南海“神狐型”BSR特征及影响因素

为了深入探讨神狐海域BSR特征及其影响因素,对天然气水合物钻探区高分辨率地震资料进行了精细解释。结果表明,神狐海域天然气水合物与BSR具有较好的对应关系,研究区BSR总体表现出多轴(或不光滑)和连续性较差的特征;BSR振幅强度主要与水合物稳定带之下的游离气有关。结合世界典型水合物发现区BSR特征分析认为,"神狐型"BSR的形成可能主要与不同成因水合物在纵向上的相互叠置有关。      

天然气水合物储层吸收衰减机制及岩石物理理论研究进展

似海底反射(BSR)特征作为天然气水合物存在的重要标志，虽能指示水合物的底部位置，却难以用于水合物含量的定量解释。近年来天然气水合物勘探技术的迅速发展，使人们认识到BSR上方存在的地震振幅“空白”带与地震波吸收衰减直接相关，故可将其作为天然气水合物分布及量化的一项指标。本文首先回顾了世界不同水合物探区(加拿大Mallik冻土带、日本南海海槽、阿拉伯海Makran增生楔、墨西哥湾、中国南海神狐海域)以及人工含水合物岩样的地震波吸收衰减特征，发现对于不同的水合物样品、使用不同的资料，地震波表现出不同的衰减特征。进而总结了水合物储层可能存在的衰减机制及相关岩石物理理论，主要包括：全局流动衰减(Leclaire模型)、喷射流(改进的Leclaire模型、亚微米水合物颗粒喷射的HEG模型或微米流体喷射的HBES模型)、骨架摩擦衰减(改进的Leclaire模型)等。目前存在的主要问题在于，虽然多个地区的水合物地层呈现较明显的吸收衰减特征，但由于不同地区水合物生成条件和地质环境存在差异，水合物在沉积物中的赋存状态不同，导致吸收衰减随水合物饱和度的变化关系尚不明确。另外，目前的实际观测资料和岩石物理实验测试的频带范围有限，难以全面地体现衰减随频率变化的特征。因此，需要进一步地开展岩石物理实验研究，并充分结合实际探区资料和人工岩心的制作及实验测量结果，深入研究水合物储层微观结构对衰减机制的附加作用，明确水合物储层地震波衰减的原因，以此为基础研发水合物饱和度的定量地震解释方法。     

天然气水合物勘探方法—BSR适用性探析

文章对广泛用于分析和识别天然气水合物稳定带的BSR特征 ,即 ,似海底反射特征进行了阐述 ,并讨论了引起BSR多解性的因素 ,及其判识天然气水合物稳定带的优劣性 ,指出了BSR能够预测天然气水合物稳定带的局限性 ,并探讨了如何应用BSR技术与地质、测井、气源岩地球化学、地球物理等综合研究判识天然气水合物存在范围及其资源量评价     

尼日尔三角洲前缘挤压带的古今BSRs分布特征

本文通过对尼日尔三角洲前缘挤压带的三维地震资料进行解释和属性提取,结合BSR数值模拟,分析了与天然气水合物相关的古今BSRs的分布特征及其发生垂向运移的主控因素。古今BSRs分别代表了天然气水合物稳定底界过去和现今的位置,在研究区古今BSRs均分散分布且主要位于褶皱带断层、气烟囱或者底辟构造等流体运移通道发育的地区,反映了流体运移条件对BSR的形成具有控制作用。古BSRs的反射特征较现今BSR弱,分布范围也更局限,其振幅特征可能是由先前存在的天然气水合物所导致的成岩作用引起的。现今BSR深度与海底深度呈正相关,但水合物稳定区厚度随海底深度的增加变化不大,约为425 m。BSR在地质历史时期的垂向迁移是诸多因素综合作用的结果。尼日尔三角洲挤压带的构造活动强烈且目的层沉积速率较高,深部热流也可沿断层、底辟等通道运移至浅部;下伏地壳是洋壳和过渡壳,大地热流值较高,且海相泥页岩热封盖能力强,这些条件均有利于BSR的向上迁移。另外,研究区的高饱和度水合物层表现为BSR上部的正极性、强振幅异常,主要位于气烟囱和背斜顶部,指示了流体运移通道对水合物成藏的控制作用。研究区BSR下伏游离气FGZs发育较为局限,仅在褶皱带流体运移通道发育的位置发育较薄的FGZs。     

海洋天然气水合物地震探测技术进展——从单纵波到多波

海洋天然气水合物是21世纪重要的潜在新能源。针对海洋天然气水合物地震探测技术,从水合物储层的地震识别特征、岩石物理模型以及多波地震技术应用3个方面,分析了在针对不同类型水合物储层时现有岩石物理模型的诸多不适应性;介绍了单纯利用海洋高分辨率纵波技术识别水合物储层、预测水合物饱和度的效果及其局限性;从纵波似海底反射(BSR)及地震空白带(SBZ)识别标志与水合物储层指示关系的非唯一性角度阐明了联合使用纵波和横波进行水合物储层识别与饱和度估算的优势,指出海洋水合物多波地震技术发展中面临的提高海底地震仪(OBS)数据处理与成像精度、建立兼顾温压条件的岩石物理模型等亟需解决的问题;最后提出了基于水合物储层薄(互)层模型的弹性波响应研究、利用地震技术动态监测水合物储层空间分布及饱和度变化等未来的主要研究方向,以推动水合物勘探开发的地震技术发展。     

天然气水合物岩样三轴力学试验研究

天然气水合物是一种洁净、高效、资源量巨大的新型能源,而天然气水合物的力学性质与水合物的钻探、海底地质灾害等密切相关,因此,开发天然气水合物需要了解其力学性质。为此,用覆膜砂烧结成岩样,采用原位合成方式制取不同水合物饱和度的水合物沉积物岩样,利用自主研制的水合物原位测量系统,在不同围压条件下研究了不同水合物饱和度的水合物沉积物岩样的力学性质。结果表明,水合物沉积物岩样的抗压峰值强度随着围压、水合物饱和度的增大而增大,内聚力随着水合物饱和度的增大而增大,而泊松比、内摩擦角不随水合物饱和度变化。根据库伦-摩尔准则并结合试验结果建立了围压、水合物饱和度与含水合物岩样峰值强度的半经验数学模型,可为深水水合物钻探所涉及的水合物强度参数的选取,以及室内试验的理论分析及数值模拟提供一定的支持。      

南海东北部陆坡天然气水合物藏特征

2013年下半年,国土资源部中国地质调查局、广州海洋地质调查局在南海东北部陆坡水深664~1 420m范围内钻探13个站位,取心获取了大量、多种类型的天然气水合物(以下简称水合物)实物样品,其中甲烷气体含量超过99%。对南海东北部陆坡天然气水合物成藏特征的研究结果表明:1地震反射剖面上具有多道似海底反射层(BSR)、振幅空白带(BZ)、BSR与地层斜交、速度反转等地震异常;2测井曲线揭示含水合物沉积层具有高电阻率(200Ω·m)、高纵波速度(2 700m/s)的特征;3地震和测井异常特征暗示该区具有单、双层水合物藏组合特征;4该区域水合物藏位于海底之下埋深220m以内的粉砂质黏土及生物碎屑灰岩沉积物中,水合物饱和度为45%~100%;5自然状态下,水合物呈块状、层状、瘤状、脉状、分散状等5种赋存形式;6研究区天然气水合物赋存类型多、饱和度高、甲烷纯度高,初步估算该区天然气水合物地质储量约为1 250×108 m3(50%概率条件下),是有利的勘探目标区。     

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天然气水合物作为一种新的烃类资源在人类未来能源中具有极大的潜力，由于天然气水合物大多储藏在水深300 m以下的海底沉积物及冻土地带中，因此研究的重要内容之一就是利用地震准确地识别和预测其分布与资源量。地震识别的特征有似海底反射（BSR）标志特征、BSR强反射界面之上的高速异常带、BSR附近存在的弱振幅或振幅空白带、AVO的正负异常和BSR的极性反转。文章在综合分析的基础上，指出了天然气水合物研究中存在的主要问题，并论述了该项研究在地震资料的特殊处理技术研究、海底地球化学探测技术、水合物高保真度取心技术、人工源海底电磁探查技术和遥感图像信息处理技术等方面的发展趋势。     

多孔介质中CO2水合物饱和度与阻抗关系模拟实验研究

确定沉积物中天然气水合物饱和度是评估水合物资源、开发利用天然气水合物工作中的一项基础而关键的工作。利用青岛海洋地质研究所自主设计、研制的天然气水合物阻抗监测模拟实验装置,研究了CO ₂气体与去离子水在多孔介质中天然气水合物的生成与分解过程。指出：天然气水合物生成过程会使多孔介质阻抗增大;天然气水合物分解过程导致多孔介质阻抗减小。并且多孔介质的阻抗变化与反应体系的温度压力变化相互对应,能够体现天然气水合物生成与分解各阶段的特点。此外,还利用Archie公式,使用天然气水合物的阻抗值计算多孔介质中水合物的饱和度,得到了多孔介质中天然气水合物饱和度随反应时间的增长曲线。     

南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层的速度特征

2007年在南海北部神狐海域对天然气水合物（以下简称水合物）的钻探结果表明,仅依靠似海底反射（BSR）和振幅空白不能揭示沉积层内水合物的赋存状态,不能准确地圈定水合物的分布面积和储层厚度。为准确判定水合物储层情况,对南海北部神狐海域声波测井及地震资料进行了精细分析,研究了含水合物沉积层的声波速度、地震速度的分布特征和变化规律。结果认为：①地震反射剖面上,由于水合物饱和度、厚度增大,引起含水合物沉积层的速度增大而产生上拉构造,其下方同时显示出因低速含气层引起的速度下拉构造,即“眼球状”的速度振幅异常结构;②含水合物层的层速度大小与沉积物孔隙度和水合物饱和度密切相关,水合物饱和度随声波速度升高而上下波动,总体趋势上随声波速度的升高而增高;③在含水合物带内部,高速层呈平行于海底的带状分布,底部速度最高,从底部往上速度逐渐降低;④利用上述特征,结合其他地质和地球物理资料,依据层速度可识别地层中水合物的存在,计算水合物的饱和度,确定含水合物层的厚度、分布范围,并可进一步计算水合物的资源量。     

BSR及其下伏游离气区的分布特征与控制因素

拟海底反射层（Bottom Simulating Reflector,简称BSR）是水合物底界的地震反射标志,其上部的振幅空白带是含水合物地层的反射特征,下部的高振幅异常区代表了下伏的游离气区（Free Gas Zones,简称FGZs）。利用高分辨率三维地震资料,精细描述了毛里塔尼亚滨海地区的BSR和FGZs的地震反射特征及其与周边沉积构造单元的关系。BSR在底辟构造上部出现上拱现象,在靠近峡谷两壁时BSR位置快速变深。据分析,在底辟构造带,沿断裂体系向上运移的热流体改变了此处的水合物稳定条件,导致水合物稳定底界向上变浅。而峡谷对周边沉积物的冷却作用使当地的水合物稳定条件发生与底辟构造带处相反的变化,导致水合物稳定底界向下发生移动,在地震上表现为BSR深度的增加。另外,研究发现BSR和FGZs在流体运移通道较发育的地区,如断层、气烟囱和底辟构造带地区更加发育,证明流体运移体系在该地区对水合物和FGZs的形成具有十分重要的作用,提供了水合物体系的气源供给。     

基于单相与双相介质拟海底反射的AVO研究

天然气水合物是一种潜在的巨大能源,目前普遍认为它存在的重要标志之一是地震剖面上的拟海底反射(BSR),因此研究天然气水合物层的物性和研究含天然气水合物层顶、底界面的AVO特征就有着重要的现实意义。目前的AVO方法主要是利用单相介质理论,但实际的地层都是含有流体的多孔隙介质,因此利用双相介质理论研究分界面上的AV0特征是非常必要的。Ecker提出了水合物沉积的3种微观模式：①水合物是流体的一部分;②水合物是固体骨架的一部分;③水合物胶结固体颗粒接触面。利用单相介质理论和双相介质理论分别计算了上述3种含天然气水合物地层,以及同样条件下不含水合物地层与含游离气地层分界面上的反射和透射系数,并对单相介质理论和双相介质理论的计算结果进行了对比。对比发现,在地震勘探的低频范围内,第1种和第2种模式的反射和透射系数非常相似,二者的差值随孔隙度的增大而增大,第3种模式的AV0曲线表现出和前2种模式完全不同的特点,可以根据这种特点把它与前2种模式区分开来。     

南海北部陆坡天然气水合物地震识别研究

天然气水合物的存在改变沉积地层的声学特征，使得多道地震勘探成为发现天然气水合物的主要手段。地震识别首先通过地震剖面上独特的地震反射特征初步判断，然后经过地震反演获得地层的速度场分布，从而确定天然气水合物的存在及分布。南海北部陆坡是天然气水合物形成并稳定存在的有利区域，其多道地震反射剖面上具有明显的天然气水合物存在标志，包括强振幅的似海底反射（BSR）、振幅空白带、BSR与地层斜交等典型地震反射特征。文章以南海北部陆坡区的多道高分辨率地震数据为基础，探讨了天然气水合物地震识别的地震成像和波阻抗反演这二个方面的关键技术；研究结果不但突出了含天然气水合物地层的地震反射特征，并得到与天然气水合物最相关的地层岩性参数--声波速度；地震反射特征与速度场异常分别为天然气水合物的识别提供了定性和定量的地球物理证据；根据声波速度场的分布，可以推断存在于研究区地层的天然气水合物主要分布在靠近BSR的上覆沉积地层中。     

南海沉积物天然气水合物饱和度与电阻率的关系

在天然气水合物勘探中,阿尔奇公式是由电阻率测井数据估算沉积层含水合物饱和度的基本公式,是对含油(气)岩心进行实验总结出的规律。但是对于水合物填充于多孔介质孔隙的沉积物,其电阻率与沉积物的物性以及水合物在孔隙的微观分布状态有关,可能存在一定的非阿尔奇现象,因此采用电阻率估算饱和度需要进行一定的校正。采用交流电桥法测量了3.5 % 盐水饱和的南海沉积物以及水合物在水饱和的沉积物中形成过程中的电阻率数据。水合物形成过程中其电阻率随着含水合物饱和度的增大而增大,尤其在低水合物饱和度(S_h<22 % ),其电阻率随着水合物的生成异常增大,含水合物沉积物的电阻率由水饱和的1.667Ω·m增大到含水合物饱和度为45 % 的2.661Ω·m。对于含水合物的沉积物,其双对数坐标系的电阻率增大指数和含水饱和度并不是阿尔奇公式所描述的直线关系,其饱和度指数n不是定值1.938 6,而随水饱和度S_w的增加而增加。当54.8 % w<78.6 % 时,n小于1.938 6;当S_w>78.6 % 时,n大于1.938 6。     

基于分形孔隙模型的含天然气水合物沉积物电阻率数值模拟

电阻率法是确定天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的重要方法,通过数值模拟可以有效研究含水合物沉积物的电阻率特性,但过去构建的孔隙模型由于约束条件较少,而与实际的孔隙结构存在着较大的差异。为此,基于自然界沉积物具有自相似特征,选定地毯总边长为3和颗粒边长为1的谢尔宾斯基地毯作为沉积物的分形孔隙模型,根据等效电阻网络模式建立了含水合物沉积物的电导模型,并利用上述模型分析了孔隙度、孔隙水电导率、沉积物骨架电导率等因素对含水合物沉积物电阻率与水合物饱和度关系的影响。研究结果表明:(1)含水合物沉积物的电阻率可以表示为孔隙度、面积比、微观结构尺寸、孔隙水电导度、沉积物骨架电导率及经验参数的函数;(2)孔隙水电导率和孔隙度的减小都会导致沉积物电阻率的增大;(3)含水合物沉积物的电阻率随水合物饱和度的增大而增大;(4)在高水合物饱和度范围内,含水合物沉积物的电阻率随沉积物颗粒骨架电导率的增大而明显减小。结论认为:在一定的水合物饱和度范围内,该分形孔隙模型计算结果与实验数据和测井数据都能较好地吻合,准确度较高。     

珠江口盆地东部海域含天然气水合物沉积层的地球物理特征

为了弄清珠江口盆地东部海域为何存在渗漏型和扩散型两种天然气水合物(以下简称水合物)类型以及其间的地球物理特征有何区别,根据钻井资料和区域地质条件,对该区地震和测井资料进行了精细分析,总结了不同水合物沉积地层的地球物理特征和构造特征。结果表明:(1)含水合物层的测井曲线具有高电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低补偿密度和低自然伽马值的"三高两低"的异常特征;(2)含水合物层在地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、振幅空白带、BSR与地层斜交及眼球状结构等特征;(3)当地震剖面上存在模糊、杂乱反射且BSR之下气烟囱发育、BSR之上有断裂通道时,通道内容易形成渗漏型水合物矿体,而BSR上面连续性较好的振幅空白带所反映的沉积地层则是扩散型水合物矿藏的主要储集层;(4)渗漏型水合物矿藏上、下两层水合物的物性特征存在着显著区别,下层水合物碳氢气体浓度较高,在断层通道内高度聚集形成块状水合物,上层水合物碳氢气体浓度下降,分布范围较广;(5)扩散型水合物由于气体容积扩散导致气体浓度下降,分布范围较大。