海洋天然气水合物地震检测技术及其应用

天然气水合物具有能量密度高、分布广、埋深浅、成藏物化条件好、清洁环保等特点,是未来石油天然气的理想接替能源。我国海域深水广大地区具有天然气水合物形成所需的物源、温压及地质构造等成矿条件,资源前景广阔。地震检测技术是寻找海洋天然气水合物的行之有效方法,在世界各海域得到广泛应用并取得实效。我国通过多年的水合物勘查实践,研发了一套适合我国海洋天然气水合物的地震检测技术,包括水合物地震识别处理技术(保幅处理、子波零相位化、精细速度分析等)和地震属性提取技术(AVO反演及定量模拟检测、波阻抗反演、相干体检测、稳定带顶底面检测等)。运用上述技术已发现南海北部陆坡天然气水合物存在的似海底反射层(Bottom Simulating Reflector,BSR)、空白带(Blank Zone,BZ)、速度倒转和极性反转(Reversal Polarity,RP)等地震异常标志,并依提取的地震属性优选目标,成功钻获天然气水合物实物样品,提高了水合物矿床预测的准确率。简要回顾国外海洋天然气水合物地震勘探技术现状,重点阐述国内海洋天然气水合物地震检测技术的发展及其应用效果。     

水深对海洋天然气水合物双BSR的控制作用

通过对海洋天然气水合物双BSR控制因素的了解,结合南海实际情况,认为双BSR主要存在于生物气和热解气气源充足的海区。按照Sloan的CSMHYD程序分别计算了不同盐度、不同水深条件下双BSR之间的厚度差,结果发现沉积物盐度的影响作用较小,而水深的影响作用较大,表现为双BSR之间的厚度差随水深的增加而减小,因此,推测水深是控制双BSR分布的一个重要因素。     

台湾增生楔天然气水合物的地震特征

通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的分析,结合该区域的地质背景,认为台湾增生楔具有天然气水合物存在和分布的地球物理特征,在地震剖面上出观海底反射层(BSR)、振幅空白(BZ)、极性反转等地震识别标志。BSR所在区域位于南海向菲律宾海板块俯冲的增生楔上,南海新生代沉积不仅提供了富含有机质的丰富物源,而且类似于活动大陆边缘的构造体系又为天然气水合物的形成提供了良好的条件。     

基于深水区宽频地震的天然气水合物识别方法

仅利用地震似海底反射（BSR）识别琼东南盆地深水区天然气水合物存在一定的局限性,从而影响天然气水合物的勘探成效。笔者利用天然气水合物已钻井数据,分析该盆地深水区天然气水合物岩石弹性参数特征,用以查明天然气水合物的岩石物理规律;同时,利用地震正演模拟,明确了研究区发育的孔隙型、烟囱型水合物的地震反射特征。在此基础上,利用AVO正演判识真假BSR：天然气水合物底界面反射具有Ⅲ类AVO且存在AVO异常,此为真BSR反射;而块体流（MTD）底界面虽类似BSR反射,但其AVO为Ⅳ类且AVO无异常特征。利用宽频地震数据和三维地震速度体进行速度模型下的宽频确定性反演,并通过高速异常、高阻抗异常描述天然气水合物发育情况。总之,利用地震反射特征、AVO特征、无井宽频地震反演等手段,实现了琼东南盆地深水区多种类型天然气水合物的地震识别,判识圈定了水合物矿藏。     

海洋甲烷水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析,温哥华岛近海的北喀斯喀特俯冲带边缘有一清楚的BSR区。海底以下300m处的反射层代表笼形物或甲烷水合物层的底界。1300m水深和3600m长的地震检波器组合允许BSR振幅随炮检距变化,并进行高分辨速度分析和垂直入射资料模拟,所有三种类型分析结果能够较好地解释海底以下大约300m处BSR之上10－30m厚的高速层,并有一明显的底界和过渡顶界。在这层内,大约1／3的沉积物孔隙空间为冰状水合物充填。地震无法探测BSRs之下的游离气,这些结果对水合物BSR的形成与分布的模拟起到重要的控制作用。     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型,在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上,首先我们使用迭加速度分析得到层,然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度,我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气,然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中,通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后,通过引入天然气水合物或游离气的饱和度,应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合,测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感,因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

天然气水合物研究中的AVA方法分析

运用多相介质弹性模量理论并补充了不同情况下的密度计算公式,选取适当的参数,模拟了含水合物沉积物和含游离气体沉积物的地震波速度和泊松比随孔隙度和饱和度的变化规律,并进行了深入分析。通过与完整公式的对比,对AVA常用的反射系数近似计算式的精度进行了讨论,同时分析了地震波速度、泊松比、密度等参数对于BSR反射系数的不同贡献。     

冲绳海槽天然气水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析,在冲绳海槽南部和中部发现了拟海底反射层(BSR)现象。通过对海底异常反射层的振幅特征、速度异常和AVO属性分析,说明该BSR可能反映了天然气水合物的存在,并发现冲绳海槽断层与天然气水合物的形成有密切关系。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征和资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物拟海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义。     

南沙海域天然气水合物地震特征

南沙海域水深为200∽2500m，其中大于500m的水域约50万km^2，该区大部分区域发育沉积盆地，构造类型多样，具有形成天然气水合物的气源、温度及压力条件。根据地质及地球物理调查资料，分析了南沙海域天然气水合物成藏的地质条件及地球物理标志特征，认为南沙海域具备形成天然气水合物矿藏的条件，南沙海槽和南沙中部海域是天然气水合物形成的有利地区。     

海底天然气水合物稳定带的特征分析

水合物稳定带（HSZ）控制着海底天然气水合物的成矿作用和分布规律，其厚度及分布范围决定了天然气水合物的蕴藏量，所以水合物稳定带的分析对天然气水合物的成矿与分布规律、成因与演化机制以及资源研究具有重要的指导意义。水合物稳定带本身受海底温度、压力和甲烷量等因素的影响，其变化会影响水合物稳定带的范围、稳定带底界的位置，并制约着天然气水合物的稳定性和甲烷气的释放。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征及资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物似海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物的具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义.     

海底天然气渗漏系统水合物成藏过程及控制因素

在海底天然气渗漏系统沉淀水合物的动力学基础上,建立了水合物沉淀与分解的化学动力学模型。应用该模型分析了美国墨西哥湾布什山天然气渗漏系统水合物的成藏过程,探讨了水合物沉淀、稳定性影响因素。在渗漏通量为每年400kg·m-2的单个通道中,约需425a才能导致水合物稳定带沉积层约30%孔隙完全被水合物充填,渗漏通道被堵塞,沉淀的水合物在剖面上从稳定带底部向海底趋于富C3+C4。在渗漏通道天然气流量由弱到强再到弱的演化过程中,渗漏速度增大过程中形成的水合物在渗漏速度减小过程中将分解,总量约10%的水合物将被分解。如果分解产生的天然气可快速迁移出渗漏系统,海底温度的升高可引起约40%的水合物在20d内分解,并导致海底渗漏速度的急剧增大。     

海洋天然气水合物生成机制的实验研究

天然气水合物在海洋环境中与在纯水溶液中的生成条件有很大的不同。海洋天然气水合物的生成除了受温度和压力的影响外,还要受到孔隙水的化学组成、流体中气体的浓度及沉积物类型的影响。本文综述了国外海洋天然气水合物的实验研究成果及其进展,重点介绍了海洋天然气水合物生成与分解的热力学条件及各种影响因素,并探讨了今后该领域的研究方向和问题。     

测井技术在水合物储层识别中的应用前景

海洋天然气水合物是一种潜在的巨大能源。地球物理测井在天然气水合物探测与储量评价领域发挥了重要作用,并且随着以勘探天然气水合物为目的的钻井数量的增多日益受到重视。主要介绍了常规测井方法、成像测井和核磁测井在识别天然气水合物储层中的应用,发展海洋天然气水合物的识别技术,准确了解天然气水合物的分布与蕴藏量,对我国海洋天然气水合物产业的建立具有关键作用。     

海洋磁力梯度测量技术在水合物勘探中的应用

在天然气水合物勘探中,海底的泥底辟和泥火山构造是重要的研究对象。在高分辨率地震剖面解释中,直接识别泥底辟构造存在一定困难,主要因为泥底辟构造和火成岩侵入体在形态上十分相似,容易造成解释的多解性。本文就目前天然气水合物调查中存在的这些特殊技术问题。通过对海上高精度磁力测量技术方法研究、广州海洋地质调查局“海洋四号”船在南海北部东沙海域的海上试验、对试验结果的系统研究分析以及磁测和地震剖面两种手段的综合解释,成功地尝试了用高精度海洋磁测成果中的磁力总场和梯度变化特征来识别水合物勘探中高分辨率地震剖面上的泥底辟构造真伪的技术方法。     

泥火山与天然气水合物

系统地介绍了泥火山在全球的分布特征;阐述了水下泥火山形成的原因和机制;总结出4类泥火山的形成原因和两个泥火山形成机制;在此基础上深入地分析了天然气水合物与泥火山的关系及泥火山中天然气水合物的资源量。     

天然气水合物研究的新进展

天然气水合物因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视,在简单回顾80年代前天然气水合物研究的基础上,重点阐述了自90年代以来此项研究的重要进展。     

海洋天然气水合物的沉积学识别标志

海洋天然气水合物的沉积学识别标志是指在海洋天然气水合物沉积层形成过程中形成的与沉积作用密切相关的特征性标志,它是海洋天然气水合物基本的和重要的识别标志。这些标志包括沉积学背景、沉积物类型、沉积速率、有机质含量、沉积相类型、自生矿物、沉积热环境和特殊沉积地质体等。