海底沉积物多边形断层及其对天然气水合物赋存的控制

多边形断层是一种非构造成因的小型层控伸展断层,多发育于细粒沉积物中,数量多且断距小,断层面在平面上呈不规则多边形排布,在剖面上呈倾向相近或相反的伸展断层。多边形断层的形成机制主要包括"密度反转"、"脱水收缩"和"剪切破裂",不同形成机制所主导的断层形态各有特点。"密度反转"的标志是波状地层接触面;"脱水收缩"的特征是犁状断层和生长层序,直接证据是海底沟纹和沉积物样品中的微裂缝;"剪切破裂"的特征是平直状断层和地堑-地垒式断层组合。多边形断层提高了细粒沉积层的渗透率,可作为烃类气、流体垂向运移的通道。脱水收缩形成的犁状断层流体输导性能可能弱于剪切破裂形成的平直状断层。天然气水合物作为浅表层烃类气、流体运移的产物,其赋存区域也可能会受到多边形断层的控制。分布较深的多边形断层可为天然气水合物提供气、流体运移通道,而分布较浅的多边形断层可为天然气水合物提供储集空间。

海域天然气水合物开采的4C-OBC时移地震动态监测模拟

为了掌控海域天然气水合物开采过程中的地质和环境风险,采用能够同时采集纵波信号和横波信号,并且满足实时性和长期性要求的四分量海底震缆(4C-OBC)技术,对天然气水合物储层进行时移地震动态监测。针对未来天然气水合物商业化开发时的水平井环境,通过射线追踪方法进行正演模拟,对地层模型进行地震照明分析,得到合理的4C-OBC布设参数,以期确保采集的地震数据具有良好的成像效果,并对不同开发阶段的时移地震数据进行走时与振幅分析。结果显示,差异走时与差异振幅均能很好地反映天然气水合物的开采程度,其中转换横波的效果更显著。观测系统的误差分析结果表明,震源船的定位误差不会对这套时移监测系统有明显的影响。总的来说,采用4C-OBC时移地震对天然气水合物储层进行动态监测的方案是有效的。

天然气水合物相关的Slipstream海底滑坡体速度结构模型反演

针对目前用于建立二维速度结构模型的RAYINVR软件对四分量海底地震仪(OBS)记录的转换横波无法自动反演,建模效率低的问题,采用MATLAB遗传反演算法,对RAYINVR软件进行改进,实现对横波速度结构模型各层和层中区块泊松比的自动同步反演,可以为天然气水合物勘探调查提供泊松比和杨氏模量等重要弹性参数。利用采自Slipstream海底滑坡的OBS数据,通过同步反演方法,获得该地区较为精细的纵波和横波速度结构模型,并可与附近U1326钻孔的测井数据进行对比,验证了横波速度结构同步反演建模方法的有效性。模型揭示了两个泊松比差异大的结构面:代表水合物稳定底界的似海底反射界面(BSR)(海底之下230±10 m)以及浅部异常高速体(有可能是高饱和度水合物富集的砂体)的底界(海底之下75~100 m),后者与滑脱面大致重合,指示水合物与Slipstream海底滑坡的形成有关。

海域天然气水合物开采的井中可控源电磁监测三维正演模拟

为掌握海域天然气水合物在大范围开采过程中的分解范围和分解程度,应用有限元软件COMSOL,对采用井中可控源电磁方法监测天然气水合物开采过程进行正演模拟。通过构建含高阻天然气水合物储层的三维地层模型,在比较井中垂直源监测系统相对于传统拖曳式水平源优势的基础上,分析垂直源监测系统中金属套管、垂直源深度、频率、观测误差和噪声等参数对海底电场响应的影响。模拟结果表明,金属套管、垂直源深度和电流发射频率对井中电磁监测效果的影响较大,在有套管时,垂直源的布设深度应位于天然气水合物储层之下,并采用1 Hz的低频发射电流;在小收发距时,监测系统的观测误差和噪声对有套管监测系统的性能影响不大。天然气水合物开采范围扩大时,井中垂直源监测系统可以确保海底接收器探测到相应的电场信号变化,并有效地识别开采范围的横向边界。因此,采用井中可控源电磁方法对海域天然气水合物开采过程进行储层动态监测是可行的。

含水合物沉积物孔隙结构特征与微观渗流模拟研究

含水合物沉积物孔隙结构特征分析和微观渗流模拟是水合物研究的基础性、关键性工作,对深入理解沉积物中水合物的分解机理、储层渗流机理和开采机理有十分重要的意义。总结了国内外含水合物沉积物的微观孔隙探测方法,对比分析了多种微观探测技术应用在水合物研究中的技术特点;重点分析了计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振成像(MRI)技术在含水合物沉积物孔隙结构研究中的应用现状;简述了利用微观数值模拟方法进行含水合物沉积物渗流分析的研究进展;在此基础上,展望了含水合物沉积物孔隙特征分析和微观渗流模拟研究的未来方向和挑战。

含甲烷水合物松散沉积物超声波性质的实验研究

实验模拟海域含天然气水合物松散沉积物,并测量其声学性质变化规律,以期为天然气水合物地震勘探和资源评价提供科学依据。采用一套改进的水合物超声波速度测量装置,根据反应釜内部气体压力的变化,连续监测实验过程中甲烷水合物饱和度的变化,获得被水完全饱和的松散沉积物中甲烷水合物饱和度与声波速度的关系。模拟南海神狐海域SH-7钻孔的HY-3样品,进行多个轮次的甲烷水合物形成-分解实验,实测纵、横波的速度均落在水合物非胶结曲线与胶结曲线之间,表明甲烷水合物在沉积物孔隙中同时存在胶结和非胶结多种赋存形式,在分解和合成过程中均以呈悬浮状或作为支撑颗粒的水合物优先,但少量起胶结作用的水合物始终存在,并对沉积物声学性质有明显的提升作用。

水合物藏水力压裂储层改造可行性评价模型及应用

基于层次分析法和熵值法,构建水合物储层可压性评价模型。结合水合物沉积物水力压裂实验结果,对水合物储层可压性进行评价。研究结果表明:由水合物沉积物自身属性决定的可压指数(IF)对可压性起关键作用,可压指数越高,水合物沉积物压裂形成裂缝的可行性越大。整体而言,可压指数小于0.48的水合物沉积物试样在高黏度压裂液和高压裂液排量下都未能形成裂缝,储层基本不具备可压性。可压指数在0.48~0.60之间的水合物沉积物试样已具备较好可压性条件,但需要提高压裂液排量和黏度减少压裂液滤失。可压指数高于0.60的水合物沉积物基本具有可压性,是采用水力压裂技术进行储层改造优先考虑的储层。但不建议采用滑溜水等低黏度压裂液,应采用高黏度压裂液且添加防黏土泥化膨胀组分,甚至采用无水压裂液,减少压裂液在黏土质粉砂水合物沉积物中的滤失以及抑制黏土的泥化。

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。

高铁地震波场的高精度密集观测及应用前景:基于通讯光缆的观测和处理结果

利用高清分布式光纤声波传感(HD-DAS)系统,进行高铁地震波场的高精度分布式采集。传感单元采用结构简单、成本低廉的通信光缆即可实现很好的监测效果,可以方便地根据实际环境进行布设,大大提高了野外观测的效率。采用多光缆并行布放,信号叠加后可有效地抑制噪声,提高高铁地震信号的信噪比。对HD-DAS系统采集到的高铁地震信号进行数据分析,发现高铁地震信号呈现分立谱特性。通过分析地震波信号的衰减规律,并通过频率-波数谱得到地震波在近地表的传输速度,表明光纤采集的高铁地震波信号可用于探测地下结构,并进一步实现对介质状态变化的监测,从而保障高铁的运行安全。

南海北部IODP U1500B孔早-中中新世沉积物元素地球化学特征与源区古气候浅析

通过南海北部IODP U1500B钻孔岩芯中1262.6~1288.3 m沉积物的元素地球化学分析,还原中新世早-中期(20~14 Ma)中国西南地区的气候与环境演化历史。沉积物中稀土元素分析结果显示其物源区主要为中国西南的云贵高原,主量元素比值、CIA、PIA、C值、Sr/Cu以及主成分分析结果共同指示早-中中新世沉积物源区化学风化强烈、气候温暖湿润的特征。中国西南地区距今17 Ma以来的气候基本上与全球一致,但17 Ma之前与全球寒冷干燥的状况并不相同。这可能与晚渐新世-早中新世青藏地区的强烈隆起有关:高原隆升导致南亚季风大大加强,使中国西南地区在早中新世(20~17 Ma)更加温暖湿润(尽管这段时间南亚季风在全球变冷的影响下有略为减弱的趋势);17~14 Ma,南亚季风的增强持续影响中国西南地区,此时全球气候也处于中中新世气候适宜期(MCO),两者气候变化趋势一致。

高压气体诱发煤岩动力破坏的实验研究

为了研究高压气体对煤岩材料变形破坏的作用,自主设计并制造了含高压气体煤岩实验装置,通过测量气体泄压作用诱发的煤岩动力破坏现象,研究了高压气体对煤岩材料变形破坏的作用。实验表明,当气体泄压速率小时,煤岩仅会出现轻微变形;当气体泄压速率大时,煤岩会产生破裂和破碎现象。同时发现煤岩的破坏程度不仅取决于气体的泄压速率,还取决于孔隙气体的压强。当气体泄压速率和气体压强都达到一定临界值时,煤岩才会发生剧烈破碎。通过气体压强与应变之间的关系,确定了煤岩发生破裂和破碎的临界气体压强。

水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律

选取两种不同粒径分布的天然海砂样品,在相同实验温度及压力条件下合成甲烷水合物.开展水合物降压分解X-CT微观实验,获取不同时刻的沉积物内部构成图像.对X-CT扫描图像进行阈值分割、三维重建及拓扑等效等处理,建立不同粒径含水合物沉积介质不同分解阶段的三维孔隙网络模型,研究水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律及其控制机理.研究表明,甲烷水合物微观分布非均质特征显著,分解过程开始于气-水合物接触的位置,分解初期水合物具有孔隙填充、颗粒胶结等多种赋存模式,而分解后期孔隙中主要赋存颗粒胶结型水合物.随着水合物饱和度的减小,不同粒径含水合物沉积物的平均孔喉半径、孔隙度、绝对渗透率以及两相共渗区宽度均不断增大,配位数、形状因子及束缚水饱和度逐渐减小.受水合物分解动力学行为影响,分解前期沉积物平均孔隙半径缓慢降低,水合物饱和度下降至某一临界值(小于0.1)后,平均孔隙半径和绝对渗透率急剧增大.粒径分布越窄,相同水合物饱和度下沉积物平均孔隙及孔喉半径、孔隙度和绝对渗透率越高,但不同粒径沉积介质配位数和形状因子的变化存在交叉点,表明含水合物沉积物微观孔隙结构特征受粒径分布、水合物微观赋存状态及空间分布的协同影响.

基于分布式光纤传感技术实现的小道距海上拖缆地震数据采集系统

分布式光纤声波传感利用单根光纤作为传感单元,可实时捕捉光纤沿线的声波信号,是一种新型的空间连续声波采集技术。首次提出了基于分布式光纤传感技术的小道距海上光纤拖缆地震数据采集系统,拖缆中采用单根光纤依次缠绕在多个水听器骨架上进而形成水听器阵列,不需要添加额外的分离器件,大大简化了采集系统的复杂度和制造工艺。最终实现的光纤拖缆道间距为1m,系统的声压噪声本底优于-40dB ref Pa/Hz。驻波管标定结果表明,该技术实现的水听器具有较好的声压响应一致性,声压灵敏度约为-157.8dB ref rad/uPa。湖上测试结果进一步验证了该采集系统的性能,可以清晰地采集到初至波以及由于多种界面连续反射产生的续至波。该光纤拖缆地震数据采集系统为海上地震采集提供了一种新的技术方案,小道距可以实现更精细的海底矿体成像分辨率,促进了海域天然气水合物勘探开发技术的发展。

光开关消光比对光纤检波器阵列串扰的影响

光开关是时分复用光纤检波器阵列的重要器件,对阵列串扰有着不可忽视的影响。在基于差分延时外差的解调方案下,分析了光纤检波器阵列中串扰的来源,推导了有限消光比下检波器所受串扰的表达式。通过仿真得到了在不同的阵列规模下,光开关消光比与检波器串扰之间的关系,即串扰基本随着光开关消光比增大而线性减小,随着阵列规模增大而线性增大。实验中搭建了8基元的检波器阵列,采用具有不同消光比的光开关(声光调制器和电光调制器)产生脉冲光信号,验证了理论推导以及仿真结果的正确性。

黑海西北部多瑙河峡谷北侧陆坡沉积特征及其与古气候的关系

【研究目的】在末次冰期,全球气候变化以千年尺度的快速、大幅度温度波动旋回为特征,这种波动变化在两极冰芯、深海沉积、中国黄土和洞穴石笋等诸多地质样品中均有记录。黑海位于北大西洋与东亚季风区过渡带,具有极有代表性的沉积记录。本文旨在通过对黑海沉积序列的研究,建立起其区域环境变化与北大西洋及东亚季风气候域气候变化的联系。【研究方法】研究对取自黑海西北部罗马尼亚陆坡区多瑙河峡谷北侧GAS-CS12钻孔的长22.0 m的岩芯样品,进行了粒度、矿物成分、主量元素、有机碳、总氮及碳氮同位素等分析。【研究结果】揭示出该段岩芯沉积于末次冰期中后期“Neoeuxine”湖相阶段,可划分为5个沉积单元,对应于北大西洋H4、H3、H1气候变化事件、末次冰盛期(LGM)及Bolling-Allerod气候变暖事件。【结论】建立起了其沉积序列及区域环境变化与北大西洋及东亚季风气候域气候变化的联系,印证了末次冰期千年尺度的气候变化事件在北大西洋、东亚季风区及两者过渡带上具有高度的一致性。