《水文地质学》第6章 盆地水动力和古水动力-xin

第6章地下水动力环境

第一节基本概念

1．静岩压力（lithostatic pressure）

概念：静岩压力是指由上覆沉积物的基质和孔隙空间流体的总重量所引起的压力，也可称作上覆岩层压力。

静岩压力随上覆沉积物的增厚而加大，通常用p

r =σ+p来

表示。即：静岩压力(p

r )等于颗粒产生的有效压力(σ)与孔

隙流体产生的流体压力(p)之和。

正是在有效压力的作用下，沉积物不断被压实而变得致密。

计算公式：p

r =Hρ

r

g

式中p

r————

静岩压力

H——上覆沉积物的厚度

ρ

r————

上覆沉积物的平均总体密度

g——重力加速度

2 静岩压力梯度

概念：静岩压力梯度指当上覆沉积物每增加单位厚度时所增加的压力，用Pa/m 表示。

若上覆沉积物的平均总体密度为2.3×103Kg/m3，则静岩压力梯度为2.3×104Pa/m 。

3 静水压力（hydrostatic pressure ）

概念：静水压力是指由静水柱重量所引起的压力。石油地质学中静水压力通常的含义是由“连通在地层孔隙中的水柱所产生的压力”。

计算公式：p w =H ρw g

式中p w ——静水压力

H——水覆水柱的高度

p w ——水的密度

g——重力加速度

4 静水压力梯度

概念：静水压力梯度是指当上覆水柱增加单位高度时所增加的压力，通常也用每增加1m水柱高时增加的压力，用Pa/m 单位表示。

若取水的密度取1×103Kg/m3，则静水压力梯度约为0.1×105Pa/m。

5 地层压力（formation pressure）

概念：地层压力是指作用于地层孔隙空间里的流体上的压力，又称孔隙流体压力,或称孔隙压力

如果孔隙中流体是水，则正常的地层压力等于静水压力值。

6 异常地层压力（abnormal pressure）

概念：异常地层压力是指高于或低于静水压力值的地层压力.异常高压（surpressure）：高于静水压力值的地层压力.

异常低压（subpressure）：低于静水压力值的地层压力.

最初人们是从防止钻井事故的角度出发来研究异常压力的，并常常把它看作是一种偶然的和特殊的地质现象。后来，发现含油气层与异常高压层在剖面上常有一定的关系，从而引起人们极大的注意。异常高压是普遍的现象。

第二节流体势与势场

一、势与流体势

流体势是流体动力学中的概念。引入这一概念有助于更深入地了解天然气（油）运移和聚集的机理。

势：单位物质所具有的总机械能称为势。

如果所研究的是流体的机械运动，就称流体势。

在地下流体环境中，油气水在地层中的渗流就是一种机械运动。因而，从“势”的角度看，流体自发流动的方向必然是从单位机械能较高的区域（高势区）流向单位机械能较低的区域（低势区）。

ФW 、ФO 、ФG -分别为水势、油势和气势，；

ρW 、ρO 、ρG -分别为水、油、气密度，其它符号意义同前。

能：

很显然，水头hw与水势Φ之间为线性正比关系ΦW =gh w 水头越高，水势越大。因而，水头也常用来判别地层水流动该式各项单位恰好为长度，

M.K.Hubbert的流体势概念已被广泛引用，成为人们研究油气运移规律的基础理论。但是Hubbert所定义的流体势主要考虑了流体的位能和压能，也即主要考虑了作用在流体上的两种作用力——重力和弹性力。没有考虑油气在地下孔隙地层中运动时非常重要的另一种作用力——毛细管力。因而，用Hubbert的水势概念研究地下水运动规律合适。

用由此水势概念引出的油势、气势概念研究油气运移问题时，必须把“油势”或“气势”与“毛细管压力”结合起来讨论，显然这对定量研究油气运移问题是不方便的。

Hubbert的流体势

England的流体势公式中，同样把动

层。

式中σ

O /

W

、σ

G

/

W

-分别为油-水、气-水

界面张力（N/m）；其它符号意义同前。

经简化，得到实用的水、油、气势公式

知道了水相、油相、气相的势场，就可以判别出水、油、流动方向。如水势在地层中是等势的（水势值处处

为零Φ

W =0），就表明地层水不流动，

地质上称为静水环境。如地层中各处水势不等，地层水就会自发地由水势较高的位置流向水势较低的位置，这就是地质上所描述的动水环境。同理，根据油、气势场也可以判别油、气的运动情况。

三、流体势的应用

1、应用流体势分析油气运聚单元

1）油气运聚单元的概念

油气运聚单元是盆地中具有共同的油气生成、运移和聚集历史的相对独立的单元。

它是有效的烃源岩、优势运移通道、有效的储集层、有效的盖层、有效的圈闭等要素和油气的生成、油气的运聚、圈闭的演化等成藏作用在时间和空间上的有机组合。一个油气运聚单元可以有多个有效的烃源岩体为其供烃。

2）油气运聚单元的边界与划分

a 运聚单元划分的原则

油气运聚单元的划分应主要遵循以下原则。

①油气运聚单元是盆地内部具有相似油气生成、运移、聚集和成藏特征的单元。

根据盆地内油气运移、聚集和成藏特征的不同,可以划分为若干油气运聚单元。因此,油气运聚单元的划分应以盆地油气主要成藏期的油气运移格局的研究为基础,按油气运移的路径和方向进行。

②盆地油气输导体系的分布对油气运移格局有重要影响,盆地优势输导体系的分布控制油气运移的优势方向。因此,油气输导体系的研究对油气运聚单元的划分有重要意义。

③不同地质时期,由于盆地油气运移格局的变化,盆地油气运聚单元的个数和边界也在发生变化。