基于地磁与红外双模探测的海洋浮标预警系统设计

设计了一种基于地磁检测与红外感应相结合、可对浮标周围异常目标进行探测和预警的控制系统。系统采用芯片级的微型磁感线圈,以及高集成度、低功耗的数据采集与总线技术,通过探测船体磁性对地磁场的扰动,监测船舶对浮标的靠近;采用芯片级的热释电红外传感器,通过探测人体红外辐射,监测浮标在正常工作期间未知人员的入侵。系统的预警采用声光报警和图像远程传输相结合的方式,现场采集的图像数据经过压缩编码后通过无线数传电台发送至远程岸基监测站,实现海洋浮标的远程预警与现场取证功能。

天然气水合物试采：从实验模拟到场地实施

天然气水合物研究的终极目标是对其进行有效的开发利用,即实现长期安全、高效地开采,而水合物试采只是迈出了第一步。数十年的室内水合物开采方法实验及其数值模拟研究取得了显著的成果,为天然气水合物试采奠定了坚实的基础。加拿大、美国等国家先后在陆地冻土区进行了水合物试采工作,试验成果为海域水合物试采提供了宝贵的经验。2013年和2017年,日本、中国先后在不同海域实施了天然气水合物试采,并取得了成功,这是天然气水合物研究的一个里程碑式的进步,标志着天然气水合物开采技术研究从室内实验模拟逐步转到产地实施。本文回顾了各种水合物开采方法的原理及其模拟实验成果,简要介绍了水合物开采数值模拟方法与进展,评述了水合物试采的前期关键技术准备及场地实施效果,讨论了每种技术方法的局限性及面临的挑战,并针对海洋天然气水合物开采面临的科学与技术问题提出了建议。

海底冷泉的地震海洋学初探

海底冷泉活动在全球大陆边缘海域广泛分布.与传统利用高频声学方法探测海底冷泉羽状流不同,本文利用常规多道反射地震(地震海洋学)方法对海底边界附近水体进行成像,结合盆地流体逸散结构特征,圈定活动冷泉流体活动发育位置,分析其地震反射特征和流体活动特征.研究表明,活动冷泉流体渗漏、逸散活动在多道反射地震剖面上一般呈羽状、扫帚状和不规则状几何形态,内部反射杂乱,反射振幅偏弱,但也有振幅增强的情况出现,这可能是由于含有较多泥质和细粒颗粒物悬浮.所造成的.冷泉活动一般与盆地内部泥底辟、流体管道、断层和裂隙、气烟囱、海底麻坑和泥火山等流体逸散结构相关,反映了地层内部流体自深部向浅部运移,在海底渗漏、逸散形成了活动冷泉.但分析结果仍需要进一步实地观测和理论模拟等相关研究确认.

海底边界层异常(地震海洋学)反射地震特征的地球物理分析

通过对南海北部与西部大量反射地震剖面海水层部分进行再处理,与以往地震海洋学主要关注海水层内部的反射结构不同,本文重点对海底附近水体的各种复杂反射地震特征进行分类、分析与总结.与传统对海底边界层的定义不同,我们将海底边界附近的水体称之为海底边界层.本文利用传统地震相分析方法,分析海底边界层各种复杂反射地震结构的几何形态、内部反射结构、连续性、振幅以及视频率特征,结合过去相关的地震海洋学研究成果、海底边界层理论与其它各种海底附近作用/过程,不仅对中尺度涡旋、内孤立波和背风波在地震剖面上的反射地震特征进行了归类与分析,并推断最新发现的一些反射地震特征可能揭示的各种海洋作用/过程,例如不同的地震相特征可能反映了海底湍流边界层,海底沉积物再悬浮,天然气渗漏羽状流和麻坑内部异常上升流相关海底界面作用过程.结果分析表明,地震海洋学方法不仅能够对海洋内波、涡旋等物理海洋现象进行研究,同时也能够对海底附近各种复杂海洋作用/过程进行成像,从而拓展了地震海洋学的研究领域,一定程度上也能为过去不能有效对海底边界面发生的各种冷泉热液活动、生物和沉积等作用过程进行现场观测提供新的探测方法和研究视角.

含甲烷水合物非固结沉积物三轴实验

利用自主研发的水合物合成与分解一体化三轴实验装置,以中细砂作为水合物赋存介质,在不同有效围压(1 MPa、2 MPa、4 MPa)条件下,对不同水合物饱和度(0%、13.3%、26.6%、39.9%)的松散沉积物进行三轴剪切实验,探讨了水合物饱和度和有效围压对沉积物应力应变曲线形态及不同抗剪强度指标的影响规律,得到不同强度参数的经验模型。结果表明:含甲烷水合物非固结沉积物的应力应变曲线形态是水合物饱和度和有效围压共同作用的结果;抗剪强度、起始屈服强度与水合物饱和度有关,而受温度和有效围压的影响较小;黏聚力和内摩擦角随水合物饱和度的增大而增大。

SAG-2M型与KSS31M型海洋重力仪比测结果分析

为检验我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪的技术性能,验证其获取重力数据的可靠性,选用德国KSS31M型海洋重力仪开展同船比测工作。按照海洋地质调查规范分别处理了2台重力仪的原始重力数据,对2台重力仪得到的自由空间重力异常数据的交点差、测线及网格数据进行了对比分析及相关性分析。数据对比分析结果表明,两种型号重力仪测量精度相当,数据异常形态及变化趋势一致,幅值基本吻合,两者数据高度线性相关。通过此次同船比测工作,认为我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪平台稳定,测量精度与德国KSS31M型海洋重力仪相当,该比测结果对今后SAG-2M型海洋重力仪的研发及测量工作具有重要参考价值。

南海东北部地震海洋学联合调查与反演

通过地震海洋学联合调查航次,获得了同时采集的高分辨率多道地震数据与水文数据(XBT)联合调查数据.通过针对性处理获得了清晰的海洋水体反射地震剖面,捕捉到南海东北部次表层涡旋,证明了该调查方法的有效性.利用背景场约束反演方法得到海水的波阻抗、声速、密度、温度和盐度剖面,揭示了涡旋具有相对低速、高密、低温与高盐特征.处理和反演结果表明,在浅部和部分噪声较强和无约束反演区域,结果误差较大,可靠性较低.调查结果说明,获得较高信噪比的原始高分辨率地震资料采集技术方法、联合约束数据的获取、针对性的特殊处理方法和有效的反演方法是地震海洋学资料有效分析利用的重要保证.

海洋古温标研究新进展及其在冲绳海槽区的应用

表层海水古温度的重建是古海洋学研究的重要内容之一,其反演的表层洋流的演化对全球气候变化研究意义重大。近年来,3种新兴的地球化学温度指标(Mg/Ca、Uk′37和TEX86)应用十分广泛,但也是各有利弊。在冲绳海槽地区,不同古温标的应用结果差异较大,机理有待进一步探讨。从全球角度总结了3种古温标的适用性及优缺点,剖析了具体应用过程中不同古温标的区域性和时间性差异。重点综述了冲绳海槽区古温标研究历史和研究现状,强调了区域性古温标适用性研究的重要性,提出了该区域末次冰消期以来古温度演化机理研究面临的挑战。

含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数。然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH4水合物生成分解的演化规律仍不清楚。对含CH4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律。研究认为,在纯水沉积物中,电阻率随着水合物的生成不断增大;在盐水沉积物中,成核阶段的排盐效应以及生长阶段的重结晶或Ostwald熟化现象都会导致沉积物电阻率的降低;对非饱和水沉积物,气体和水在重力、毛细管力作用下、孔隙溶液离子在渗透和扩散作用下,都对沉积物电阻率造成影响。基于上述分析,提出了水合物生成过程模型,探讨了电学特性实验研究未来发展方向,对水合物电学研究具有一定的参考意义。

实验研究洞穴地层的双侧向测井响应特征

基于数值仿真构建缩小比例的双侧向测井实验平台,实现典型洞穴地层的深浅侧向电阻率测量及响应特征分析。研究洞穴尺寸、充填性质、发育位置和形状等参数对双侧向测井响应的影响,总结洞穴地层的双侧向测井响应规律,为洞穴地层的识别与评价奠定基础。研究表明:双侧向测井视电阻率随洞穴尺寸增大而减小;洞穴的电阻率与基岩对比度越大,双侧向视电阻率越低,响应特征越明显;洞穴离井眼越远,对双侧向测井响应贡献越小,视电阻率增大;球型洞穴和方型洞穴的双侧向测井响应差异大,球型洞穴对双侧向测井的径向贡献大于方形洞穴,但纵向贡献小于方形洞穴,基于测井曲线形态能大致反映洞穴形状。

水合物储层工程地质参数评价系统研发与功能验证

海洋天然气水合物储层的工程力学参数对准确评价水合物开采过程中的工程地质风险至关重要。静力触探和十字板剪切技术结合能够获得储层原位纵向连续性良好的工程力学参数,在天然气水合物开发工程-地质一体化探测与评价方面具有巨大潜力,但目前鲜见该系列技术在水合物勘查及试采中的应用。为了摸清天然气水合物储层的静力触探参数、十字板剪切参数响应规律及影响因素,进而为水合物储层工程地质特征现场评价提供依据,自主研发了天然气水合物储层工程地质参数评价试验系统。该系统能够开展含水合物沉积物五桥静力触探测试(锥尖阻力、侧摩阻力、孔隙水压力、电阻率、摄像),十字板剪切测试,并与电阻率层析成像测试结合,解释天然气水合物储层的工程地质参数响应机理。基于该系统分别针对砂土、粉砂质黏土沉积物(不含水合物)开展了功能验证性实验,并与南海神狐海域粉砂质黏土层的现场实测数据进行比对,结果证明试验数据重复性良好,试验结果与现场实测数据有可比性,系统可靠。该系统对于验证新型水合物开发工程-地质参数一体化探测技术提供了基础平台。

1:25万海洋区域地质调查地理底图编制方法——以锦西、营口幅为例

海洋区域地质调查需要信息准确、精度高的地理地图作为工作部署和成果图件编制的工作底图。海洋区域地质调查工作缺少可直接依据的地形图,需要综合编制涵盖陆地和海域的海陆一体化的地理底图,以更好地满足海洋区域地质调查的工作需要。以1:25万锦西幅和营口幅海洋区域地质调查为例,探讨了海陆一体化地理底图的编制过程和技术要点,并应用MapGIS软件编制了相应地理底图。

含水合物地层渗流特性实验研究进展及瞬态压力脉冲法适用性分析

调研了含水合物地层渗流特性实验研究进展,归纳总结了现有的缺点与不足;概述了瞬态压力脉冲法的基本原理及其应用现状,分析讨论了该方法应用于含水合物地层渗流特性实验研究的适用性。主要结论如下:保持稳定渗流难、测量耗时长和水合物易扰动是现有实验研究存在的主要不足;瞬态压力脉冲法能够解决上述不足,且测量精度高,具有良好的适用性,特别适用于我国南海含水合物地层。建议开展我国南海水合物成藏与开采过程中地层渗流特性模拟实验研究工作。

希尔伯特谱白化方法在海洋地震资料高分辨率处理中的应用

针对海洋地震资料高分辨率宽频处理的要求,也为了克服常规谱白化、反Q滤波等方法无法同时增强时域和频域局部细节的不足,基于希尔伯特黄变换(HHT)的谱白化方法对海洋地震资料进行高分辨率处理应用研究。对地震记录进行固有模态分解(EMD),得到不同尺度的IMF分量;再利用常规谱白化方法对每个分量根据瞬时频率进行合理的振幅均衡;将均衡后的IMF分量进行反变换重构地震记录,从而得到高分辨地震数据。通过理论模型和实际地震资料实验,与常规谱白化方法的对比分析,表明该方法信号局部时频刻画能力以及相对振幅保真性优于常规方法,同时表明此方法能够有效增强地震信号时域和频域的分辨率,使地震剖面更为连续和清晰,并具有较高的信噪比。

致密含气砂岩核磁共振—声波速度联合实验

为研究致密含气砂岩有效储层划分、流体识别方法,选取了典型致密含气砂岩样品,开展核磁共振—声波速度联合实验。以核磁共振实验为基础,结合压汞曲线特征,研究了储层孔隙结构特征,分析了储层可储性;以岩石声学特性实验为基础,研究纵、横波速对储层含气性的敏感性;分析了核磁共振T2谱与横波速度对岩石孔隙特征的共性反映,得出了T2几何平均值(T2gm)与横波速度之间的关系,进而建立了核磁共振—声波速度联合含气性识别图版。研究表明,目标区致密砂岩储层有4种孔隙结构,孔隙发育尺度与粗—细小喉道交互配位关系,决定了4种孔隙结构储层的储集和渗透能力。致密含气砂岩纵波速度对含气性敏感,利用纵波时差与纵、横波速比交会识别含气性效果良好;核磁共振T2gm与横波速度呈幂函数关系,为利用核磁共振测井预测地层横波速度提供了帮助。进而将不同含气岩石纵波时差与核磁共振T2gm进行交会,显示该方法对致密砂岩储层含气性具有较好的识别效果。

电阻层析成像技术及其在水合物开采模拟实验中的应用

电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用进行了综述,并分析了存在的问题,在此基础上给出了解决问题的建议,为下一步开展水合物的电阻层析成像实验提供参考。

高光谱影像奇异谱分析特征提取方法:综述与评价

高光谱遥感影像(hyperspectral imagery,HSI)通常包含几十至数百个连续波段,具有图谱合一、光谱连续的特点,能够实现地物的精细分类,被广泛应用农业、林业、城市以及海洋等领域。HSI特征提取是高光谱应用的前提,也是遥感领域的研究热点和前沿课题之一。近年来,奇异谱分析(singular spectrum analysis,SSA)被应用于HSI领域,在光谱特征和空间特征提取方面取得了较好效果,逐渐成为特征提取的一种有效方法。本文首先分析了HSI特征提取的研究进展和存在的问题;其次对SSA方法进行了系统的梳理,分别介绍了光谱域1D-SSA、空间域2D-SSA和光谱-空间组合域SSA 3类方法的作用、效果及优缺点,并在两个公开的HSI数据集和一个高分五号HSI数据上进行了分类效果验证;最后,对SSA特征提取进行了总结,并讨论了未来的研究方向。

基于热中子探测评价裂缝的示踪剂特性研究

针对裂缝热中子示踪探测方法,从中子双组扩散理论入手结合蒙特卡洛数值模拟方法,分析压裂前后地层热中子分布影响因素,并模拟不同类型示踪剂及含量的热中子裂缝响应规律,筛选最佳示踪剂并给出其在支撑剂中含量的上、下限。结果表明:压裂前后热中子计数变化量主要受裂缝宽度和标记支撑剂中示踪剂含量的影响;钆对裂缝宽度变化反应最灵敏,钆元素是作为标记支撑剂的最佳示踪元素;随支撑剂中Gd 2O 3含量的增加,热中子计数率降低,热中子计数变化量D增加;示踪剂中氧化钆的上、下限值随裂缝宽度呈指数降低,且当裂缝宽度为1.0 cm时,Gd 2O 3的质量分数上限为0.68%,下限为0.03%。

低渗透储层核磁共振实验与测井应用

针对低渗透储层岩性及孔隙结构复杂,核磁共振信噪比低、物性参数计算困难等问题,利用不同岩性的岩心开展不同流体性质和采集参数下的核磁共振实验,明确核磁共振响应特征及影响因素,并建立相应的参数计算模型。基于岩性单元分别建立核磁共振孔隙度校正模型,从而提升孔隙度计算效果。结果表明:低渗透岩石核磁共振响应受孔径影响明显,且与回波间隔、等待时间等采集参数和流体性质的关系差异较大;基于回波幅度建立的渗透率计算模型,无需对回波串进行反演,从而减少误差传递,能提高渗透率计算精度。

富有机质样品Re-Os同位素定年实验方法

近年来,铼—锇(Re-Os)同位素体系在确定含油气系统烃源岩沉积年龄、烃类生成、运移、后期调整改造年龄(古油藏热裂解、硫酸盐热化学还原反应等)以及油源示踪方面取得了一系列成果。但是,富有机质样品的Re-Os同位素体系存在元素丰度低、赋存形式复杂、同位素体系封闭性影响因素以及Os同位素组成均一机制不清等诸多难题,进而导致其构建的等时线年龄误差相对较大。通过测年样品筛选、富有机质样品化学前处理、实验流程空白控制以及国际参考标样监控等4个方面,对现有的富有机质样品的Re-Os同位素分析测试全流程进行了总结与完善,可为拟开展含油气系统Re-Os定年工作的研究人员提高数据质量,构建理想的Re-Os等时线。