在生烴模擬過程中研究了TTI-Ro法、化學(xué)動力學(xué)和氫指數(shù)法三種方法以及生烴過程中的增壓抑制作用。TTI-Ro生烴模擬方法采用了較成熟的生烴模擬方法，由于國內(nèi)在化學(xué)動力學(xué)實驗方面起步較晚，主要采用通過成熟度史的模擬來獲得油氣的生烴史，因而該方法在國內(nèi)的應(yīng)用較廣，而在國外主要側(cè)重于組分化學(xué)動力學(xué)生烴模擬。因為在復(fù)雜的地質(zhì)過程中，氫指數(shù)的變化不受壓力和催化劑條件的影響，是具有普適性的參數(shù)，因此氫指數(shù)模擬得到的模擬結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映盆地的生烴量史。

1.TTI Ro法生烴史模型

TTI-Ro生烴模擬方法也稱為烴產(chǎn)率曲線法，TTI-Ro生烴模擬是根據(jù)地史模型所得的埋藏史以及熱史模型所得的古地溫史，計算出各個地層單元格的時間溫度指數(shù)（TTI）史；根據(jù)現(xiàn)今實測的Ro值以及最大埋深時的TTI值，制作TTI-Ro回歸曲線；根據(jù)TTI史以及TTI-Ro回歸曲線，計算出Ro史，即烴類成熟度史。利用各個烴源巖層的有機碳含量、有機質(zhì)類型，依據(jù)Ro 烴產(chǎn)率關(guān)系曲線即可計算出各個時期的生烴數(shù)據(jù)。

鏡質(zhì)體反射率Ro與地?zé)嵫莼芮邢嚓P(guān)，并且具有顯著的穩(wěn)定性和不可逆性，采集方法簡單而準(zhǔn)確、價格低廉。由于在沉積巖的有機質(zhì)中也普遍存在鏡質(zhì)體，所以該方法被引入到石油地質(zhì)的研究中，作為有機質(zhì)成熟度的鑒定標(biāo)志。Ro的變化除受熱作用程度（即溫度）的控制外，還受熱作用時間長短的控制。

生烴量史是每個烴源層的生油強度史、生油量史、含油飽和度史、生氣強度史、生氣量史、含氣飽和度史的總和（石廣仁，1999）。生烴量與烴源巖的范圍及烴源巖所含有機質(zhì)的濃度有關(guān)，還與有機質(zhì)的成熟度有關(guān)。各成熟階段的生烴率由成熟度與生烴率的關(guān)系曲線決定。烴源巖中有機質(zhì)含量處于不斷變化之中，現(xiàn)今測得的暗色泥巖中殘留有機質(zhì)濃度是經(jīng)過長期的降解而逐步形成的，因而需要通過當(dāng)前研究區(qū)域的熱降解資料獲取Ro和有機碳恢復(fù)系數(shù)曲線，以便獲得開始降解之前的原始有機碳的含量，同時需要降解資料獲得Ro和生烴率之間的曲線，以便進(jìn)行生烴史的模擬。

2.化學(xué)動力學(xué)生烴史模型

化學(xué)動力學(xué)法是利用化學(xué)動力學(xué)參數(shù)（生烴潛量、活化能和頻率因子），結(jié)合地溫史和埋藏史，通過求解化學(xué)動力學(xué)方程組來計算各烴源層生烴潛量隨時間的變化，從而反映生烴演化程度，得到降解率史，即成熟度史。最后，利用各個烴源巖層的有機碳含量、干酪根類型等地化資料計算得到各個時期的生烴量。

Tissot認(rèn)為，干酪根在溫度和時間的作用下向烴類轉(zhuǎn)化的過程可分為兩個階段，即干酪根（A）→降解的中間產(chǎn)物（B）→中間產(chǎn)物（C）。其中，中間產(chǎn)物被認(rèn)為是液態(tài)烴（油），而最終產(chǎn)物就是天然氣。這樣，干酪根的熱降解生油過程就可劃分為成油、成氣兩大階段。干酪根由六類不同鍵合的物質(zhì)構(gòu)成，六類鍵合的物質(zhì)降解為石油，進(jìn)一步降解為氣是六個平行的一級反應(yīng)。干酪根的降解過程：

其中反應(yīng)速率K1i和K2i可由Arrhenius方程計算得到：

式（8-15）中第一個方程體現(xiàn)了干酪根降解隨時間變化的函數(shù)關(guān)系，第二個方程用于求解由干酪根降解產(chǎn)物Y（液態(tài)烴）生成氣的數(shù)量（生氣率），第三個方程表示液態(tài)烴總量，第四個方程為物質(zhì)平衡方程，由該方程可以計算干酪根的產(chǎn)烴率（產(chǎn)油率＋產(chǎn)氣率）。

式（8-15）、式（8-16）和式（8-17）中，i為第i類鍵合（i＝1，2，…，6）；j為由Y生成氣體的類別（若僅生成CH4，取j＝1）；t為時間，Ma；A1i、A2i為頻率因子，Ma－1；E1i、E2i為活化能， kcal／mol；R為氣體常數(shù)，1．986cal／mol；T為絕對溫度，C＋273；K1i為第i類鍵合物質(zhì)裂解由Xi生成Yi的反應(yīng)速率，Ma－1；K2j為液態(tài)烴（Y）進(jìn)一步裂解產(chǎn)生Cj的反應(yīng)速率，Ma－1；Xi0為時間為0時，干酪根第i類鍵合物質(zhì)的初量，g／g（TOC）；Yi0為時間為0時，干酪根中第i類鍵合物質(zhì)產(chǎn)生的液態(tài)烴初量，取0，g／g（TOC）；uj0為時間為0時，j型氣的初量，取0，g／g（TOC）；Xi為t時刻干酪根第i類鍵合物質(zhì)數(shù)量，g／g（TOC）；Yi為t時刻干酪根中第i類鍵合物質(zhì)裂解產(chǎn)生液態(tài)烴數(shù)量，即生油量（生油率），g／g（TOC）；uj為液態(tài)烴（Y）進(jìn)一步裂解產(chǎn)生j型氣Cj的數(shù)量（若僅生成甲烷，則j＝1），g／g（TOC）。

生烴量史的模擬計算：

生油量：Oil＝H·S·TOC·ρ·U0（8-18）

生氣量：Gas＝H·S·TOC·ρ·Ug（8-19）

式中，H為烴源巖厚度，m；S為烴源巖面積，m2；TOC為烴源巖中有機碳含量，％；ρ為烴源巖密度，t／m3；U0為單位生油量，g／g（TOC）；Ug為單位生氣量，g／g（TOC）。

3.氫指數(shù)法生烴史模型

干酪根熱降解規(guī)律：同類型干酪根的氫指數(shù)具有從地表向下由淺而深逐漸降低的特征，尤其是在進(jìn)入生油門限之后，降低速率明顯加快，當(dāng)達(dá)到一定深度后在一個很小的數(shù)值上趨于穩(wěn)定。

TTPCI IH法正是根據(jù)各干酪根類型氫指數(shù)隨深度的變化關(guān)系曲線，由埋藏史得到各期次烴源層的氫指數(shù)，從而可以得到各期次的反應(yīng)速率，再根據(jù)Arrhenius方程并結(jié)合地溫史擬合各期次的表現(xiàn)頻率因子和表現(xiàn)活化能，從而得到各期次的TTPCI史，即成熟度史。再用現(xiàn)今期次的TTPCI擬合現(xiàn)今氫指數(shù)，得到各干酪根類型氫指數(shù)與TTPCI的關(guān)系，從而恢復(fù)各期次氫指數(shù)史。最后，利用各個烴源巖層的有機碳含量、干酪根類型等地化資料計算得到各個時期的生烴量。

根據(jù)干酪根類型氫指數(shù)隨深度的變化，由埋藏史得到氫指數(shù)史，進(jìn)而擬合表現(xiàn)頻率因子和表現(xiàn)活化能，得到各期次的成熟度史（TTPCI史），再通過求得的氫指數(shù)與TTPCI的關(guān)系，恢復(fù)氫指數(shù)史，最后計算生烴量史。

各型干酪根的氫指數(shù) 深度變化曲線，如圖8-10所示。

圖8-10 各干酪根類型氫指數(shù) 深度變化曲線

各類型干酪根熱動力學(xué)參數(shù)的擬合：在生油門限以下，各類型干酪根的降解特點均可用化學(xué)動力學(xué)第一定律來描述：

K＝（Hi＋1－Hi）／Hi（ti＋1－ti）（8-20）

式中，K為反應(yīng)速率；H為氫指數(shù)（IH，mg／g（TOC））；i為生油門限下某一點的標(biāo)號；t是沉降曲線上相應(yīng)點的地層年代值（Ma）；Hi和Hi＋1分別為各反應(yīng)段起點和終點的氫指數(shù)，可由各型干酪根的氫指數(shù) 深度變化曲線得到。

又據(jù)Arrhenius方程：

K＝Ae－E／RT（8-21）

式中，A為頻率因子；E為活化能；R為氣體常數(shù)；T為每一反應(yīng)區(qū)間的古溫度，通過地?zé)崾纺M獲取。

將式（8-20）求取的K代入式（8-21），并對式（8-21）取對數(shù)，即轉(zhuǎn)換為線性形式：

lnk＝ln A－E／RT（8-22）

因此，可對同一反應(yīng)階段的每一反應(yīng)區(qū)間的ln K與1／T進(jìn)行線性回歸，得到ln K與1／T關(guān)系的線性表達(dá)式，這時所獲得的截距a相當(dāng)于ln A，斜率b相當(dāng)于－E／R，于是可求出A和E。按此法求得的E和A分別稱為干酪根降解時的表現(xiàn)活化能和表現(xiàn)頻率因子。

這些表現(xiàn)活化能和表現(xiàn)頻率因子是某降解階段平行反應(yīng)著的若干類化學(xué)鍵的反應(yīng)總能量及各種地質(zhì)因素（時間、溫度、壓力、黏土礦物催化等）即TTPC綜合作用的結(jié)果。因此，它們比單純實驗室求出的結(jié)果更接近盆地的實際情況。

由于各沉積盆地的地質(zhì)條件差異很大，所以每一個沉積盆地都要擬合出自己的表現(xiàn)活化能（E）和表現(xiàn)頻率因子（A）。用TTPCI代替原來的TTI，通過將所求得的E和A值代入公式得到：

TTPCI＝Ae－E／RTΔt（8-23）

TTPCI和IH的擬合曲線如圖8-11所示。

各階段生烴量：

Q＝H＊S＊TOC＊ρ（Hi－Hi＋1）＊10－3（8-24）

式中，Q為生油門限下兩個期次的生烴量（t），為階段生烴量；H為烴源巖厚度（m）；S為烴源巖面積（m2）；TOC為烴源巖中有機碳含量（％）；ρ為烴源巖密度（t／m3）；Hi為生油門限下前一期次的氫指數(shù)［mg／g（TOC）］；Hi＋1為生油門限下下一期次的氫指數(shù)［mg／g（TOC）］。

4.生烴過程中的增壓抑制作用

干酪根熱解成烴作用是烴源巖中異常高壓的重要成因之一。由于生烴增壓作用主要是伴隨生、排烴作用而發(fā)生的，因此很難直接進(jìn)行恢復(fù)和計算，通常借助數(shù)值模擬方法來描述。生烴增壓作用包括兩個方面，一是干酪根向烴類的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致地層壓力增大；二是液態(tài)烴裂解成氣態(tài)烴的增壓作用。通過生烴作用的物理化學(xué)機理分析所建立生烴增壓機制的數(shù)學(xué)模型表明生烴越多、干酪根與烴類流體的密度差越大、烴源巖越致密，則生烴增壓強度就越大。天然氣的生成比石油的生成具有更顯著的增壓效應(yīng)。應(yīng)用該數(shù)學(xué)模型可模擬研究烴源巖演化的生烴增壓過程，并為再現(xiàn)由此導(dǎo)致的微裂縫幕式排烴的地質(zhì)過程提供定量依據(jù)。

生烴而致超壓的前提條件是厚層泥巖中含有大量有機質(zhì)，并且有機質(zhì)演化達(dá)到了大量生油氣階段，即高過成熟階段。生烴作用形成的剩余壓力大小決定于巖石孔隙體積的變化以及孔隙空間中的含烴流體和各種有機質(zhì)體積的變化。當(dāng)該壓力增大到足以使源巖產(chǎn)生微裂縫時，孔隙流體通過微裂縫排出。排液后壓力釋放，受圍壓影響微裂縫又將閉合。這說明烴源巖生烴作用不但具有明顯的增壓效應(yīng)，而且這種增壓已構(gòu)成微裂縫排烴的重要動力。值得一提的是，生烴增壓作用和微裂縫排烴作用都是發(fā)生在特定地史階段的，而現(xiàn)今地層中的異常壓力并不一定來源于生烴作用。因此生烴增壓效應(yīng)很難直接測量和計算，需要借助于數(shù)值模擬的方法來研究。

圖8-11 TTPCI和IH的擬合曲線

超壓對生烴作用的抑制表明過高的沉降速率和異常高壓阻止了液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴。其原理可用下式來表達(dá)：

式中，X為生烴潛量，g／g（TOC）；t為時間，Ma；K為反應(yīng)速率，Ma－1；A為頻率因子， Ma－1；e為活化能，kcal／mol；T為溫度，℃；R為氣體常數(shù)，1．986cal／（mol·K）；p為過剩壓力，MPa；c為常數(shù)系數(shù)。

顯然，壓力P增大，頻率因子A減小，化學(xué)反應(yīng)速率K減小，生烴過程減弱。反之增強。遺憾的是，這些研究成果并沒有給出超壓抑制生烴作用的定量表達(dá)式。在此情況下，為了避免超壓的干擾并獲得正確的模擬結(jié)果，可采用氫指數(shù)（TTRI法）來代替TTI法。

生烴作用遵循三個原則。①質(zhì)量守恒原則：在干酪根熱解生烴的反應(yīng)中源巖的總質(zhì)量守恒，即已裂解的干酪根轉(zhuǎn)化成同等質(zhì)量的烴類與非烴類產(chǎn)物。②體積守恒原則：在排烴之前，所生成的產(chǎn)物全部充填在因干酪根熱解而騰出的空間。③壓力平衡原則：油、氣、水共存于源巖孔隙中，具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)，即多相流體壓力平衡。徐思煌等（1998）基于這三個原則，對生烴增壓量（ΔP）的函數(shù)關(guān)系作了推導(dǎo)，所得的數(shù)學(xué)模型為：

式中，Mg、Mo分別為新生成的油、氣質(zhì)量；Mk為熱解的固態(tài)干酪根質(zhì)量；Pg、Po、Pk分別為油、氣、水的增壓值；φ為孔隙水的體積；ρo、ρg分別為石油、天然氣的密度；Cg、Co、Cw分別為地下天然氣、石油和地層水的壓縮系數(shù)。