天然气水合物勘探开发新技术进展

天然气水合物是一种非常规能源,因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点.水合物的研究目前仍处于初期阶段,人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试,总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术.本文首先介绍了天然气水合物形成的地质条件和储层特征,然后介绍了针对海底天然气水合物的地震勘探和电磁、地化等非地震勘探最新技术进展,分析了天然气水合物矿藏的测井响应特征,结合岩石物理模型对储层孔隙度、饱和度进行估算用于储量预测.最后,论述了天然气水合物开发过程中的深水区的钻井问题,水合物的开采方式总结以及商业化生产所面临的挑战.     

气体水合物密闭采样原位饱和度评估技术研究

海底天然气水合物采集样品的饱和度确定通常是通过密闭保压采样技术来实现,但采样器的温度压力控制非常困难.本文用热力学模型来模拟密闭体系下温度压力变化过程中甲烷在各相态中饱和度的变化过程,并在海洋水合物热力学系统基础上,完成了一项分析水合物原位饱和度的技术,其只要求采集器密闭,不需要进行严格的温度和压力控制,降低了对采样器的要求.实例分析显示,完全可以利用密闭样品在地表下气体和液体成分的测量,包括盐度的测量来估计出甲烷水合物原位饱和度.     

天然气水合物降压开采数值模拟研究

为揭示天然气水合物降压开采过程中水合物分解规律,建立了柱坐标系下水合物降压开采的物理模型和数学模型,应用有限差分法进行求解,并应用神狐海域试采数据进行了验证,进而分析了降压开采过程中压力、水合物饱和度、渗透率的变化规律以及多种边界条件下分解过渡带的移动规律,研究了不同降压开采参数对水合物分解过程的影响.结果表明:降压开始后,井眼周围迅速形成压降漏斗,随着开采时间的增加,压降漏斗向储层远处扩散;井眼处的水合物最先分解,随着开采时间的推进,水合物饱和度逐渐降低,储层渗透率逐渐增大;水合物饱和度降低的区域沿径向向外扩散,渗透率增大的区域也与之相应;过渡带外沿、内沿移动速度不同步,开采后期移动速度都变慢,分解过渡带宽度随着开采时间逐渐增大,到一定天数后趋于稳定;水合物降压开采的主要控制参数包括开采井压力、水合物初始饱和度、储层绝对渗透率、水合物分解动力学常数等;模拟水合物降压开采时,如果选择封闭型边界且半径较小,则所得出的模拟结果与实际开采情况会有较大的差别,甚至相悖.     

天然气水合物赋存形态识别及其饱和度预测

含水合物储层纵横波速度不仅与天然气水合物饱和度有关,还取决于水合物的赋存形态.本文基于考虑水合物微观形态的岩石物理模型预测了水合物海脊1247B和1250F井位的水合物饱和度,并与核磁共振——密度孔隙度评价的饱和度进行比较,以确定水合物在沉积物中的存在形态.而且对比了有效介质模型、改进的Boit-Gassmann模型和简化的三相方程在同一赋存形态下预测的饱和度,以此探究三种模型在含水合物储层定量评价中的适用性.对比预测结果显示,1247B和1250F井位的天然气水合物主要以骨架支撑形态存在.虽然各岩石物理模型在含水合物层段预测趋势一致,但是,相对于简化三相方程预测结果而言,有效介质模型和改进的BiotGassmann模型能更准确预测出海底沉积物中水合物饱和度,并且在同一种模型中纵横波速度联合反演比单纵波预测的水合物饱和度更合理.     

水合物合成及导热系数测定

设计了一套实验装置，结合瞬态面热源法来测量混合气水合物导热系数及含混气水合物的沙子多孔介质的有效导热系数.在-10℃～5℃，压力66MPa下，含体积比甲烷9001%，乙烷503%，丙烷496%的混合气与0971mol/m3十二烷基磺酸钠水溶液生成的水合物的导热系数约为055W/(m·K)，并且其值随温度的上升而增高，呈玻璃体导热特性.由于“爬壁”效应的存在，混合气与饱含SDS水溶液的沙子多孔介质反应生成含混合气水合物的沙子多孔介质的有效导热系数（约12W/(m·K)）显著低于含四氢呋喃水合物的沙子多孔介质的值（约19W/(m·K)）.虽然本实验使用了SDS来加速和促进水合反应的进行，但是水合物样品中依然存在游离水，因此本研究采用了温度振荡法来进一步促进含SDS水溶液的水合反应进行，研究发现当浴槽温度在-10℃～4℃间周期变化时，游离水在水的相变温度区附近转变为水合物，通过几个周期的温度振荡，样品中的游离水被完全消耗掉.最后通过对含不同浓度SDS的四氢呋喃水合物导热系数测试，讨论了实验中加入SDS对水合物导热系数的影响，结果认为本实验中加入的SDS量对测试结果影响很小（±15%）.     

基于支持向量回归的陆域天然气水合物成藏预测

天然气水合物，俗称“可燃冰”，自2008年在青海木里冻土区首次钻获天然气水合物以来，人们已在此地开展了大量的勘查工作，但该区地质情况复杂，天然气水合物成藏规律不清，单一的地球物理方法难以充分利用信息，因此难以有效地圈定出天然气水合物异常区。本文选取木里地区为主要研究区域，综合区内勘查已获得的地球物理、地球化学和地质资料，分析和提取对水合物成藏有利的特征，给出相应的预测变量转化规则。采用支持向量回归方法进行成藏预测研究，并对结果进行评估。结果显示，钻遇水合物的钻井与预测得到的高有利度区吻合，未遇水合物的钻井基本落于低有利度区，算法有效实用，能够提供一定的指导意义。      

钻井液侵入海洋含水合物地层的一维数值模拟研究

本文以墨西哥湾水合物区域为背景,利用数值模拟方法研究了过平衡钻井条件下,当钻井液温度高于地层中水合物稳定温度时,水基钻井液侵入海洋含水合物地层的动态过程及其一般性规律.与侵入常规油气地层相比,耦合水合物分解和再形成是钻井液侵入海洋含水合物地层的主要特征.模拟结果表明,钻井液密度、温度和盐度都对侵入过程有影响.在一定条件下,钻井液密度越大,温度和含盐量越高,则钻井液侵入程度越深,热量传递越远,水合物分解程度越大.分解的水气在合适条件下又会重新形成水合物,影响了钻井液进一步侵入.而重新形成的水合物的饱和度甚至可能高于原位水合物饱和度,在井周形成一个"高饱水合物"环带.这一现象归因于钻井液侵入的驱替推挤、水合物分解的吸热以及地层传热的滞后等因素共同作用.在地层物性一定的条件下,高饱水合物环带的出现与否主要受钻井液温度和盐度控制.水合物分解以及高饱水合物环带的出现对井壁稳定和电阻率测井解释有很大影响.因此,为维护井壁稳定、确保测井准确和减少水合物储层伤害,就必须对钻井液密度、温度和滤失量进行严格控制,防止地层中的水合物大量分解.最好采用控制压力钻井(MPD)和深侧向测井方式,同时尽量选用低矿化度的含水合物动力学抑制剂的钻井液体系,采取低温快速循环方式.     

盐度对甲烷气水合物系统的影响

从描述天然气水合物系统的动力学模型出发, 利用拟解析方法将纯甲烷气水合物系统的稳态模型推广到包含盐度的情况. 基于包含盐度的这种新稳态模型, 通过数值方法来确定甲烷气水合物稳定带(MHSZ)和甲烷气水合物实际存在区(MHZ)的顶界和底界、以及游离气存在区的顶界. 数值结果表明, 甲烷气水合物实际存在区的厚度随盐度的增大而变薄; 盐的存在降低了气体水合物的稳定性, 引起MHSZ的底界上移, 进而导致水合物稳定带的厚度比纯水情况下的厚度变薄. 另一方面, 由于降低溶解度会减少形成水合物所需气体的数量, 所以海水中盐的存在可能会促进更多天然气水合物在稳定带的形成. 数值模拟结果也表明, 对于盐水情况, 在天然气水合物稳定区甲烷气的存在并不能充分保证气体水合物的生成, 只有当溶解于盐溶液中的甲烷气浓度大于盐水中的甲烷气溶解度, 并且甲烷气通量大于相应的甲烷气扩散传输率的临界值时, 甲烷气水合物才会生成. 为了保持海洋沉积物中气水合物的存在或形成甲烷气水合物, 甲烷气源源不断的供给是必需的, 只有这样, 才能补偿因甲烷气扩散和对流所引起的损失, 这些源源不断的甲烷气可能是源于微生物或者地热过程.     

天然气水合物体系的相平衡及甲烷溶解度计算

海洋环境中天然气水合物的形成除了合适的温压条件外，还必须有充分的甲烷供给.本文介绍了甲烷-水体系的甲烷饱和溶解度、水合物体系中甲烷水合物溶解度计算方法.在气-液二相平衡甲烷饱和溶解度计算中，关键在于状态方程的选择和合适的混合规则的运用，Duan的计算模型在温度、压力和盐度变化上都具有很大的适用性，且易于应用.在含水合物的相平衡体系中，在已知组分和假定可能存在相的前提下，可利用模拟退火算法优化总吉布斯自由能，确定是二相还是三相体系，并求解甲烷水合物溶解度.在海水环境下盐的存在使平衡发生移动，利用德拜—休克尔理论或Pitzer电解质溶液理论校正盐度对于海水活度的影响，求解海水环境中甲烷水合物溶解度.基于气-液二相平衡理论的K-K方程，在临近水合物生成条件下实验或计算确定亨利常数等参数后，可计算三相平衡甲烷水合物溶解度，且简单易用.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅰ)：岩石物性

本文综述了含水合物沉积物的岩石物性模型，讨论水合物饱和度与岩石物性的关系，关于纵波速度与水合物饱和度的关系，有一些简单模型，如孔隙度降低模型，时间平均方程、时间平均－Wood加权方程，也有复杂模型，如根据弹性模量计算的模型、根据等效介质中地震波传播理论的模型，本文还介绍了含水合物沉积物的电阻率、电导率模型与含注重气沉积物的岩石物性。     

基于台阵记录的局部场地条件地震动效应分析

基于自贡西山公园山体地形影响台阵和唐山响堂土层场地台阵的地震动记录, 采用互相关分析、 相干系数分析、 傅里叶谱比法和考虑相干系数的傅里叶谱比法, 对比研究了山体地形和土层场地两种局部场地条件对地震动的影响。 结果表明, 局部场地条件下的地震动效应与地震波的频率成分相关。 低频地震波由于其波长较长, 易于穿过土层场地和山体地形发生衍射, 从而导致二者地震动显著相关, 但二者在该频段的地震动场地效应差异不大; 较高频率的地震波由于其波长较短, 更容易受土层场地条件和山体地形条件的影响, 造成二者地震动场地效应差异显著。 此外, 由于山体顶部的尺寸变小, 低频长波长地震波容易在该位置发生衍射, 导致山顶周边测点的地震动相关性增加, 而较高频率的地震波则容易引起山顶局部场地发生共振效应。 山体地形上相邻位置的地震动差异一般较大, 相关性较低, 这与山体地形不同位置的几何形状对较高频率的地震波影响有关; 山底基岩的地震动受山体地形的影响较小, 该位置的地震动效应机制尚需作进一步研究。      

Research on the Characteristics of Large Earthquake Activity on the Active Tectonic Boundaries on the Chinese Mainland

INTRODUCTIONThe active blocks refer tothe geologic units that formedinlate Cenozoic (100 ~120 ka BP) andhave been highly active as fault zones since late Quaternary with relatively uniform motion styles(Zhang Guomin,et al .,2000 ;Zhang Peizhen,et al .,2003) .The active blocks are relativelyintactand have uniformmotion modalities ,their boundary zones (also called the active boundaries) are thelocalized or centralized zones of interactions and differential movement among the active block…     

海底富钴结壳物理特性的试验研究

海底富钴结壳富含多种金属,是海底极为重要的矿产资源.在实验室里对用拖网采集的天然富钴结壳的湿密度、干密度、含水率、P波速度和抗压强度等物理特性进行了研究.研究表明:富钴结壳的湿密度或干密度的大小与孔隙率、含水量有关;富钴结壳的抗压强度与温密度、P波速度有较强的相关性,湿密度、P波速度越高,其抗压强度也相应越大.所以富钴结壳的物理特性与抗压强度之间的相互关系,为富钴结壳的资源评价、采选冶研究提供参考.     

动水压力对深水桥墩地震响应影响的研究综述

地震激励下处于深水中的桥墩和周围水体的相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。首先对地震作用下水-桥墩的相互作用理论做了概括,给出了动水压力对桥墩的作用效应及各自的适用范围;对主要的三种考虑流固耦合效应的分析方法做了对比,探讨了地震作用下影响水-结构相互作用的主要因素,并对今后的研究提出了建议。     

地震动持时的研究进展

地震动持时作为表征地震动的三要素之一,其对震害的影响逐渐被人们所认识.然而,在地震动持时的定义方面,目前没有统一且明确的概念,文中给出了广义的地震动总持时和强震持时的定义,研究者们根据各自领域的研究特点选择更适合的持时.持时大致可以分为两个大类:一是绝对持时,即基于加速度绝对值阈值的括号持时;二是相对持时,也就是反映地震动过程强度或能量变化趋势的持时,比如能量控制的相对持时等.持时的定义有很多种,文章简单地回顾了地震动持时的五种定义,同时,细致地分析了五种持时定义所表现的特点,并介绍了持时预测模型的研究成果,最后针对目前应用持时存在的问题提出了几点认识.     

安宁河-则木河断裂带地震视应力研究

利用四川和云南数字遥测地震台网的数字地震记录资料。研究了包括地震视应力在内的震源参数。首先对资料进行预处理，然后计算地动位移和速度的功率谱积分，再计算地震辐射能量和视应力等震源参数。根据计算结果分震级区间研究了视应力值沿安宁河-则木河断裂带的分布情况，及该断裂带上中等地震的震源谱及参数差异，认为安宁河断裂带视应力相对更高。     

人类活动对射阳湖的影响

本文通过对众多历史文献和地方志资料的分析来研究人类活动对射阳湖演变的影响，结果表明，秦汉至南宋时期，范公堤，运河对射阳湖由古泄湖向淡水湖的演变影响很大，其中以范公堤尤甚，由于运河决堤次数少，河流堆积于湖区的泥沙量有限，对射阳湖的淤积作用不大；围湖造田对射阳湖的影响也不大，因此古射阳湖的面积还很大，黄河大规模夺淮的700多年间，尤其是明嘉隆以后射阳湖接受了大量黄河所携泥沙的沉积，不断缩小，运堤与湖堤的修建，使射阳湖洪患不绝，填淤加速，开挖河道宣泄内水，以及围湖造田等地使射阳湖日益萎缩，走向分化，解体，至清末射阳湖已成了一个长条状的河道型湖泊，大部分地区已被淤为荡滩沼泽或者被开垦为农田。     

定位子台网的选取对定位结果影响研究

选取了河北及邻区58个不同区域的地震, 分析“定位子台网”分布对地震定位精度的影响, 研究“定位子台网”的选取规则。 分别探讨了三种台站分布情况下定位偏差、 水平误差、 拟合残差随空隙角、 近台距离、 远台距离的变化; 定位偏差以及水平误差与拟合残差的关系。 结果显示, 速报时选择7～9个分布相对合理的“定位子台网”参加定位结果比较好, 使用水平误差估计定位结果质量比较适合。     

A numerical study on the influence of geometry on the formation of sandbanks

Applying a two-dimensional, non-linear hydrodynamic numerical model in combination with a semiempirical equation for bedload sediment transport, the influence of geometry on the formation of sandbanks is investigated. In the first experiment, the formation of sandbanks in an ideal rectangular basin, resembling the Taylor’s problem, was calculated. Sandbanks occur in a small area at the closed boundary. Similar experiments were carried out for a range of wavelengths of the incident Kelvin wave. The results reveal that large wavelengths favor the generation of sandbanks. In subsequent calculations, the basin was modified by introducing new geographical features like bays and peninsulas. The numerical experiments show that geometry is a fundamental factor to determine the position where groups of sandbanks appear. The results suggest that in regions where the Kelvin wave is diffracted, the formation of sandbanks occurs. An experiment, in which we applied an ideal geometric configuration representing that of the Southern Bight of the North Sea, generated sandbank patterns resembling those observed in the region.     

A note on the effect of the elastic pre-deformation on the pressure changes of the remanent magnetization of basalts

Summary The irreversible changes of the remanent magnetization due to a uni-axial elastic deformation were measured on various pre-deformed samples of some basalts. The observed relations allow one to draw conclusions about the deformation history of the samples.