南海神狐海域天然气水合物及气源条件海洋可控源电磁成像

地震剖面的似海底反射(BSR)指示了天然气水合物的底边界,并已得到钻探的验证。南海神狐海域是天然气水合物(简称水合物)研究的热点区域。然而,由于地质构造的复杂性且钻井数量有限,仅仅依靠地震与钻探研究不能完全描述区内天然气水合物及气源通道的分布。含水合物地层比围岩具有更高的电阻率,海洋可控源电磁(MCSEM)数据获得的电阻率能为水合物和气源通道检测提供重要依据。本文在神狐海域开展MCSEM探测研究,沿一条测线采集了15个站位的海洋可控源电磁场数据,通过数据处理与二维反演,实现了研究区海底二维电阻率成像。然后,通过灵敏度分析,检验了MCSEM反演结果的可靠性。结合SH-W07-2016随钻测井(LWD)和地震数据,对二维电阻率剖面进行解释,推断了剖面上水合物和游离气分布,划分了两种形式的水合物储层结构,分析了其构造成因。

水下电场测量技术研究综述

水下电场具有场源复杂、动态范围大、频带宽的特征,高精度观测难度大,对观测方式、测量传感器、仪器装备和信号处理方法均提出了较高要求。水下电场测量技术广泛应用于水下目标探测、地球物理勘探、深部地质构造研究和物理海洋等多个学科领域。文中简要回顾了水下电场测量技术发展历程;总结了国内外研究现状;归纳了水下电场测量技术研究中的关键问题与难点;综述了水下电场测量技术相关设备、平台和信号处理方法;分别列举了在水下目标探测、地球物理勘探、深部地质构造研究和物理海洋观测等多个学科领域代表性的应用案例;分析了当前水下测量技术存在的问题与不足;在此基础上展望了技术发展前景,提出了部分建设性建议。

浅谈海洋调查中的水下机器人避障技术

水下机器人在海洋调查、能源开发中的作用十分重要。本文通过多传感器信息融合技术,利用视觉传感器、水声定位系统、声呐传感器、惯性测量单元和水温水压传感器采集水下机器人的数据,进行信息融合。基于卡尔曼滤波方法,判断水下机器人的周围环境,修改运动轨迹,躲避障碍物,使水下机器人在海洋中能够自动避障。

室内海底沉积物热导率测量的原理与方法——以TK04热导率测量系统为例

沉积物热导率是计算海底热流的一个重要参数。文中以TK04热导率测量系统为例,详细介绍了实验室内热导率测量原理、样品热导率测量的各个环节,包括样品准备、测量流程、测量数据质量评估与校正等,以及沉积物原位热导率的计算,以为油气资源评价、天然气水合物评价及地球动力学研究提供高精度的海底热流数据。

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。

改善双离合自动变速器换挡品质的控制策略的研究

换挡控制策略是双离合自动变速器(DCT)技术的重点及难点。本文建立了DCT换挡的动力学模型,分析了DCT换挡性能评价指标,并提出了一种改善双离合自动变速器换挡品质的控制策略。换挡过程中采取合适的扭矩与压力控制策略,并且发动机参与控制。针对四种典型换挡工况对该换挡控制策略进行了实车测试。测试结果表明,换挡过程中车辆速度与发动机转速变化平稳,换挡时间较短,本文提出的换挡控制策略能够改善换挡品质,具有重要的参考价值。

双离合器自动变速箱半结合点标定方法研究

根据双离合器结合过程的特征,双离合器传递的力矩能够克服整车阻力矩,使车辆由静止到运动的瞬间所对应的双离合器位置称之为双离合器的半结合点。文章主要研究在实际工程项目中如何根据不同温度环境、驾驶工况等准确的对双离合器的半结合点进行标定,并通过对双离合器半结合点的标定确保蠕动、起步及换档等整车驾驶性良好,同时通过实车验证该标定方法的有效性。

南海西沙海槽地区的海底热流测量

为了解南海西沙海槽区的地热特征，利用Ewing型地热探针在该区开展了地热测量，并利用TK04热导率仪测量了相关站位表层沉积物样品的热导率，获得了7个站位的热流数据。结果表明，研究区7个站位的热导率变化范围为0．88～1．06W／m·K，平均为0．96W／m·K，地温梯度变化范围为85～120℃／km，热流值变化范围为83～112mW／m^2，平均达到95mW／m^2。分析表明测量结果与20世纪80年代中美合作在西沙海槽的地热测量结果一致性较好，说明研究区仍具有高热流特征，推测高热流特征可能与本区高热背景、莫霍面埋深较浅、断裂发育、晚期岩浆活动和基底起伏等有关。

南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3和99.9℃·km,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m^(-2);白云凹陷中部区域1 3个站位测得表层地温梯度变化于58.5～100.7℃·km^(-1),热流值除4个站位低于70 mW·m^(-2)外,其余都变化于75土2～101±4 mW·m^(-2)范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.

勘查天然气水合物资源的海洋可控源电磁发射系统

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查天然气水合物资源的有效方法之一.海洋可控源电磁发射系统是实现MCSEM的重要硬件组成部分.本文以天然气水合物在海底的一维地电模型为例,研究电偶源发射频率、发射偶极侧向漂移、源偶极矩大小对电场响应的影响,进而指导发射系统研制.该系统包括:甲板升压控制单元,可将船载大功率电能升为高压并通过万米光电复合缆输送至海底的发射机;水下变压器,可将深拖缆中的大功率高压转换为低压;拖曳式大功率电磁发射机,其内部的控制电路硬件和嵌入式驱动软件可将水下变压器输出的电能逆变为大功率矩形脉冲,并通过发射偶极将脉冲发送至海水介质中;借助水动力学设计的发射机拖体,用于装载发射系统水下部件和保持拖曳过程中的平衡与稳定;甲板端上位机监控单元,利用万米光电复合缆中的光纤实现船上计算机与海底发射机的远程数据通信.2012年5月和2013年5月海洋试验的结果均表明,所研制的发射系统可作为天然气水合物资源勘探的有效激励场源.

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50m厚的高阻层,其电阻率为25Ωm、顶部埋深为181m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/（√）Hz@（1～100Hz）.将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.

南海北部陆坡水合物勘探区典型站位不同类型热流对比

随着南海北部陆坡天然气水合物勘探工作的深入开展,在南海北部陆坡天然气水合物勘探区典型的集中了钻孔、探针和BSR三种测量方式获得的热流数据.为了解海底热流不同测量方式的差异,以及南海北部陆坡水合物勘探区的热流特征,文章以SH-2和SH-5孔作为典型站位,分别介绍三种热流测量方法并对两个站位的不同类型热流进行对比分析,结果表明:(1)在SH-2孔处探针热流与钻孔热流基本一致,但在SH-5孔处探针热流明显低于钻孔热流;采用钻孔实测沉积物平均热导率计算的SH-2和SH-5两个站位处的BSR热流都与相应钻孔热流基本一致.(2)根据地震剖面及相邻位置探针热流特征分析,SH-5站位处探针热流明显偏低,可能是受到流体活动的影响.(3)相对SH-2孔,SH-5孔具有较高的地温梯度和热流特征,可能是SH-5钻孔未钻到水合物的重要原因,而晚期泥底辟侵入可能是造成SH-5孔具有较高的温度场并导致原本赋存的水合物分解的原因.

深水大地电磁数据采集的若干理论要点与仪器技术

深水环境下进行大地电磁数据采集，信号幅值微弱，高频分量被严重衰减；仪器承载的环境压力巨大，且伴随底流推曳、淤泥吸附等不利因素；海上作业情况复杂多变，带给设备投放与回收诸多困难．针对这螳特殊问题，从理论上分析了大地电磁场在海水及其以下层状介质中的传播规律，计算了电场与磁场随不同水深的衰变比值，研讨了与仪器上浮速度相关的物理因素；从技术上阐述海底大地电磁仪的工作原理，包括信号传感器、数据采集器、声控释放单元以及机械组装部件等等．整套仪器信号分辨率达到nV级，频带宽度为10～0．3×10^3Hz，最大工作水深4000m．该仪器搭载“海洋六号”科学考察船，在我国南海中沙群岛海域进行了国内首次深水环境下的大地电磁数据采集试验．结果显示，所研发的仪器性能指标吻合先前的理论推算值，达到设计要求．我国的海底大地电磁探测技术已完全享有自主的知识产权．

南海北部海底地热测量的数据处理方法

为了解南海北部地热分布特征，使用EWING型海底地热探针在3个区域进行海底地热测量，利用TK04型热导率仪测量采自3个区域的沉积物样品的热导率，并对相关数据进行一系列校正处理，获得3个代表性站位HD343、HS82、HX129的热流密度。数据分析表明：对于EWING型探针需要对原始温度记录进行偏移量校正和平衡温度计算；不同自容式温度传感器（MTL）间的相对温度偏移量是基本固定的，取决于记录器本身的性质，与测站位置无关；插入海底后，EWING型探针记录的温度随时间的变化取决于摩擦生热的大小，如果摩擦引起的温度变化小于环境温度，温度将随时间缓慢上升，否则随时间缓慢降低；室内测量的热导率经过温度和压力校正后，一般降低4％～5％；3个站位的地温梯度分别是81℃／km、109℃／km、94℃／km，热导率分别为0．979W／（m·K）、0．785W／（m·K）、0．886W／（m·K），热流密度分别为79mW／m^2、86mW／m^2、83mW／m^2。

海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路 ,需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明 ,除遵循电路设计的一般原则外 ,海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等 4个方面的问题。在设计方案中 ,电路灵敏度达到微伏级 ;使用嵌入式计算机实现采集控制 ;对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录 ;仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。

基于热敏电阻的多通道高精度温度测量系统

以负温度系数热敏电阻为核心器件设计了多通道高精度温度测量系统。用改进的电压测量电路间接测量热敏电阻的阻值,有效地克服了电压源的干扰,测量精度高,测量分辨率可达0.01℃,测温准确度可达±0.1℃;并且该电路结构简单,成本低、功耗小、体积小,具有很高的实用价值,可用于需要精密测温的系统,如热导率测量仪的温度测量中。

南海北康盆地热流分布特征及其构造控制因素探讨

热流是天然气水合物储量估算和油气资源评价的基础数据。南海实测热流数据虽然多,但分布不均。为深入认识北康盆地的热流特征,本文首先利用北康盆地获得的实测热流数据和前人研究成果,绘制了北康盆地热流分布图;根据热流和地温梯度变化特征,重点讨论了北康盆地热流异常区的成因机制,并根据区域地质构造背景,对北康盆地热流分布主要的控制因素进行了简要分析。数据统计结果表明:北康盆地热流变化范围为43.0~115.0mW/m^2,平均为76.8±21.7 mW/m^2;地温梯度变化范围为49.0~133.1℃/km,平均地温梯度为82.2±22.4℃/km。热流整体偏高,具有西高东低,南部高、东南部热流最低的热流特征,且在盆地西北部具有明显的热流异常。分析认为:(1)热流异常区中B区是由于海底高导层埋深影响,A区和C区是由海底流体渗漏区的地下水循环导致热流异常,推测A区为补给区,C区为排泄区;(2)北康盆地热流分布明显受构造作用的控制。西北部及南部受廷贾断裂控制,而东南部为古俯冲带及古洋陆过渡带,西高东低的热流分布特征还与盆地经历的3次快速沉降作用有关,但北康盆地拉张的构造背景引起整体热流值偏高。这对北康盆地油气和天然气水合物的研究均有重要意义。

中国首次试采天然气水合物成功

天然气水合物是甲烷和水分子在低温高压下结合的化合物，1m3的天然气水合物分解后，可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，能量密度高，资源潜力巨大。据估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，甚至认为它是能够满足人类使用1000年的新能源，是今后替代石油、煤等传统能源的首选。2017年5月10—18日，中国地质调查局在中国南海北部神狐海域首次对天然气水合物（可燃冰）进行工业化试采。试采地点水深1266m，天然气水合物储层位于海底以下203~277m。天然气最高产量达3.5万m3/d，平均日产超过1万m3，其中甲烷含量最高达99.5%，连续7d零19h稳定产气，天然气水合物试采成功。试采安全评估和环境监测结果显示，监测结果显示，周围地层无明显变化，海水及周边大气等甲烷浓度无异常，环境无污染，未发生地质灾害。取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。