盆地流體驅動因素

盆地流體驅動因素是指盆地內流體流動時受壓力驅動和熱驅動，並受構造、沉積、地層壓力和熱演化等多方面因素的控制。

孔隙水在沉積盆地中的流動是由兩種因素所致，一是壓力驅動，形成壓力流；二是熱驅動，形成熱對流。盆地流體的流動受控於盆地形成和演化，即受構造、沉積、地層壓力和熱演化等多方面因素的控制。

基本介紹

• 中文名：盆地流體驅動因素
• 外文名：Basin fluid driving factors
• 學科：沉積學
• 主要因素：壓力驅動和熱驅動
• 其他原因：構造、沉積、地層壓力
• 關鍵：動力和通道

簡介

盆地流體流動的關鍵問題是動力和通道。一般而言，孔隙水在沉積盆地中的流動是由兩種因素所致，一是壓力驅動，形成壓力流；二是熱驅動，形成熱對流。盆地流體的流動受控於盆地形成和演化，即受構造、沉積、地層壓力和熱演化等多方面因素的控制。

壓力驅動

盆地流體流動的基本原則是降低其能量，流體總是從高勢區向低勢區流動。盆地內孔隙水在壓力驅動下形成壓力流。壓力流是指發生在高壓與低壓之間即沿壓力梯度的流體流動。最重要的驅動力包括：沉積壓實、浮力、重力和構造應力及地震（如圖1）。流動被看成是水力梯度的反映。

圖1驅動力

1.沉積壓實

隨著沉積物不斷埋深，由於受上覆沉積物的重力作用而發生壓實作用，沉積物孔隙空間減少，孔隙空間的流體被擠出，進而導致盆地內流體的流動。在細粒沉積物中，由於沉積物快速沉積使得孔隙空間中的水不能有效排出，逐漸形成超壓帶。反之，超壓帶的形成暗示了流體流動障礙的存在。Bethke等 (1991)對Illinois盆地模擬研究指出：沉積速率為 30m/Ma時，壓實驅動的流動速率小於2km/Ma。根據體積和速率判斷，即使在快速沉降的盆地中壓實作用驅動流體流動也是微弱的。

2.浮力

沉積盆地中浮力主要由受溫度和鹽度控制的流體密度梯度產生，而溫度和鹽度常常隨深 度而增加。流體 密度隨溫 度的增加而減少，England等 (1997，1993)認為非對流性浮力驅動流動是埋深 3km以內的烴類的二次運移的重要機理。

3.重力

由於重力和地形差產生的流動受控於降雨量、下滲水的百分含量、水壓頭及含水層的滲透性和連續性。進入盆地流體的流動在很大程度上受盆地地貌(也是成因)的控制，如低地勢的克拉通盆地與具活躍的邊緣抬升和含水層出露的前陸盆地之間有明顯的差別。由重力和地形可導致盆地內流體沿盆地含水層進行較長範圍內的流動，比如在前陸盆地可達數百公里的流動(Bethke，1989;De-ming等，1992)。

4.構造應力和地震

構造擠壓應力對盆地流體流動的影響主要表現在兩方面：一方面是通過骨架岩石的變形改變水文地質單元和流體輸導網路的分布以及各輸導體的輸導能力;另一方面會改變地層壓力系統，比如導致超壓系統的形成或泄漏。地震活動常常產生新的或使先存斷裂再活動，從而導致流體的快速流動。Cox(1994)提出的“斷裂閥模型”較好地解釋了地震活動與斷裂帶中應力積累和釋放的過程。地震活動不僅影響斷裂發生、發展、封閉和斷裂強度，而且影響到斷裂帶流體活動及附近礦床的形成。斷裂帶活動為流體循環、水岩相互作用提供了必要條件，流體的再分配是斷裂帶中應力積累和釋放的回響。流體壓力和剪下壓力的耦合變化影響斷裂帶摩擦作用中剪下強度的變化，進而控制斷裂的發生和停止。因此斷裂帶流體活動的幕式變化指示了斷裂活動事件或地震活動旋迴(解習農等，1996)。

熱驅動

熱對流是指由於溫差所產生的熱力而導致流體的流動。由於溫度和含鹽度的變化產生密度梯度而引起孔隙水的瑞利(Rayleigh)和非瑞利對流驅動。熱對流一直被認為是穿過地下 岩層溶質運移的機理 之一(Wood和 Hewett，1982，1984;Davis等，1985)。當流體流動方向與等溫線相交時，側向流體運動將導致熱重新分布。熱流體活動導致岩石成熟度異常和物質的遷移，根據這些熱異常和成岩反應，反過來追蹤熱流體活動的流徑和判斷熱流體的活動範圍。

1.瑞利對流

瑞利對流需要非常厚的、均勻、多孔砂岩(109～300m)的存在，其中不能存在任何低滲層的夾層，如黏土層(Bjorlykke等，1988)。瑞利對流的數學模型已表明，砂岩層序中的相對薄層頁岩(0.1m)或膠結層段，將會有效地把可能大的對流團分割成較小的對流圈，以致太小而不能超過臨界瑞利值。因瑞利對流而引起的孔隙水流動非常之快，足以在 10Ma內溶解和沉澱 10%的石英(Palm，1990)。這表明，相對於成岩過程而言，如果發生瑞利對流，將對成岩產生積極、快速的影響，但這種情況可能相對罕見。

2.非瑞利對流

在具有非水平等溫線的傾斜地層中，流體總是不穩定的，這時非瑞利對流將會產生(Gouze等，1994)。非瑞利對流的速度與等溫線的傾斜度以及對流圈高度成正比關係。若對流只局限在幾米厚、有頁岩分隔的砂岩層里，就成岩時期物質運移而言，熱對流所產生的層內流體流動速度將會很小(Bjorlykke，1988)。