在過去漫長的26年里，吳沖龍教授及其科研團隊圍繞三維油氣成藏動力學模擬原理、方法與技術，進行了艱難而卓有成效的探索。

吳沖龍教授及其科研團隊研發的具有開拓性和原創性的相關理論方法、技術和軟件成果，已經在珠江口、塔里木、四川、華北、二連和百色等盆地的數十個凹陷中進行了試驗和應用，在解決這些地區油氣成藏與資源評價重大難題的同時，不斷地得到改進、優化和升級。《油氣成藏動力學模擬原理、方法與技術》是上述理論探索研究與技術研發工作的系統總結。我相信，該專著的出版，將會有力推進油氣成藏動力學模擬理論體系、方法論體系和技術體系研究進入新階段，在我國油氣行業數字油田建設和油氣勘查數字化轉型過程中起到重要的示范與指導作用。

康玉柱

中國工程院院士

2023年5月18日

油氣成藏動力學模擬或稱油氣系統模擬作為一項綜合性新技術，是對盆地分析、盆地模擬、油氣資源定量評價和油氣系統分析的繼承和發展，對于深化地質認識、降低油氣勘探風險、提高勘探效益有重大意義，因此引起了學者廣泛的重視。

該項技術早期發展的雛形是盆地模擬技術，在近幾十年來發展極為迅速。自德國尤利希公司有機地球化學研究所于1978 年建立起世界上第一個一維盆地模擬系統以來，國內外許多大的石油公司和研究機構都相繼開發出規模不同、特色各異的一維或二維盆地模擬系統。

盆地模擬

所謂盆地模擬(basin modeling)，是從盆地演化和油氣成藏機理出發，通過對盆地地質結構和地質過程的數字化和程序化，運用計算機定量地再現油氣盆地的形成和演化、烴類的生成和排放的一項數字仿真技術。換言之，盆地模擬技術是針對含油氣盆地整體演化歷史的一種快速、定量、綜合的數字化和自動化分析手段。

盆地模擬系統的應用，使石油地質學家們看到了定量揭示盆地演化和油氣成藏規律的希望，在國內外的油氣勘探和研究中發揮了重要作用，為油氣資源評價作出了貢獻。盆地模擬技術的研發和應用因此得到了迅速發展，然而，也暴露出一些發人深思又亟待解決的問題，主要表現在：

• 不切實際地期盼著僅用少量簡單的“關鍵參數”構建出萬能的模擬模型和軟件，去面對和描述復雜的油氣盆地，而未能充分考慮并挖掘源自各種勘查技術手段的數據本身所隱含的信息；

• 地質實體模型過于簡化，缺乏從系統論的角度來綜合考察盆地(或坳陷)中油氣生—排—運—聚—散各子系統的控制與反饋控制關系，只考慮地質作用子系統之間的控制作用，而未考慮反饋控制作用；

• 用于模擬的概念模型過于抽象，未充分顧及具體盆地形成演化的實際情況，尤其缺乏從原型迭合的角度來掌握盆地演化的總體方向及局部逆轉情況；

• 所使用的數學模型過于單一，未能充分地考慮油氣生—排—運—聚—散的階段特點，尤其是缺乏從非線性的角度來深入考察盆地地質作用的復雜過程及其影響因素等。

大量研究結果表明，沉積盆地是同沉積的內動力地質作用、外動力地質作用和內外動力聯合地質作用賴以進行的獨立而完整的基本地質單元。盆地系統是一個巨型的復雜開式系統，從盆地演化的角度看，各種地質作用也是它的子系統。而這些內、外動力地質作用子系統，可分解為更低級的子系統。例如，成藏作用子系統(即油氣系統)可分解為生烴作用、排烴作用、運烴作用和聚烴作用等次級子系統。每一個子系統和次級子系統都有自己發生、發展的規律和方向，有很強的抗干擾能力，并且都服從于盆地系統整體演化的總規律、總方向。由于相鄰子系統及次級子系統之間都沒有明確邊界，它們相互穿插、相互制約，任一子系統或次級子系統的狀態變化，都會直接或間接影響相鄰子系統的狀態變化，甚至導致盆地系統的總體變化。因此，在進行油氣成藏動力學模擬軟件研發時，應當將盆地石油天然氣的生—排—運—聚—散過程和機制置放于盆地系統中，整體地、聯系地、動態地進行考察。從系統論和控制論的角度看，盆地分析的思路可以概括為整體分析、關聯分析、反饋分析、動態分析和定量分析。

▲ 油氣系統的層次結構模型

I 和O 分別代表輸入與輸出

資料來源：吳沖龍等(2000)

本書作者認為，盆地模擬和油氣系統模擬既不能代替也不能脫離盆地分析和油氣系統分析而單獨進行。應當如實地將盆地分析和油氣系統分析看作一種多層次、多尺度、多目標的系統分析與系統評價；將盆地模擬和油氣系統模擬看成是盆地分析和油氣系統分析的定量化手段。作為人工系統，盆地模擬軟件系統也應有層次結構，油氣成藏動力學模擬軟件系統即油氣系統的模擬軟件系統，是盆地模擬軟件系統的子系統。油氣成藏動力學模擬軟件系統的概念模型，應在數據-模型聯合驅動的一系列盆地分析和油氣系統分析基礎上通過綜合得到，而不能采用所謂的理論模型來生成；不必刻意追求統一和完整的動力學表達方式，而應當特別注重盆地三維空間實體及其演化歷史的虛擬孿生和系統仿真，將盆地構造-地層格架的拓撲結構模擬與盆地地熱場、流體壓力場及油氣生—排—運—聚—散的動力學、非動力學模擬結合起來，實現盆地及其油氣系統形成演化的動態模擬。

為了探索解決這些問題的途徑與方法，并給出切實可行的軟件工具，研究團隊先后承擔了一系列國家級和省部級科學研究與技術開發項目。經過多年的探索性研究和開發，團隊借鑒大數據的理念與方法，將盆地模擬技術發展成以盆地定量分析為基礎的綜合性油氣成藏動力學模擬技術，實現了系列新的觀念、理論、方法和技術的創新：

• 在研發過程中，把油氣成藏動力學模擬的方向，從單因素的有機地球化學模擬轉變為多因素的盆地演化綜合模擬；

• 把模擬的目標，從單目標的靜態生烴潛力評價，發展到了多目標的成藏動力學評價；把模擬的對象，由二維聯井剖面模擬轉變為三維盆地(坳陷)或凹陷(洼陷)整體模擬和系統模擬；

• 把模擬的內容，從傳統的單一地熱史、沉積史、埋藏史、生烴史、排烴史、運聚史模擬推進到多史結合模擬和系統動力學模擬；

• 把模擬的方法，由單純的有模型的第三范式線性數值仿真轉變為無模型與有模型結合、大數據與小數據結合的第四范式非線性仿真。

（a）劉家洼陷斷層面與地層面描述數據的可視化

（b）劉家洼陷的現今(Nm+Qp 末期)構造-地層格架模型

（c）劉家洼陷各個地質時期的構造-地層格架的演化

▲ 根據東部某凹陷劉家洼陷斷斷層和地層描述的數據文件（a），構建了該洼陷現今三維構造-地層格架模型(b)，運用基于上述原理方法研發的軟件進行四維反演和正演，再現了該洼陷各個地質時期的構造-地層格架的演化序列(c)。

團隊采用的技術路線是：

• 將動力學模擬與拓撲結構模擬結合起來，以拓撲結構模擬再造油氣生—排—運—聚—散過程的物質空間；

• 將經典動力學模擬與系統動力學模擬結合起來，以系統動力學模擬反映子系統之間的反饋控制關系和整體的非線性過程；

• 將數值模擬與人工智能模擬結合起來，以人工智能模擬體現地質學家的思想、方法、知識與經驗，解決局部過程的非線性問題。

遵循這一技術路線，研究團隊在研發過程中，以一系列典型盆地(或凹陷)為例，將傳統的盆地模擬與油氣成藏動力學模擬融為一體，具體地建立盆地(或凹陷)構造格架、地層格架和生—運—儲—蓋組合的三維虛擬孿生(非動力學)模型，以及盆地地熱演化和油氣生成、排放、運移、聚集、散失的三維非動力學與動力學結合的模型。然后，通過多個盆地的類比，抽提出相應的概念模型和模擬模型。

針對軟件設計和編程實現，團隊綜合地運用確定性數學、隨機數學、模糊數學、人工智能、經典動力學和系統動力學等，來描述所建立的各種實體模型和概念模型，并且將盆地構造格架、地層格架及生—運—儲—蓋組合的非動力學模擬，與盆地地熱演化及油氣生成、排放、運移、聚集、散失的動力學模擬耦合起來，把確定性模擬與隨機模擬和人工智能(人工神經網絡系統)模擬等方法結合起來，并且采用各種嵌套技術和圖示技術，實現了油氣成藏動力學過程的三維動態和可視化模擬。

▲ 三維油氣成藏動力學模擬系統(QuantyPetro)的邏輯結構模型

基于上述各項探索性研究，團隊開發出一個綜合性的三維油氣成藏動力學模擬軟件系統(QuantyPetroMode)。在中國地質大學北京和武漢兩地培養出相關方向的博士20 余名、碩士50 余名，還先后獲得國家技術發明專利十余項、軟件著作權十余項；在國內外學術刊物和會議上發表相關論文160 余篇。通過對國內二十幾個大油氣田的實驗，證明其對不同時代、不同類型油氣盆地和油氣系統具有較好的實用性、適應性。

2005 年夏天，團隊一行9 人攜帶階段性研發成果和一組論文，參加了在加拿大召開的國際數學地質協會年會(Proceedings of IAMG ’05)，與國外同行專家進行了系統的交流，引起了國外同行專家廣泛的興趣和關注。其研究成果相關論文被國際雜志刊載并收入專著。此后，團隊又承接了國家和三大油公司的多個重點研究課題，對研究內容和成果做了進一步開拓、深化和應用示范，特別是最近幾年來，在頁巖氣資源預測和評價方面開展了新的探索和研發，取得了一些新的進展。

地質信息科學與技術叢書是作者團隊在這個領域進行長期探索性研究的成果匯聚。最新出版的《油氣成藏動力學模擬原理、方法與技術》（吳沖龍等著. 北京 : 科學出版社, 2025. 1）是叢書的第四部，即為上述理論探索研究與技術研發工作的系統總結。

(地質信息科學與技術叢書)

ISBN 978-7-03-080840-0

責任編輯：黃 梅 沈 旭 李佳琴

在本書中，著重介紹了油氣成藏動力學模擬的基本概念和理論、方法論、技術體系框架，以及軟件系統設計的原理與方法，其中包括油氣成藏動力學模擬軟件的系統工程模型、油氣勘查數據管理、油氣系統三維地質建模、盆地構造演化模擬、盆地地熱場模擬、盆地構造應力場模擬、油氣生成排放作用模擬、油氣運移聚集人工智能模擬、油氣成藏系統動力學模擬、頁巖氣資源潛力模擬評價。每個部分都結合盆地、坳陷、凹陷、洼陷或區塊的實際，開展了實驗模擬。油氣成藏動力學模擬是盆地定量分析、油氣系統定量分析和數據密集型計算的結合，書中借鑒并融入了國內外的相關研究開發成果，體現了大數據、系統性、先進性和創新性特色。

本書各章節分工明確，初稿編寫完成后由吳沖龍統一編纂定稿。整個研究開發工作歷時長久，先后有70余人參與，團隊對所有參與人員的貢獻表示衷心感謝。同時，在項目研究過程中，得到了多位院士、研究員及相關單位的關心和支持，團隊也向他們致以誠摯的謝意。

三維油氣成藏動力學模擬評價軟件的研發，面臨的理論、方法和技術難題還很多，有待進一步探討和研究。我們的工作是初步的，而本書也僅僅是對已做工作的總結和展望。書中的不足和錯誤，歡迎同行專家和讀者們批評指正！

本文摘編資本《油氣成藏動力學模擬原理、方法與技術》（吳沖龍等著. 北京 : 科學出版社, 2025. 1）一書“前言”“序”，有刪減修改，標題為編者所加。

(地質信息科學與技術叢書)

ISBN 978-7-03-080840-0

責任編輯：黃 梅 沈 旭 李佳琴

本書可作為從事油氣勘查開發、頁巖氣評價工程技術人員、科學研究人員和教員，以及博士生、碩士生和本科生的參考書。

（本文編輯：劉四旦）

（本文編輯：洪弘）

地球為你而轉！

歡迎關注：賽杰奧（sci_geo）

科學出版社地球科學訂閱號