陆域大地电磁基础网规划与展望

阵列式大地电磁测深是区域地球物理调查的重点发展方向之一,对标国外先进水平和国家社会的基础性需求,中国阵列式大地电磁测深工作程度依然较低,缺乏整体规划,开展全国性观测计划亟需提上日程。系统总结了当前区域地球物理学的发展趋势及国内外大地电磁网建设现状,提出了合作共建陆域多层级大地电磁基础网和大数据中心的顶层设计和规划布局,并对中国大地电磁基础网未来的重点发展方向进行了展望和思考。相关工作的顺利开展将为中国的区域地球物理调查拓展一项新属性参数,推动构建物性地球、结构地球和地球物理场四维模型,进而变革区域地球物理研究范式和工作模式,支撑中国深地探测走向世界前列。

南海西南次海盆深部结构研究进展与展望

西南次海盆位于南海渐进式扩张的西南端,共轭陆缘结构和残留扩张脊保留完整,是研究南海深部结构和动力学机制的关键区域。前期研究发现,西南次海盆洋陆过渡带较窄、同扩张断层发育、地震反射莫霍面不清晰、具有慢速扩张等特征。然而,由于不同探测方法获取的地壳结构具有多解性,使得西南次海盆洋陆转换过程、慢速扩张洋壳结构与增生模式以及龙门海山岩石性质与地幔成因机制等基础科学问题尚存争议。为此本文建议在西南次海盆开展地质取样获取海山岩石样品,确定其年龄与性质,分析扩张后海山形成的深部动力过程;并对关键构造部署高精度的地震反射/折射联合探测,结合岩石物理分析,对西南次海盆进行构造成像和物质组成参数正反演,以实现壳幔尺度的地震学透视,为探索西南次海盆洋陆转换过程和洋壳增生模式提供重要的证据,以丰富和完善南海的动力学演化模式。

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月-2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。

高分遥感技术在西昆仑大红柳滩—俘虏沟地区地质找矿中的应用

在西昆仑大红柳滩—俘虏沟地区,以WorldView-2高空间分辨率数据为主要信息源,在标准影像图制作基础上,针对性地进行图像增强处理,突出相关控矿要素和矿化信息,开展地质矿产遥感解译;利用ASTER数据开展矿化蚀变有关的遥感异常信息提取,配合适量的野外调查验证,发现了4种极具找矿前景的矿化带类型:(1)大红柳滩(含稀有金属)花岗伟晶岩带1处;(2)大红柳滩层控型铁多金属矿化带1处;(3)俘虏沟燕山期花岗岩有关热液脉型铁、铅、银、铜矿化区1处;(4)俘虏沟层控型含铜铅锌银的菱铁-赤铁矿矿化带4处;通过遥感综合分析,圈定遥感找矿靶区11处,其中A级遥感找矿靶区5处、B级遥感找矿靶区3处、C级遥感找矿靶区3处,为后续区域地质矿产调查项目规划部署和矿产资源勘查评价提供依据。因此,高分遥感技术在西昆仑地区矿产地质综合调查中作用显著,可实现找矿工作的快速突破,值得在相同或类似区域进一步推广应用。

中国海域1∶100万区域地质调查主要成果与认识

中国海域及邻区是建设“21世纪海上丝绸之路”、打造海洋命运共同体和推动可持续发展的关键地区,也是地球科学最具有典型性和代表性的研究区域之一。中国管辖海域1∶100万区域地质调查是一项以国家需求为导向、以解决重大地球系统科学问题为目标的基础性公益性工作。中国地质调查局通过近20年的持续调查,实现了对中国管辖海域1∶100万区域地质调查的全面覆盖,系统地获取了海洋地质和地球物理基础数据,形成了基于实测数据的“一图一库一报告”,大幅提升了中国海洋地质调查工作程度。这项工作填补了中国小比例尺海洋地质国情调查的空白,初步摸清了中国管辖海域地质环境条件和资源环境潜力,取得了一批原创性的认识,为建设海洋强国提供了详实可靠的地质资料,为提升区域地质科学的认知水平奠定了坚实基础。

世界海洋地质调查发展历程与启示

综合考虑社会发展、文明演进、国家需求、科技进步、人才成长等因素,将世界海洋地质调查发展历史划分为"萌芽期""初创期""发展期""成熟期"和"升级期"5个阶段,探讨了不同阶段海洋地质调查的工作目标、主要特点和标志成果等,在此基础上总结凝练历史发展规律和启示,并结合我国实际提出海洋地质工作发展的相关建议。

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

钻遇莫霍面是人类一直以来的梦想。深海海底是地球上离莫霍面最近的地方,目前有研究推测南海是世界上莫霍面深度最浅的海域之一,但缺乏足够的直接证据。深反射地震探测可以直接揭示岩石圈的构造形态,是莫霍面探测的重要手段。本文基于长达15000 km的深反射多道地震剖面的解释、处理、制图和分析,结合前人的研究,形成了南海海盆区莫霍面反射特征和空间分布的初步认识。①南海东部次海盆南部早期经历了较快速扩张,岩浆供应充足,受扩张停止后岩浆活动影响较小,基底平坦,地质构造相对简单,同时洋壳地震速度结构不存在异常,且有较强的广角莫霍面反射波和可识别的地幔顶部折射波,具备莫霍面钻探的基本条件。②南海海盆不同区域的莫霍面反射强度存在较大差异。其中东部次海盆莫霍面反射最为强烈且清晰,西北次海盆次之,西南次海盆仅有零星出现的清晰莫霍面反射且可信度不高。③识别南海海盆区莫霍面地震反射长度超过3500 km,首次形成了海盆区深度域莫霍面地震反射空间分布图。与重力反演的莫霍面深度相比,利用深反射多道地震计算的莫霍面深度细节更为丰富,并且可以在垂向上清晰刻画莫霍面的结构。整体上,南海海盆区莫霍面地震反射强烈和可信度高的区域中,深度较浅的区域之一是东部次海盆南部,最浅处仅约9.5 km,其中水深4.01 km,洋壳厚度仅5.54 km。综合判断,东部次海盆南部是南海重要的莫霍面钻探备选区,这对南海莫霍面钻探选址具有重要意义。

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。

南海东部次海盆南侧基底结构与沉积特征及其控制因素

南海东部次海盆经历了完整的海底扩张过程,对其进行从北至南、从东到西系统的研究有助于进一步认识南海的演化过程。通过南海东部次海盆3条多道地震剖面的解析,对其基底形态、沉积充填和岩浆活动特征进行研究,首次揭露了南海东部次海盆南侧东西向的沉积-构造特征。结果表明,南海东部次海盆南侧基底主要分为两种类型:一种为崎岖不平、深海丘陵和海山发育,且基底隆起表现为“东高西低”;另一种基底相对平坦,局部有岩浆侵入。两种基底形态受海底扩张速率、板片俯冲挠曲和扩张后岩浆活动等因素综合控制。东部次海盆南部的沉积充填类型主要有3种,受构造、沉积作用和物源供给共同控制,总体上呈现出邻近扩张脊一侧沉积薄、靠南部陆缘一侧沉积厚;东部边缘因构造挠曲等因素,基底构造隆起更强,形成较薄沉积,厚度最小处约160 m。基于沉积-构造-岩浆特征,构建东部次海盆南部海底扩张末期以来(16 Ma至今)的沉积-构造演化模型,对南海形成演化研究具有重要意义。

物探船谐波综合治理方案研究

先进的三维物探船是电力推进形式的科考船,配置有变频控制的大功率推进电机和震源空压机,电站谐波必须进行控制,否则将导致高精度信号的采集和运算产生较大误差。文章以国内首艘自主设计的某三维物探船为例,根据投资预算、谐波控制指标、勘探作业特点、动力冗余等要求,对变频器选型论证、对发电机参数调整,制定全船谐波的综合治理方案,对同类船舶动力系统的设计具有借鉴意义。

基于高分辨率卫星遥感技术的风化层厚度制图方法

区域尺度风化层厚度是制约民用和军事地质工程施工、陆域军事交通能力重要因素之一。传统方法通常都需要大量的野外踏勘和实地采样,效率较低,在人迹罕至、人不能至的地区无法完成。因此,利用高分辨率遥感技术开展区域尺度风化层厚度制图研究具有非常重要的意义。在野外调查的基础上,利用国产高分二号卫星数据,采用人机交互目视解译方法获取研究区岩性、土地覆盖类型分布图,并基于ASTER GDEM数据获取地形地貌图像;然后,以坡度、岩性、土地覆盖类型为影响因子,基于云模型理论和方法综合评估获取研究区的风化层厚度图,制图结果与野外验证数据吻合度较好,精度可达81.69%。

三维物探船6缆扩充到8缆物探作业系统的升级改造

三维物探船拖带数字地震电缆能力是衡量物探船作业效率的重要依据。在设计初期,可扩充为三维6缆的物探船。随着设计的深入,对于船舶的空间及动力系统、稳性、船体结构强度等进行合理评估,同时对艉部物探作业系统进行了进一步优化,最终升级为国内第一艘三维8缆作业物探船。艉部物探作业系统合理空间位置的预留,为升级改造提供了可行的方案。经过此次升级改造,提高了船舶的物探作业效率,使物探作业性能指标达到国际先进水平。

RS and GIS-based Statistical Analysis of Secondary Geological Disasters after the 2008 Wenchuan Earthquake

Using RS and GIS means, this article analyzes the general geological characteristics and the structural belt distribution features in Wenchuan County, Sichuan province, P.R. China as well as the characteristics of the large-scale landslides, mud-rock flows, earthquake lakes, etc., after the earthquake on May 12, 2008. Based on the above work, comprehensive indoor and outdoor research is launched on disaster distribution characteristics and their relationship with earthquakes, terrains, strata, lithology, and structures. Weights of evidence method is utilized to quantitatively analyze and evaluate the spatial distribution of secondary geological disasters after the earthquake occurred. 3 remedying grades for secondary geological disasters are derived from the results of the weights of Evidence, followed by suggestions given to remedy earthquake secondary disasters.

基于RS/GIS的汶川震后次生地质灾害统计分析

采用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)相结合的手段和方法,分析了汶川地区区域地质概况、主要构造带的分布性状,以及2008年5月12日地震后大型滑坡、泥石流、堰塞湖等地质灾害的发育特征。在上述工作完成的基础上,进一步开展室内外综合研究,从遥感宏观分析角度通过对地质灾害分布特征以及与地震、地貌、地层、岩性、构造等相互关系的综合分析,利用证据权重法对区域地质灾害发生发展的空间性做出定量的综合评价,并依此提出对研究区的灾害治理进行分级,随后给出治理的建议。

天然气水合物降压开采过程井周水合物的二次形成

采用降压法开采天然气水合物,受分解吸热效应影响,地层温度降低区域的范围不断扩大。同时,生产井周水合物分解区受气体节流膨胀效应影响,温度降低现象更加显著,在一定的温、压条件下会出现水合物或冰形成,导致该区域内储层有效渗流通道被堵塞,渗流阻力升高,影响水合物分解气体的产出。通过自主研发的水合物分解区逆相变形成演化试验装置,模拟不同生产压差下水合物分解产出气体从分解前缘渗流至生产井筒这一过程,采集和计算试验过程中的储层温度、压力、饱和度等参数变化,探究分解区内影响冰与水合物二次形成的主控因素。结果表明:水合物分解气体在较大生产压差作用下受气体节流膨胀效应影响,会在生产井周5 m内引起温度下降,导致水合物二次形成;压差越大水合物二次形成的范围越向井壁缩小,且温度易降至0℃,形成冰堵,抑制气体产出;小压差情况下分解气供给小,造成分解前缘前部水合物二次形成区域范围大,但水合物二次形成量小;低渗透水合物储层气体流速低,气体节流膨胀效应减弱,水合物二次形成带窄。

基于InSAR技术的中国地表形变一张图研制

地表形变危害巨大且深远,利用合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术监测地表形变虽已较为成熟,但是超大范围,甚至全国范围的地表形变快速提取仍充满挑战。为快速获取全国地表形变信息,设计了一种基于超算并行计算的广域地表形变快速提取优化方法,并对干涉集基线组合方法、广域相位解缠算法、大气效应改正方法等进行了改进和创新。基于该方法,采用10157景哨兵1号数据,研制了中国全境2021年度40m分辨率地表形变速率图,经验证形变速率精度为4.82mm/a,有效覆盖度为94.6%,图幅间无明显接边差异。同时对国内典型地表形变区域进行了分析。研究为广域地表形变常态化快速提取提供了参考。

南海天然气水合物钻采机理与调控研究进展

海域天然气水合物试采存在井壁易失稳、井漏、流动安全风险高、储层改造困难、单井日产气量低、稳产时间短等一系列技术难题,水平井、多分支井等有望提高产气量的复杂结构井钻采难度更大。本文基于对国内外水合物钻采研究进展以及已开展天然气水合物勘探、试采工程现状的跟踪调研,总结分析了海域天然气水合物试采面临的关键技术难题,进而根据我国南海天然气水合物试采工程特性,对天然气水合物储层力学特性动态演化规律及工程响应机制、井筒工作液与天然气水合物储层作用机理和调控方法、天然气水合物钻采井筒多相流动障碍形成机制与安全控制方法、储层天然气水合物相变和渗流多场时空演化规律、天然气水合物储层结构改造理论与高效开发模式等方面研究进展进行了论述,以期为我国海域天然气水合物钻采理论及技术的发展提供借鉴。

天然气水合物开发数值模拟器研究进展及发展趋势

天然气水合物是极具前景的可接替能源,是当前能源领域研究的热点之一。2017年中国已将天然气水合物列为第173号矿种,并制定了长远规划研发开发技术。天然气水合物的开发是一个涉及温度场、渗流场、应力场及化学场等的多场耦合问题,数值模拟是研究该类问题的重要手段。在简要概述天然气水合物藏的分类、开发方法及全球已开展的天然气水合物试采情况的基础上,系统总结了当前使用的主要天然气水合物数值模拟器及其发展脉络,并对各模拟器的特点进行了讨论对比;尤其重点介绍了使用最广泛的研究型模拟器TOUGH+HYDRATE系列程序。最后讨论了水合物模拟中存在的问题及发展方向,认为水合物藏精细描述、基础模型及参数获取、储层应力特征以及模拟结果可视化等是未来发展的重要方向。