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水合物(可燃冰)研究进展
热度 3 sciencepress 2015-8-4 07:32
天然气水合物 (简称水合物,又称“ 可燃冰 ”) 作为一种新能源,已经引起了政府、各大公司和高等院校的广泛注意,他们纷纷开设相关研究部门和新能源学院以加强水合物方面的研究。有关水合物的概念、结构和机理及其在自然界的分布成为热点。本文对天然气水合物研究进展进行评述。 天然气水合物及其研究意义 ▽ 天然气水合物是由水和天然气在高压低温环境条件下形成的冰态、结晶状笼形化合物(Paull and Dillon,2001;Sloan and Koh,2008)。它是自然界中天然气存在的一种特殊形式,主要分布在一定水深(通常300m) 的海底以下和永久冻土带。在自然界中,天然气水合物常常以甲烷水合物为主,其包络的气体以甲烷为主,与天然气组成非常相似,这种化合物具有小的分子质量,化学成分不稳定(即成分可变),可用通式M·nH 2 O表示,式中,M 为水合物中的气体分子,n 为水分子数。除此之外,还有其他单种气体水合物,虽存在着多种气体混合的水合物,但比较少见。在自然界发现的水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状结晶体。从目前所取得的岩芯样品来看,水合物主要以以下方式赋存: ①以球粒状散布于细粒沉积物或岩石中;②占据粗粒沉积物或岩石粒间孔隙;③以固体形式填充在裂缝中;④出现在海底的块状水合物伴随少量沉积物(Lee and Collett,2009;Boswell and Collett,2011;Zhang et al.,2014)。 天然水合物结构示意 天然气水合物被认为是一种巨大的高效清洁能源。据研究人员估计,全球天然气水合物的资源总量换算成甲烷气体为 1.8 × 10 16 ~ 2.1 × 10 16 m 3 ,有机碳储量相当于全球已探明矿物燃料(煤炭、石油和天然气等) 的两倍(Paull and Dillon,2001)。海洋天然气水合物资源量十分巨大,通常是陆地冻土带的100 倍以上(Paull and Dillon,2001)。天然气水合物的显著特点是分布广、储量大、高密度、高热值,1m 3 天然气水合物可以释放出164m 3 甲烷气和0.8m 3 水。因此,天然气水合物,特别是海洋天然气水合物被认为将是21世纪的前景能源。 与此同时,天然气水合物既是一种十分棘手的自然灾害( MacDonald,1990),又是一种十分有用的技术。水合物的分解可能引发海底天然气的快速释放,造成温室气体的增加;水合物分解使沉积层液化,导致海底滑坡(submarine landslide)、重力流和海啸等地质灾害,对海洋工程造成毁灭性的破坏作用。由于天然气水合物引发地层失稳、溢流、井涌和导管下沉等,也成为深水钻井地质灾害研究的“三浅” 地质之一(吴时国等,2011)。在深水油气田的生产过程中,由于水合物造成的井筒、处理装置和输气管线堵塞一直是困扰油气生产和运输的棘手问题,开发研制经济环保的水合物抑制剂是当前的热点之一。同时,水合物技术正在应用到资源、环保、气候、油气储运、石油化工、生化制药等诸多领域。其中,典型的例子有以水合物的形式储存、运输、集散天然气,用水合物法分离低沸点气体混合物(如乙烯裂解气、各种炼厂干气和天然气),用水合物法淡化海水,利用 CO 2 水合物法将温室气体 CO 2 存于海底以改善全球气候环境等。 甲烷可能是导致全球气候变暧、冰期终止和海洋生物灭绝的重要原因之一,海底天然气水合物的分解会释放大量甲烷,对全球气候变化以及海洋生态环境将产生重大影响。 天然气水合物在海洋沉积物中的分布 ▽ 海洋天然气水合物的出现往往形成一种特征的地震反射——似海底反射层,这是由于天然气水合物稳定带底部的含天然气水合物地层与含游离气沉积层之间的波阻抗差引起的(Shipley et al.,1979;Collett,2002;宋海斌,2003)。 天然气水合物一般分布在海底以下300m 深度范围内的浅层沉积物中,从目前钻遇水合物的海区来看,主要集中在三类构造背景: 1.被动大陆边缘,如美国大西洋布莱克海台(Blake Ridge)、墨西哥湾(Gulf of Mexico) 盆地、挪威大西洋被动陆缘、美国阿拉斯加陆坡、印度被动陆缘克里希纳-戈达瓦里(Krishna-Godavari,KG) 盆地等; 2.汇聚大陆边缘弧前盆地,如美国俄勒冈外水合物脊、加拿大卡斯凯迪亚(Cascadia) 俯冲带、日本南海海槽、新西兰希库兰吉(Hikurangi)等; 3.边缘海盆地,如日本海东南缘上越(Joetsu) 盆地、韩国郁陵(Ulleung)盆地、中国南海、鄂霍次克海等。最近,在北极海域也发现了丰富的天然气水合物,因此,天然气水合物在海洋中的分布十分广泛,从赤道到极地海域大量富集。 天然气水合物分布图(Collett,2014) 天然气水合物的研究进展及趋势 ▽ 人们从开始认识天然气水合物至今已有200 年的历史。早在1810 年就已发现天然气水合物,但天然气水合物的晶体结构直到20世纪50年代才得以确定。 从水合物研究的历程来看,天然气水合物研究大致可分为三个阶段。 第一个阶段(1810 ~1933 年) 为实验室探索研究 在这一阶段,研究人员在实验室确定哪些气体可以和水一起形成水合物,以及水合物的组成。最具代表性的是英国皇家学会会员Davy在1810 年首次人工合成了Cl 2 水合物,随后法国、美国等许多国家的化学家也成功地合成了一系列气体水合物,并引起了各国化学家对其化学组分和物质结构的激烈争论。虽历经百年,但人们对自然界的水合物仍知之甚少。 第二阶段(1934 ~ 1992 年) 为天然气水合物应用发展阶段 这一阶段的研究重点是工业界对管道水合物的预测和抑制技术。20 世纪30 年代,人们发现输气管道内易形成白色冰状固体填积物,给天然气输送带来很大麻烦,石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除管道中天然气水合物堵塞的问题中。在这一阶段,水合物研究获得了很快的发展,水合物的两种主要晶体结构得到确定,基于统计热力学的水合物热力学模型诞生,热力学抑制剂在油气生产和运输中得到广泛应用。后期在陆地永久冻土带和海底陆续发现了大量的天然气水合物资源,1968 年苏联在开发麦索亚哈气田时,首次在地层中发现了天然气水合物矿藏,并采用注热、化学剂等方法成功地开发了世界上第一个天然气水合物矿藏,掀起了20 世纪70 年代以来空前的水合物研究热潮。 第三阶段(1993 年至今) 是天然气水合物全面研究时期 此阶段以第一届国际水合物会议为标志,为水合物研究的全面发展和研究格局基本形成阶段。天然气水合物作为人类未来的潜在能源在世界范围内受到高度重视,水合物生成/分解动力学等基础研究取得重大进展,天然气固态储存等新技术的开发取得重大突破,动力学抑制剂取代传统热力学抑制剂的研究不断深入,天然气水合物和全球环境变迁之间的关系受到关注,形成了以基础研究、管道水合物抑制技术开发、天然气固态储存和水合物法分离气体混合物等新型应用技术开发、天然气水合物资源勘探与开发、温室气体的水合物法捕集和封存等为基本方向的气体水合物研究格局。同时在西伯利亚、马更些三角洲、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、日本南海海槽、孟加拉湾、印度大陆边缘、中国南海北坡等地相继发现了天然气水合物,并开始了广泛的钻探和试采(Lee and Collett,2009;Boswelland Collett,2011;Riedel et al.,2012;Zhang et al.,2014)。我们相信水合物全面开采和利用的时代即将来临。 当前国际上天然气水合物调查与研究趋势 表现在以下几个方面: 1.调查研究范围迅速扩大,钻探、试验开采工作不断深入。美国、日本、德国、印度、加拿大、韩国等国家成立了专门机构,投入巨资,制订了详细的天然气水合物勘探开发研究计划,正在积极探明本国的天然气水合物资源分布,并为商业性开采做前期试验开采技术准备。 2.找矿方法上呈现出多学科、多方法的综合调查研究,如美国、加拿大、日本及印度等国家通过地震调查并结合已有资料,已初步圈定了邻近海域的天然气水合物分布范围,广泛开展了勘查技术、经济评价、环境效应等方面的研究。 3.天然气水合物资源综合评价方法有待完善,国际上流行的估算方法有常规体积法、概率统计法两种,虽然有许多方法出现,如地球物理方法、地球化学方法、生物成因气评估方法、有机质热分解气评估方法,以及以天然气水合物的赋存状态来评估的方法等,但都带有很大推测性。 4.现在进行的天然气水合物计划集中目的在于提高了解自然环境中天然气水合物的特征来发展用于水合物开采的技术,确定来自自然和诱导驱气的环境影响,提高含天然气水合物地区常规石油开采的安全性(Allison and Boswell,2009)。 天然气水合物开采技术研究趋势 天然气水合物开采技术研究 呈现多元化,传统的加热、注剂、降压逐步深入, CO 2 置换、等离子开采等新方法探索,同时大型、可视开采模拟装置成为物理模拟的主要方向,室内模拟、数值模拟与试开采、工业开发正在实施(蒋国盛等,2002)。有关水合物在能源、环境、油气储运、边际气体新型储运技术,水合物可能带来的环境灾害和对海上结构物和作业影响等多方面的研究逐步引起工业界的重视。 本文由刘四旦摘编自 吴时国、王秀娟、王志君、陈端 新 等著《 天然气水合物地质概论 》一书。 ISBN 978-7-03-043659-7 《 天然气水合物地质概论 》总结了天然气水合物国内外研究的最新进展,系统地介绍了天然气水合物形成的地质理论。针对我国南海海域,建立了一套估算无井和有井地区天然气水合物饱和度的方法,阐述了天然气水合物富集机理,并对南海天然气水合物进行了远景资源评价。 本书是天然气水合物研究的系统总结,无论是基础理论的创新,还是对勘探实例的分析都有独到的见解,可为天然气水合物的研究工作者和地质专业学生,以及对新能源有兴趣的读者提供有价值的参考。
个人分类: 科学书摘|10932 次阅读|7 个评论
青藏高原昆仑山垭口发现天然气水合物 |《科学通报》封面文章
热度 1 sciencepress 2015-2-5 15:03
中国科学院寒区旱区环境工程研究所吴青柏研究员带领的研究团队,在青藏高原昆仑山垭口盆地 450 m 深钻孔中发现了多年冻土层下部赋存有多层天然气水合物层,这一发现将对青藏高原能源开发和环境变化产生重大影响。 《科学通报》 2015 年第 1 期以封面文章发表了这篇名为 “ 青藏高原昆仑山垭口盆地发现天然气水合物赋存的证据 ” 的研究论文,该文从岩芯气体异常、天然气水合物分解特征和地球物理测井方面揭示了青藏高原多年冻土区天然气水合物的赋存证据。 天然气水合物多发育于多年冻土区和海洋沉积物, 是一种非常规高效清洁能源。该物质性质不稳定, 冻土退化极易引起其分解释放甲烷,从而加剧气候转暖和生态环境灾变。因此,寻找和发现青藏高原多年冻土区天然气水合物 , 探讨其与多年冻土的关系,对于青藏高原天然气水合物的开发和利用、了解其气候和环境效应具有重要的科学意义。 该研究利用 450 m 深孔钻探和地球物理测井,研究了岩芯气体成分、多年冻土特征、地球化学特征和地球物理测井资料等。结果发现:在 250 m 以下多个深度上岩层存在大量气体释放异常, 甲烷气体浓度为 22%~32%, 且具有天然气水合物分解间歇性释放的特征, 这些气体释放层位具有显著的密度降低、侧向电阻率和声波波速增大的特征——这些都是 含天然气水合物时特有 的。同时在多个深度上发现了与水合物分解产生甲烷密切相关的碳酸盐和黄铁矿等自生矿物。 青藏高原多年冻土区是否存在天然气水合物一直是国内外广泛关注的问题, 但一直没有确定的答案。该研究明确了青藏高原腹地多年冻土区也可赋存天然气水合物,这是继我国祁连山多年冻土区发现天然气水合物以来取得的又一个重要突破,为青藏高原天然气水合物的开发和利用奠定了基础,也为我国海洋天然气水合物未来开采提供了理想的试验场所。 了解最新科研进展,请关注《中国科学》杂志社公众微信 搜索: scichina1950 或 中国科学杂志社
个人分类: 《科学通报》|4766 次阅读|1 个评论
[转载]我国首次钻获高纯度可燃冰,控制储量1000至1500亿立方米
热度 2 mhchx 2013-12-18 07:45
根据国土资源部网站消息,2013 年12月17日,国土资源部举行2013年海域天然气水合物勘探成果新闻发布会。国土资源部地质勘查司副司长车长波在会上表示,2013年6月至9月,中国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物(俗称“可燃冰”)样品,并通过钻探获得可观的控制储量。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量1000-1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模 。
个人分类: 新闻|1469 次阅读|3 个评论
船上的革命——鄂霍次克海水合物航次日记一则
xluan 2011-7-5 07:13
2006 年 5 月 29 ,星期一 位置:日本海 拉瓦仑切夫号科学考察船属于俄罗斯科学院远东分院管理。分院下属的研究所,象太平洋研究所等都可以很方便地使用这条船。拉瓦仑切夫号要比科学一号大,感觉应该和大洋一号差不多,不过外观上和科学一号相似,都给人一种旧的感觉。 船上的餐厅在主甲板层,位于船体中央的位置。这个位置差不多是船上最稳定的位置了,而且也有窗户,既透光,也能通风。餐厅的面积很大,摆了有十五、六张桌子,每张桌子可供六人就餐。 从一开始我就被分配在第一张桌子。和我同桌还有船长、老鬼(轮机长)、航次首席(奥布左诺夫教授)、副首席,以及一个来自莫斯科的大个子。这第一张桌子靠墙,我的位置在中间,我的对面是船长。我背对大家,船长面对大家。莫斯科的大个子在我边上,靠墙。 每天吃饭大家都固定在同一个位置。吃饭的桌子不是很大,而且安排了六个人,所以比较拥挤。我们桌上莫斯科的大个子得有 195 高,而且很胖。每次我都想坐到里面去,让他到外面来,好让他有大一点的空间,但他英文不好,开始大家又不熟悉,我就没有说,他也每次都乖乖地坐在里面吃。 今天船长和老鬼都吃得早,和我说了几句话,就吃完离开了。过了一小会,莫斯科的大个子来了。他先在外面盛了汤。每顿饭都是先喝汤的。从来不变得土豆汤,然后再加点别的。我觉得大个子可以坐在外面船长的位置上吃,正好船长和老鬼都走了,外面宽敞,他也就不用到里面去。他里面的这个位置,对他来说太小了。于是,我就把他的盘子和餐具从他原来的位置放到外面,示意他在外面吃。没想到的是,我的举动让奥布左诺夫教授和副首席都很吃惊。他们慌忙说不。当时,我没有顾得上看大个子的反应和表情,只是对奥布左诺夫教授的反应感到非常吃惊。我问为什么。奥布左诺夫教授居然一下子说出“革命”这个词来。副首席则比较详细地向我解释为什么他不能坐在这个位置。副首席讲,如果他坐在这个位置,全船的人就为认为现在船长换成大个子了,这是规矩。 我还清楚地记得,前几天在韩国东海(韩国的一个城市)吃饭时,一个韩国小伙和我聊得甚欢。但当他知道我比大大十几岁时,他有些怕了,就不怎么再和我说话了。我问怎么了。他告诉我,在韩国,学生和老师,晚辈和长辈之间一般是不能这么聊天的。因为等级的关系,下级和上级聊天的机会非常有限。开始他一直和我聊,是他以为我和他年龄差不多了。 中国曾经拥有很多的传统和规矩。但由于中国近代屡经战乱,几经革命,那些中国旧有的传统和规矩大都毁坏、丢弃了。这不,中国的端午节也已经不要了。 没有人评价这种传统和规矩的丢弃是好是坏。 我曾多次乘科学一号出海科考。印象中科学一号的餐厅里好像没有那个位置是专门属于大隋(科学一号当时船长隋以勇)的。每到吃饭的时候,大隋都是端个盆随便一坐。 当然,科学一号的餐厅和拉瓦仑切夫号餐厅的差别虽不能说是路边面馆和星级酒店的差别。但两者确实有差距。这种差距更明显地表现在形式上。虽然俄罗斯的伙食确实不好。比较以下曾经用过的考察船,感觉在加拿大 TULLY 号上工作,自己更像是一个科学家。那上面的餐厅应该算是五星级。虽然由于我不熟悉那些复杂的早餐名字,每次早餐,只点“ ege in a hole, please ”。 下午 5 : 00 还是小型讨论会,是关于测线和工作量的讨论。奥布左诺夫教授如果有不同意的地方,总是说: ”ok, we talk it later” 。 晚上,船晃得厉害,一夜没睡好,作了好多奇怪的梦。
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[转载]天然气水合物--未来的能源
毛宁波 2011-6-25 19:33
Methane Hydrate - The Gas Resource of the Future Development of alternative sources of natural gas, such as methane hydrate, can help to guard against potential supply interruptions or shortages and improve energy security. Methane hydrate is a cage-like lattice of ice inside of which are trapped molecules of methane, the chief constituent of natural gas. If methane hydrate is either warmed or depressurized, it will revert back to water and natural gas. When brought to the earth's surface, one cubic meterof gas hydrate releases 164 cubic metersof natural gas. Hydrate deposits may be several hundred meters thick and generally occur in two types of settings: under Arctic permafrost, and beneath the ocean floor. Methane that forms hydrate can be both biogenic, created by biological activity in sediments, and thermogenic, created by geological processes deeper within the earth. MORE INFO Methane Hydrate Primer Methane Hydrate RD: Today and Tomorrow DOE FY2009 Methane Hydrate Program Report to Congress DOE FY2008 Methane Hydrate Program Report to Congress Overview of Methane Hydrate: Future Energy Within Our Grasp An Interagency Roadmap for Methane Hydrate RD 03.30.10 Techline Gulf of Mexico Expedition Confirms Reservoir-Quality Hydrate Deposits While global estimates vary considerably, the energy content of methane occurring in hydrate form is immense, possibly exceeding the combined energy content of all other known fossil fuels. However, future production volumes are speculative because methane production from hydrate has not been documented beyond small-scale field experiments. The U.S. RD program is focused on the two major technical constraints to production: 1) the need to detect and quantify methane hydrate deposits prior to drilling, and 2) the demonstration of methane production from hydrate at commercial volumes. Recent and planned research and field trials should answer these two issues. In recent field tests, researchers have demonstrated the capability to predict the location and concentration of methane hydrate deposits. Small-volume production tests in the U.S. and Canadian Arctic suggest that commercial production is possible using depressurization and thermal stimulation from conventional wellbores.Large-scale production tests are plannedin the U.S. Arctic in2012. Demonstration of production from offshore deposits will lag behind Arctic studies because marine deposits are less well documented, and marine sampling and well tests are significantly more expensive. Why We Need Methane From Hydrate Natural gas is an important energy source for the U.S. economy, providing almost 23 percent of all energy used in our Nation's diverse energy portfolio. A reliable and efficient energy source, natural gas is also the least carbon-intensive of the fossil fuels. Production of domestic conventional and unconventional natural gas cannot keep pace with demand growth. The development of new, cost-effective resources such as methane hydrate can play a major role in moderating price increases and ensuring adequate future supplies of natural gas for American consumers. International Cooperation in Methane Hydrate RD In April and June 2008, the U.S. Department of Energy signed agreements for cooperative research efforts with representatives from three countries with gas hydrate research programs: India, Korea and Japan. http://www.fossil.energy.gov/programs/oilgas/hydrates/index.html
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文章的发表
zhchen10 2010-5-18 15:33
今天上午又收到编辑部的电话,告知我的图片还有点问题,需要再做修改。由于他们下午就要排版印刷,所以我中午改好就发送过去了,其中有张图被另一位编辑改动过,而我又没有源文件,所以就只能请那位编辑帮我修改了。如果不出意外,六月份应该就能印刷出版。 我的上一篇论文发表是在去年年初,前年年底写成初稿,投给《海洋地质与第四纪地质》,初稿在我和老板之间来回了七八次的样子,最后没怎么返修就被接受了。不知道是看老板的面子呢,还是的确是我写得比较好。通过那次严格的训练后,我对写论文有了比较全面的理解,谈不上得心应手,至少是不害怕写论文。非常感谢老板在当领导的百忙之中还抽出那么多时间与我讨论和修改我的第一篇论文,从中我受益匪浅。 老板本当建议我在答辩后离所前将毕业论文写成投稿,尽管老板这次只帮我修改过一次,不过由于我参加工作后的拖沓,直到去年底才投给《中国科学 D 辑》,上个星期还催了编辑。希望能顺利接受发表,这也算是我的第一篇 SCI 了。 参加工作后,工作重点由海底构造转到天然气水合物,需要补充的知识和阅读的资料很多,终于在今年初有了关于天然气水合物的第一篇文章,老板只帮我改过一次,就投了《现代地质》,就是开头我说的那篇论文,也算差不多接受了。这次投稿也算比较顺利,审稿人只是要求简练一下前言和将讨论与结论部分分开写,编辑让我修改了图。 现在正在写两篇论文,一篇是关于天然气水合物勘探开发的启示,一篇是天然气水合物成藏系统的研究,希望能尽快脱手。这个月还得帮老板写基金的结题报告。 我在阅读中英文文献时,有时候会突然想到一个能写论文的点子,我会将它写下来,等将手头上的工作做完后就可以开始着手写。所以到目前为止,我还有好几个能写论文的点子,即便发不了 SCI ,多发核心也行啊,呵呵。 需要注意: 1. 合理的管理和利用自己的时间,高效工作,不要将时间浪费在毫无意义的事情上; 2. 结合自身的特长,在天然气水合物方面寻找自己的研究方向。
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海洋天然气水合物沉积层物性参数的分析及预测
geoyucq 2008-5-9 00:09
于常青 吴志强 相对于上下覆沉积层,含水合物沉积层具有高纵波、横波速度,高纵横波速度比和对地震波低吸收衰减的地球物理特征,为地层物性提取的地震处理和反演技术的应用提供了理论依据。目前在石油、天然气地震勘探中应用成熟的岩性处理技术 如垂直入射的振幅分析与数值模拟、 AVO 反演分析、速度分析、宽带约束反演和衰减结构分析等技术方法,都已应用到水合物地震识别中。研究者均期望在基于岩石物性的分析的基础上,利用这些技术方法来分析 BSR 成因及其与水合物游离气的相互关系、求取水合物和游离气的丰度和分布。 1 .技术方法及 原理 ( 1 )、由于含天然气水合物沉积层的特殊的物性特征,沿层孔隙度提取成为水合物研究中的一大难点。根据孔隙度变化对地震反射波的速度、振幅、频率和相位等特征参数的综合影响,创新性地采用基于模糊数学模型的方法沿层提取地震孔隙度。由于该方法技术综合考虑了孔隙度的变化对地震波的各属性特征的影响,降低了反演的多解性,提高了反演精度。 ( 2 )、根据我国目前还没有进行海域天然气水合物钻探物调查现状和水合物识别与资源评价的迫切需要,利用模拟井拟合迭代技术,采用约束稀疏脉冲宽带地震反演方法对地震资料进行地震反演,既解决了无测井资料约束的难题,又保证了反演的精度和分辨率。 ( 3 )、对所得到的地震波阻抗成果进行对比分析,通过交汇对比分析,提取相关公式,并用沿层对所提取的孔隙度进行确定性标定,在降低反演的多解性的基础上,确定性地提取孔隙度。 ( 4 )、通过对所得到的反演孔隙度数据体,依据岩石物性分析及其它的地质成果,采用相关统计分析技术反演求取含天然气水合物沉积层、含游离气沉积层的饱和度,为天然气水合物资源评价提供技术依据。 2 、孔隙度、饱和度与地震波阻抗关系 研究目标层的岩石物性分析,尤其是孔隙度、饱和度与波阻抗的关系分析,对波阻抗反演的处理和解释关系重大,它可以有效地指导波阻抗反演处理中的约束条件和反演成果分析。下表( 1 )为不同的含天然气水合物、含游离气饱和度和沉积层孔隙度与波阻抗的关系。 表 1 含天然气水合物沉积物、含游离气沉积物和饱和水沉积物的物性关系表 岩性 物性 速度特征 波阻抗特征 纵 波 横 波 纵 波 横 波 含水合物沉积物 孔隙度 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vp=2969-19.15* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vs=1193-12.13* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: AI=6276-65.28* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: SI=2535-30.8* 饱和度 随饱和度增加上升,拟合公式为: Vp=1720+10.63*S-0.104*S 2 随饱和度增加而增加,拟合公式为: Vs=650-2.63*S+0.14*S 2 随饱和度增加上升,拟合公式为: AI=3259 + 19.74*S -0.23*S 2 随饱和度增加而增加,拟合公式为: SI=1176-6.4*S+0.27*S 2 含游离气沉积物 孔隙度 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vp=2495-23.5* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vs=1345-17.7* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: AI=6345-65* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: SI=2656-30.26* 饱和度 饱和度 0 - 25 %时,速度的快速下降;饱和度 25 - 70 %,速度变化很小;饱和度大于 70 %后,速度略有增加 随饱和度增加而增加,拟合公式为: Vs=541+1.74*S 饱和度 0 - 25 %时,波阻抗的快速下降;饱和度 25 - 70 %,波阻抗的变化很小;饱和度大于 70 %后,波阻抗略有增加。 随饱和度增加而增加,拟合公式为: SI=1045+0.77*S 饱和水沉积物 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vp=2554-18* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: Vs=1326-16.86* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: AI=5199-42.8* 随孔隙度增加下降,拟合公式为: SI = 3066 - 44* 从表中可以看出,在饱和水疏松沉积物中,孔隙度与纵、横波速度关系是单一线性的;疏松沉积物的孔隙空间中只要略含有游离气,就能引起速度、波阻抗的快速下降;当含游离气饱和度大于 25 %后,随饱和度的增加速度、波阻抗的变化基本很少;当饱和度大于 70 %后,随饱和度的增加速度、波阻抗略有增加。孔隙度的变化对速度、波阻抗的影响较大,随孔隙度的增加,速度、波阻抗下降;疏松沉积层的孔隙度和孔隙中的含天然气水合物饱和度对地震纵波速度影响较大。随孔隙度的增加,速度、波阻抗下降;随饱和度的增加,速度、波阻抗上升,当饱和度大于 60 %后,速度、波阻抗上升较快,含天然气水合物沉积物的横波速度、波阻抗随孔隙度、饱和度的变化规律与纵波的变化特征基本一致。 3 、应用效果分析 ( 1 )模型试验 通过对所设计的含水合物模型进行的试验发现,在模型反演剖面上,含天然气水合物沉积层的顶底界面得到了较为清晰的反映,速度范围为 1700 - 1900m /s ,与模型的设计参数基本一致;含游离气沉积层的速度为 1500 - 1700 m /s ,略高于模型的设计参数,分析原因是含游离气层的厚度较低、地震振幅受地震子波旁瓣的影响较大而造成的,但顶底界面和分布范围均得到了正确的显示。 ( 2 )实际资料的应用 采用上述技术,对我国冲绳海槽某测线的地震资料进行了波阻抗反演处理试验。在成果剖面的 2750 - 2900ms 处,横向展布一条小倾角的 70ms 厚的高波阻抗带,阻抗范围为 3750 - 4200mg/scm 3 ,顶底界面清晰,其上为 3500 mg/scm 3 左右的低阻抗区,下伏一条厚度为 60ms 的低阻抗带,波阻抗为 2400 - 2900mg/scm 3 。与该线的叠加剖面、 AVO 处理剖面和地球化学异常相对比,推测高阻抗带为含天然气水合物的反映,低阻抗带为含游离气的反映。 结论: 建议:海洋天然气水合物是一种新的能源,目前国内外均处于分析研究阶段,为此,我们应该继续深入的开展天然气水合物地震物性参数识别及其地震处理技术的研究,综合利用速度、振幅、相位、频率和吸收系数等信息识别天然气水合物。在无井约束反演速度、波阻抗的基础上,研究提取沉积层的物性和弹性参数的技术方法和手段。以提高水合物识别和预测评价的精度。 参考文献: 何汉漪 海上高分辨率地震实例研究 地球物理学报 ,1999 ,42(1) :11 ~ 13. 黄绪德 反褶积与地震道反演 北京 : 石油工业出版社 ,1992. 章珂 , 李衍达 , 刘贵光 , 等 . 多分辨率地震信号反褶积 地球物理学报 1999, 42 (4) :529 535. Bakke.N.E. 薄层 AVO 效应 . 国外油气勘探 ,1999,11(5):625 ~ 636 Adriansyah. 衰减和散射对 AVO 测量值的影响 . 国外油气勘探 ,2000,12 ( 3 )
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