTITTI值时，所做作的基本假设是值时，所做作的基本假设是“温度每增加温度每增加1010，则，则烃类成熟反应率增加一倍烃类成熟反应率增加一倍”，当活化能范围处于，当活化能范围处于10102020kcalkcal/molmol时，该假设是成立的。但是由于干酪根组分时，该假设是成立的。但是由于干
42、酪根组分和化学键的复杂性，其活化能的范围远远超出和化学键的复杂性，其活化能的范围远远超出10102020kcalkcal/molmol。TTITTI的第二假设是的第二假设是“把各种类型的有机物把各种类型的有机物视为同一视为同一”，当仅考虑煤时，这个假设是成立的。若将，当仅考虑煤时，这个假设是成立的。若将它应用于生油岩时，就不一定正确了它应用于生油岩时，就不一定正确了(TissotTissot.B.P.1987).B.P.1987)。尽尽管管TTI有有其其局局限限性性，但但由由于于TTI仍仍具具有有一一定定的的价价值值及及在在石石油油地地质质研研究究中中多多年年使使用用的的经经验验，目目前前仍仍
43、在在模模拟拟中中使使用用TTI作作为为一一项项模模拟拟指指标标。在在TTI的的使使用用中中必必须须注注意意两两点点：一一是是不不同同地地区区有有不不同同的的TTI生生烃烃门门限限；二二是不同地区有不同的是不同地区有不同的RoTTI回归公式。回归公式。由表可知，与由表可知，与Ro相比，相比，TTI值的确很难反映生油值的确很难反映生油岩的生油门限。因此在盆地模拟中，我们不用岩的生油门限。因此在盆地模拟中，我们不用TTI值值做为生油岩成熟度指标，只是用它来求解做为生油岩成熟度指标，只是用它来求解Ro值。值。求求Ro史史的的回回归归法法：盆盆地地模模拟拟中中经经常常使使用用一一种种直直接接求求Ro的的
44、行行之之有有效效的的简简单单方方法法，从从而而避避免免了了通通过过求求TTI值值再求再求Ro的转换计算方法。方法主要步骤如下：的转换计算方法。方法主要步骤如下：1、由资料制作、由资料制作Ro%与深度与深度z和埋藏时间和埋藏时间t的关系曲线。的关系曲线。2、据地史模型得生油层各时期的埋深和埋藏时间、据地史模型得生油层各时期的埋深和埋藏时间。3、据关系曲线求生油层的、据关系曲线求生油层的Ro史。史。该法简单实用，适合连续沉积盆地。该法简单实用，适合连续沉积盆地。成熟度史模拟的主要成果图件包括：单井成熟度史模拟的主要成果图件包括：单井Ro史图，史图，剖面剖面Ro史图，平面史图，平面Ro等值图、立体图等。等值图、立体图等。