青海木里天然气水合物储层大地电磁法理论模拟分析

青海木里地区地质构造复杂,天然气水合物成藏规律不清,为了大地电磁法探测天然气水合物有更好的应用效果,有必要进行大地电磁法理论模拟研究.本文基于青海木里地区的天然气水合物赋存方式,设计了两种天然气水合物地电模型,采用大地电磁法的有限元法正演及非线性共轭梯度法反演计算,重点分析大地电磁法对冻土层、断裂及水合物储层的分辨率及不同极化模式反演对水合物储层的识别效果.理论模拟结果表明:大地电磁法对冻土层、断裂有较好的探测效果;TE模式的反演结果比TM模式的反演结果对水合物储层异常反映更明显;TE+TM模式中降低TE模式的数据误差值,使TE模式的数据在反演过程中权重加大,反演结果也能显示出水合物储层异常.本次的理论模拟结果对探测天然气水合物的大地电磁数据处理有一定借鉴作用.     

祁连山冻土区天然气水合物成藏体系中自生黄铁矿地球化学特征与成因探讨

在祁连山冻土区含天然气水合物或存在水合物异常的钻孔岩芯中发育一种半充填或者全充填岩石裂隙的自生黄铁矿,即"裂隙型"黄铁矿,其产状与在该地区发现的水合物产状具有一定的相似性,并且其分布主要集中于水合物层或异常层的下方区域.通过对祁连山冻土区天然气水合物钻探试验井DK-6孔含"裂隙型"黄铁矿岩芯样品开展黄铁矿形态学、微量、稀土元素和硫同位素组成研究发现,"裂隙型"黄铁矿具有沿岩石裂隙面呈台阶状定向排列的立方体形态黄铁矿为主并伴生"圆形"构造、较低的Co/Ni和Sr/Ba值、较低的ΣREE含量、LREE较HREE相对富集和明显的Eu负异常以及?34SCDT值正偏等特征,这种独特的晶体形态和地球化学特征以及在空间上与水合物层或异常层间的分布关系均与祁连山冻土区天然气水合物成藏体系密切相关.由于气候变化是影响冻土区天然气水合物稳定性的一个重要因素,"裂隙型"黄铁矿可能是区域气候变暖背景下水合物发生次生变化的产物,其分布的密集程度反映了当水合物稳定带缩小时,底界处水合物分解最为强烈,而稳定带内水合物分解相对较弱,其分布的顶底界记录了天然气水合物稳定带曾存在的最大范围.     

哈拉湖地区低频可控震源天然气水合物地球物理响应特征研究

我国陆域天然气水合物主要分布于青藏高原和漠河地区.由于永久冻土层的存在,地震勘探很难获得高品质的资料,给天然气水合物勘探带来了诸多困难.为解决冻土层对地震信号的衰减问题,在哈拉湖地区采用低频可控震源进行地震资料采集试验,通过提高覆盖次数,获得了较高信噪比的地震资料.在高质量地震资料基础上,进行精细速度分析,获得了较准确的叠加速度谱资料;然后以层速度剖面为基础建立正演模型,开展天然气水合物地震正演模拟研究;最后利用叠后偏移地震数据进行地震属性分析.通过正演模拟和地震属性综合研究,总结了天然气水合物的地球物理响应特征,速度突变和空白反射带可作为哈拉湖地区陆域天然气水合物识别的敏感因素.     

天然气水合物模型的瞬变电磁响应

在采用瞬变电偶极一偶极装置(ERER)装王的海洋瞬变电磁法对天然气水舍物进行正演模拟计算中,采用了先汉克尔变换(Hankel)后逆拉普拉斯变换法(G-S)的计算方法.由阿尔奇公式计算出水合物层按正弦规律变化的典型海洋地电模型.根据已知的地电模型计算天然气水含物的瞬变阶跃响应的一阶导数.从结果来看,水合物瞬变响应梯度的最小值最能反映出与水合物含量的关系,从中找出对天然气水合物做出了综合的资源评价夏解释工作的有用信息.     

含裂隙储层中的天然气水合物分布:来自地震各向异性测量的启示

不同的天然气水合物分布对储层地震性质的影响存在显著差异,深入认识储层中的水合物分布,对基于地震性质定量评价水合物资源具有重要意义.然而,目前对含裂隙储层中水合物分布的认识仍然严重不足.为此,文章设计并开展了针对性岩石物理实验,测量了含硬币状定向裂隙岩石在水合物生成过程中的各向异性速度,并进一步分析了不同水合物饱和度条件...     

陆域冻土区天然气水合物勘探研究进展

天然气水合物是一种具有巨大潜能的新型能源,研究冻土区天然气水合物的地震响应特征,对我国陆域天然气水合物的勘探和开发具有重要意义。本文运用Kelvin粘弹性介质模型,基于祁连山冻土区的实际地质地层条件,建立理论地质-地球物理模型;采用交错网格有限差分法进行正演数值模拟,并对自激自收地震记录进行波场特征分析和提取瞬时地震属性。研究结果表明：地震波通过天然气水合物地层时,反射振幅能量较弱;在瞬时频率属性剖面可分辨层厚的范围内,瞬时频率随着层厚增加,频率在小幅度衰减;地震波通过含天然气地层时,反射波表现为强反射特征,瞬时频率能量明显增大;瞬时地震属性对波阻抗界面有更好的分辨能力,特别是瞬时相位属性剖面,作用明显。因此,综合分析波场特征与瞬时属性特征可以为陆域天然气水合物的识别、预测提供依据。

     

庐枞矿集区矾山—将军庙地区AMT三维反演及地质结构解释

庐江—枞阳矿集区是长江中下游成矿带内的一个重要的多矿种成矿区.为揭示矾山—将军庙地区的地质结构以指导找矿,首先,在庐枞矿集区北部的矾山—将军庙地区开展了三维音频大地电磁数据采集工作,采用Rhoplus方法进行AMT数据死频带校正保证数据质量,利用相位张量分析地下介质的维性特征;其次,利用模块化三维反演并行代码ModEM开展了实测数据的三维反演,获得了一个典型的具有双层结构特征的火山岩盆地三维地下电性模型;最后通过电性模型及其他地质资料的综合解释,依据反演模型中近地表的低阻层和深部的高阻隆起区,分别勾画出了火山岩地层的厚度和深部侵入岩的分布范围,并在小岭地区发现地表浅部下方存在一个含矿次级火山机构的高导体.

     

各向异性激发极化层状介质可控源音频大地电磁响应模拟研究

在自然界中,电性各向异性和激发极化效应是岩矿石客观存在的物理性质,传统的电磁勘探方法通常将地下介质简化为不合激电效应的各向同性电阻率模型,不利于实现多参数精细探测.本文开展了考虑介质各向异性激发极化效应的层状大地可控源音频大地电磁响应数值模拟研究.首先提出了各向异性的Cole-Cole模型,然后将各向异性复电阻率代入电...     

永登地震剪切波分裂及电性各向异性的变化特征

依据永登地震前后小震三分量数字记录和中法合作松山电磁台的观测资料,基于EDA裂隙模型,从各向异性的角度,将地震剪切波(S波)分裂方法和大地电磁测深(MT)方法共同应用于地震孕育过程中前兆的各向异性特征的研究.结果表明,永登地震前,快S波偏振方向由北偏东逐渐转为北偏西,发震后又急转为北偏东,快、慢S波的时间延迟在震前也是急剧上升的.另外,MT电性主轴的计算表明,各频点的电性主轴方向基本一致,原与断层近于垂直的电性主轴(ρxy),从震前为北偏东17°左右逐渐转为北偏西15°并发震,震后恢复到北偏东.相应的视电阻率变化表明160～226秒周期的变化最大,其对应的深度与该次地震的震源深度相当.而震前平行于断层的电性主轴其视电阻率ρyx变化相对小些.这次地震的震源机制解表明其发震应力场的P轴是北偏西15°.结论是(1)从各向异性的方向特征看,不同方法得到的3个方向在总体上是一致的,时间演化过程是协调的,其机理就是应力所致的EDA裂隙定向排列.(2)不同频率电性主轴变化的一致性表明,震前应力所致裂隙定向排列而导致的各向异性在地壳一定范围内是广泛存在的.(3)视电阻率量值的变化也存在各向异性并有其自己的特点.视电阻率静态的各向异性特征是由台站所处构造条件决定的,但动态各向异性变化受地震应力场作用的影响;与P轴一致的电性主轴视电阻率ρxy变化最大;震前同一方向、不同频率视电阻率变化的差异表明其变化强度还取决于介质的分层性质.     

裂隙充填型天然气水合物储层的各向异性饱和度新估算及其裂隙定量评价

天然气水合物有时会以结核状、层状、脉状或块状等裂隙形态发育在深水盆地的细粒泥质沉积物中,该类型天然气水合物被称为裂隙充填型.与孔隙充填型不同,裂隙充填型天然气水合物储层由于裂隙的出现,在测井速度、电阻率和地震数据上会呈现明显的各向异性特征.本文利用细层层状介质模型和有效介质理论(EMT)新估算出印度克里希纳—戈达瓦里(K-G)盆地NGHP-01-10A和10D孔裂隙充填型水合物储层的各向异性饱和度,纵波(V_p)和垂直极化横波(V_(sv))测井速度估算的平均饱和约为20%,明显优于水平极化横波(V_(sh))估算结果,且与压力取心估算结果更为一致.倾角随深度变化曲线和不同角度估算的水合物饱和度结果都表明10A孔浅部以高倾角裂隙为主,深部出现低倾角裂隙;10D孔以垂直裂隙为主,这说明两口相距10 m的孔中裂隙在空间上延伸长度较小;而10B-08Y岩心的X射线成像定量评价结果显示水平裂隙倾角位于0°～21°,高倾角裂隙倾角位于68°～89°,裂隙尺度为厘米级,最大高度、宽度和纵横比分别为27.66 cm、6.71 cm和170.此外,水合物饱和度估算的影响因素分析表明,地层岩性和方程计算参数对饱和度估算的准确与否至关重要,与简化三相方程相比,有效介质理论计算参数的物理意义明确,参数选择简易,因此计算也更为准确与便捷.     

水合物赋存形式对石英砂电性特征影响的数值模拟研究

天然气水合物储层精确评价关系到储层的生产与开发过程.由于储层微观结构具有非均质性, 且水合物合成分解过程中分布形式复杂, 水合物储层物性变化规律尚不明晰, 从而难以对储层水合物饱和度进行准确预测.为明确水合物赋存模式对电性特征的影响规律, 本文基于石英砂样品采用随机模拟的方法实现了颗粒包裹型、孔隙填充型和团簇状分布三类赋存模式的水合物数字岩心构建, 并进一步提取孔径分布分析不同水合物分布模式下的微观结构变化特征, 利用有限元方法对含水合物数字岩心进行电性模拟, 结合阿尔奇公式得到适用于含水合物石英砂介质的经验参数取值, 并采用实验室内水合物合成实验电阻率测量数据与实际储层电阻率测井数据对比验证了阿尔奇经验参数取值的正确性及有效性.结果表明, 随着水合物饱和度逐渐增加, 在相同水合物饱和度下, 颗粒包裹型生长引起的微观结构变化对电传导过程的影响最为显著; 孔隙填充型水合物生长引起的孔隙结构变化对电传导过程影响最小; 不同水合物赋存形式下, 沉积物孔径分布变化规律从微观角度解释了三类分布模式的电性差异.研究结果有助于研究储层内含水合物沉积物合成分解过程中的电性特征演化规律.

     

应用AMT探测中国南方云南镇雄深部沉积型磷矿

磷在保障粮食安全和推动高科技产业发展中占据着重要地位,由于深部地质构造的复杂性,深部磷矿的地球物理勘探技术仍有探索和发展空间.本文以埋深达600余米的云南镇雄磷矿为例,详细介绍了音频大地电磁测深(AMT)数据采集、处理、定性分析与定量反演方法,以及通过AMT探测获取了测区1500米以浅的电性结构.结合物性特征和已施工钻孔发现,磷矿赋存地层具有显著的低电阻率特征.因此,我们将深部连续的低阻层作为寻找磷矿的关键标志层,并依据AMT探测结果在羊场背斜设计两口钻井.经验证,两口钻井均见厚大富磷矿体.表明在该区域及临近区域的沉积型磷矿勘探中,AMT结果可为勘探工作提供重要的依据.     

我国海底大地电磁探测技术研究的进展

几年以前 ,我国尚未独立开展过海洋电磁探测 ,没有获取海洋岩石层电性资料的技术手段。然而 ,地下岩层的电性参数较之其他物性参数能更好地反映岩石的性质以及岩石所处的物理状态 ,因此迫切需要发展海底大地电磁探测技术。海底大地电磁探测是把仪器布置在海底 ,采集海底大地电磁场数据 ,从而研究海底以下不同深度上介质导电性的分布规律 ,达到了解地下不同深度地质情况的目的。经过两年的努力 ,我们已基本实现了海底大地电磁探测技术的研究目标     

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/m3十二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%）.     

主动大陆边缘典型地区流体运移体系对天然气水合物成藏的影响研究

天然气水合物在主动大陆边缘普遍发育, 其形成分布与流体运移体系密切相关, 对深水油气勘探、海底灾害和全球气候变化研究等具有重要意义.本文选取主动大陆边缘典型地区(马克兰增生楔、郁陵盆地和卡斯卡迪亚增生楔), 系统总结各地区流体运移体系特点, 旨在探讨流体运移体系对天然气水合物成藏的影响.研究结果表明, 同为主动大陆边缘, 受制于局部构造环境和沉积条件的影响, 不同地区流体运移体系发育模式、水合物成藏类型具有较大差异.马克兰增生楔流体运移体系以泥底辟、断层为主导, 形成了\"泥底辟型\"、\"阶梯式增生楔型\"水合物藏; 郁陵盆地流体运移体系以气烟囱为主导, 形成了\"扩散型\"水合物藏; 卡斯卡迪亚增生楔流体运移体系以泥底辟、气烟囱及断裂组合为主导, 形成了\"渗漏型\"水合物藏.尽管前人对主动大陆边缘典型海域的天然气水合物进行了大量的地球物理调查, 归纳了多种水合物成藏类型, 但由于技术手段限制, 缺乏不同运移体系下对流体通量的定量研究及不同运移体系的时空演化过程分析, 因此建议将地球物理、地质和地球化学等多学科的研究方法和技术相结合, 进行多尺度、多参数的综合研究.     

非成岩水合物沉积物的声电响应特征与饱和度计算

南海盆地作为水合物矿藏潜力区,地质条件优越.然而,传统电阻率方法在计算水合物饱和度时存在精度不足的问题,难以满足实际勘探需求.为解决这一难题,本研究通过人工制备不同配比的岩石样品,在模拟非固结砂泥沉积物海底条件下水合物生成过程的基础上,实时记录水合物生成过程中的声、电数据,并分析其随水合物饱和度变化的声、电响应规律;进一步,采用声波Wood修正方程和电阻率指数模型构建了声、电联合反演模型,用于计算南海盆地L区块A、B井的水合物饱和度.计算结果显示,声、电联合模型相对于传统的阿尔奇公式计算方法,显著降低了A、B两口井的水合物饱和度计算误差,平均减少了27.19%.本次研究结果表明声、电联合反演模型在提升计算精度方面具有显著优势,为南海盆地水合物资源勘探与开发提供了可靠的技术支持和方法指导.     

多组分天然气水合物在海底沉积层中稳定区及存在区的预测

本文研究了多组分天然气在海底沉积层中稳定区和存在区的一些特点. 首先,考虑盐的浓度的影响,建立了天然气含有甲烷和丙烷两种组分的水合物形成的相变曲线,即温度和压力关系曲线,同时也建立了甲烷和丙烷两种组分天然气溶解度的加权关系. 运用水合物预测模型,计算了多组分天然气水合物在海底沉积层中的稳定区及存在区,并同单组分的甲烷水合物的结果进行了对比.计算表明：两种组分的天然气水合物的稳定区与单组分甲烷水合物的稳定区有较大差别,这归因于丙烷对相变曲线大的影响;当天然气浓度大于对应的溶解度时,水合物将形成,由此决定了存在区域;稳定区和存在区范围都受到丙烷含量的较大影响,盐度的增大则减少了稳定区范围. 最后对甲烷分别与其他气体（例如二氧化碳,乙烷和硫化氢等）组合的天然气水合物形成的稳定区范围进行了简要的分析.     

基于热声成像的天然气水合物相变界面监测的方法研究

在天然气水合物（简称水合物）钻采过程中,动态监测水合物沉积物具有非常重要的现实意义和应用价值.常规探测方法只能判断水合物分解前的大致分布情况,很难获得水合物分解过程中固-液交界面的动态变化和图像.本文将热声耦合引入到水合物的钻采监测中,首次提出了在瞬态强脉冲激励下水合物产生瞬态相变、并激发相变热声信号的物理机制,导出了脉冲激励与声源之间的耦合方程,提出了基于滤波反投影算法的相变界面成像方法.建立了三维仿真模型,开展了电场和声场耦合分析,在强脉冲激励下求解出了热函数及声压分布.然后模拟超声换能器接收到的声信号,利用声信号对不同半径的水合物重建声源的分布,从声源图像得到水合物的相变界面位置信息.为水合物松散沉积物的研究提供了一种全新的探测方法.     

青海木里冻土区水合物稳定带的特征研究——模拟与钻探结果对比

基于青海木里冻土区的气体组成、钻孔泥浆的温度测量数据等对该区水合物稳定带的顶底深度进行了模拟计算,并将计算结果与钻探揭示的水合物产出深度进行了对比. 模拟计算的水合物顶深在148.8~122.7 m间,底深在324.6~354.8 m间,水合物厚度在175.8~232.2 m间,钻探揭示水合物及其异常产出在133~396 m间层段,两者具有可比性,彼此结果基本一致,显示模拟手段可以很好地服务于水合物稳定带顶底深度的预测. 气体组成、冻土深度、冻土层内地温梯度、冻土层下地温梯度等是影响木里冻土区水合物稳定带顶底深度的主要敏感因素.     

音频大地电磁法“死频带”畸变数据的Rhoplus校正

为研究AMT数据的\"死频带\"畸变特征及其校正方法,在长江中下游地区,利用凤凰MTU-5A仪器,系统观测了音频电磁场的\"死频带\"数据.对不同季节、不同时段的AMT\"死频带\"数据进行了分析.提出AMT\"死频带\"频率域畸变数据的Rhoplus校正方法,给出了该方法的适用条件、关键技术与评价方案,并提供了大量实测数据论证其应用效果.观测实验表明:在\"死频带\"内天然音频电磁场信号强度极低,正交电磁场分量相干度极低;造成了阻抗视电阻率、相位及相位张量等数据的畸变;畸变范围可达10 k~100 Hz,以5~1 kHz频段最为明显;并且数据畸变程度与观测时段密切相关,在长江中下游地区为秋冬季畸变强夏季弱,日间畸变强夜间弱.处理实例表明:Rhoplus校正方法可以有效地处理AMT\"死频带\"内畸变的视电阻率、相位数据,相干度阈值与人机交互相结合的处理策略快速客观,所得结果曲线光滑连续,数据与实测未畸变数据基本一致.