裂隙充填型天然气水合物的各向异性分析及饱和度估算——以印度东海岸NGHP01-10D井为例

沿裂隙发育的天然气水合物是印度深水盆地细粒沉积物中水合物的重要产出方式,水合物以结核状或脉状充填在高角度裂隙中.天然气水合物主要沿着构造主应力方向生成,由于裂隙的存在,含水合物的沉积物层呈现各向异性.利用孔隙介质中水合物呈均匀分布的速度模型计算的NGHP01-10D井水合物饱和度高达40%,而压力取芯表明水合物饱和度占孔隙空间的20%左右.为了研究水合物饱和度差异,基于层状介质的各向异性模型计算了裂隙充填型水合物的饱和度.在垂直井孔中,由于波入射角与裂隙倾角有关,考虑裂隙倾角变化,利用纵波和横波速度同时反演水合物饱和度和裂隙倾角.利用层状介质模型计算的水合物占孔隙空间的15%～25%,裂隙的倾角在60°～90°,多为高角度裂隙.在NGHP01-10D井中,纵横波速度联合计算的饱和度与压力取芯结果吻合更好.     

海底天然气水合物OBS多分量地震正演模拟（英文）

根据Ecker的水合物沉积物的三种微观模式,计算含水合物沉积层和含游离气沉积物的弹性模量,分析对比了水合物的不同微观模式、不同水合物饱和度以及不同游离气饱和度对沉积物弹性模量的影响;从纵横波分离的弹性波动方程出发,采用交错网格空间有限差分方法模拟地震波在海底天然气水合物沉积地层的传播,得到纵、横波的海底地震（OBS）共接收点道集。数值算例表明,当水合物作为流体的一部分或胶结颗粒骨架时,仅纵波记录上存在BSR;当水合物胶结颗粒接触,纵、横波记录上均存在BSR。并且,OBS会接收到上行纵波和上行横波在海底界面形成的转换波,干扰横波记录上BSR的识别。     

沉积物孔隙空间天然气水合物微观分布观测

在高分辨率工业型X射线层析扫描仪上（X-CT,X-Ray Computerized Tomography）,研制了适用于沉积物中水合物微观赋存状态研究的CT原位探测装置,可通过模拟天然气水合物生成/分解过程,直接观测水合物在沉积孔隙中的微观分布特征.对粒径为0.425~0.85 mm沉积物中水合物形成过程进行了CT观测研究,结果表明,沉积孔隙中水合物呈混合分布模式,但在水合物不同形成阶段,以某种分布模式为主导：在水合物形成初期,仅有极少量水合物悬浮在流体中,水合物主要以接触或胶结模式为主;在水合物形成中期（如饱和度为24.6%、35.0%时）,水合物倾向于在孔隙流体中以悬浮状形态生成;在水合物形成后期（如饱和度为51.4%之后）,悬浮状的水合物慢慢生长聚拢在一起,水合物又重新胶结沉积物颗粒.     

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.     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况，分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关，当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时，品质因子出现负异常，而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质，其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料，分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%，游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%；而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.     

天然气水合物饱和度与声学参数响应关系的实验研究

天然气水合物饱和度是评估天然气水合物资源量的重要参数,而用来估算饱和度的速度模型则是有限的几个,它们有的为经验公式,有的是以实验数据或野外资料为基础建立起来的,需要进行实验验证和参数分析以确定其使用的适用性.本文首次利用超声和时域反射联合探测技术,研究了沉积物中水合物饱和度与声学特性的关系,并对时间平均方程、伍德及其修正方程、李权重方程和BGTL（Biot-Gassmann Theory by Lee）理论等常用的水合物饱和度估算模型进行了验证.实验结果表明,超声和时域反射联合探测技术能有效地实时获得水合物饱和度和纵、横波速的实验数据,李权重方程和BGTL理论的速度预测值与实验值比较吻合,有广泛的适用性.     

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下裂隙中的水合物分布,及其对各向异性速度和各向异性参数的影响.实验结果表明:随着水合物饱和度的增加,各向异性速度均呈现出整体增加的趋势;当水合物饱和度大于10%时,各向异性速度的增加幅度变得更大,且各向异性速度间的增加速率也表现出强烈差异,具体表现为,垂直于层理面与裂隙面传播的纵波速度和偏振方向垂直于层理面的横波速度分别比其他纵波和横波速度增加得更快.对各向异性结果的深入解释表明:在水合物饱和度小于10%时,水合物可能倾向于黏结在裂隙表面的矿物颗粒上,而当水合物饱和度大于10%时,以黏结矿物颗粒分布的水合物演化为连接裂隙上下表面的桥接分布.研究结果提出了对含裂隙储层水合物分布及其对各向异性地震性质影响的新认识,为含裂隙水合物储层的定量评价提供了重要依据.     

模拟天然气水合物的岩石物理特性模型实验

针对水合物沉积的悬浮、颗粒接触和胶结三种微观模式,制作一组微弱胶结非固结高孔隙度人造样品和颗粒填充渐变的三维物理模型. 通过物理模型实验研究天然气水合物物性参数的敏感性. 实验结果表明：在弱颗粒间胶结物和低有效应力的固结差的沉积物中,声波对孔隙流体性质较敏感. 随着温度的降低颗粒胶结,改变原有沉积物的岩石物理特性,速度、弹性模量和频率升高,声波衰减和Vp/VS减小,沉积层内的反射波消隐.     

连续胶结声速理论胶结半径表达式的一般性推广及应用

针对Dvorkin 和Nur （1996） 提出的连续胶结声速理论（CCT）中的胶结半径表达式仅适用于孔隙式胶结疏松砂岩的局限性,通过胶结物与颗粒之间的空间几何关系,在胶结物中心厚度不为零的前提下,推导了胶结物胶结半径的一般表达式,并考察了胶结物中心厚度对疏松砂岩声波速度的影响,探讨了该表达式在基底式胶结疏松砂岩纵横波速度预测中的应用.结果表明：随胶结物中心厚度变大,纵、横波速度均减小,且孔隙度越大,胶结物含量越少,速度下降越快;孔隙度或胶结物含量不变时,纵横波速比随胶结物中心厚度的增大而增大;纵横波速比随孔隙度的变化规律与胶结物中心厚度有关,当胶结物中心厚度较小时,孔隙度增大,纵横波速比略微减小,而当胶结物中心厚度较大时,孔隙度的增大会引起纵横波速比略微增大;对于基底式胶结疏松砂岩,使用推广后表达式修正的CCT模型相对原CCT模型能够更好地预测其声波速度,同时发现,利用其纵横波速比无法预测由孔隙度或胶结物含量变化引起的疏松砂岩软硬的变化,但是在胶结物含量或孔隙度不变的情况下,纵横波速比可指示由胶结物中心厚度变化引起的疏松砂岩软硬的变化.     

南海北部海底沉积物在温度变化下的三种声速类型

研究南海北部海底沉积物温度变化状态下声速性质,得出以下结论:(1) 南海北部海底沉积物具有声速温度正增长(STPIK)、声速温度负增长(STNIK)和声速温度波动(STWK)三种类型,后两种类型在世界其他范围内海域未见报道.(2) 声速温度正增长类型和声速温度负增长类型沉积物的温度变化对声速影响都具有十分显著的线性关系,但是原状样品由于组成不均匀性,增大了声速的非线性变化.(3)南海北部海底沉积物的孔隙度、密度等主要物理参数差异不明显,难以直接解释三类样品的温度-声速性质的不同.(4)对于STPIK类型沉积物,理论分析与实验结果的统一性,可以运用海底沉积物与海水声速比进行校正不同温度状态下的海底沉积物的声速.(5)对于STNIK和STWK类型沉积物,需要深入研究,从理论和实验角度揭开其机理和成因.海底沉积物声速-温度特性研究将为提高南海北部海域天然气水合物声学探测精度和准确度提供声速性质依据.     

南海中北部陆缘横波速度结构及其构造意义

纵横波联合勘探可以得到更多关于岩石圈层岩性、物性等介质属性方面的信息,有效提高地壳物质组成的约束性.在纵波速度结构模型的基础上,通过射线追踪和走时拟合对OBS2006-3地震剖面径向分量的转换震相进行了横波速度结构模拟.结果表明:沉积层1、沉积层2的横波速度分别为0.7～0.9 km/s和1.6～1.7 km/s,波速...     

中国东北-华北地区地壳厚度与泊松比及其地质意义

本文通过收集和综合分析已有的接收函数H-k研究结果,给出了中国东北-华北地区的地壳厚度与波速比/泊松比分布图.本研究表明该区地壳最薄的地方出现在松辽盆地和华北平原地区（28~35 km）;大兴安岭、燕山-太行地区的地壳厚度介于36~45 km范围,其中燕山造山带地壳厚度由东向西逐渐增加;而最厚的地方则出现在鄂尔多斯盆地西南缘（~55 km）.研究区平均波速比为1.76±0.05,较全球大陆平均值明显偏高,这可能与中、新生代以来该区显著的岩石圈减薄与破坏过程相关.其中地壳波速比最高的地方出现在山西地堑、长白山、大同-张家口等新生代火山区,意味着这些地区可能具有较高的地壳温度或存在广泛的壳内部分熔融.本文研究显示,大兴安岭造山带地区地壳厚度与波速比/泊松比成负消长关系,推测大兴安岭在形成过程中,地壳的增厚以长英质上地壳增厚为主.与大兴安岭地区不同,松辽盆地及周边地区地壳厚度与泊松比没有明显的相关性,表明松辽盆地可能具有复杂的形成与演化过程.     

海城地震前后地震波速比的变化

本文分析了1975年2月4日海城7.3级地震前后147次地震的资料。结果表明,主震前地震波速比有明显的异常变化。纵横波速比V_p/V_s表现为“下降-回升”的异常形态,负异常至少在主震前四年已出现,最大异常幅度为10％左右,负异常结束后十个月发生主震。主震前波速比异常区较大;而震源附近的小区域,仅在全区波速比回升后的临震前才出现了急剧的负异常。主震前横波速度变化不大,纵波和虚波速度出现异常变化。在一次4.8级强余震前两个月,波速比也出现了负异常。 本文还分析了8次人工爆破,但未发现主震前波速比的异常变化。 关于波速比异常的原因,初步认为是岩石在构造应力的集中作用下,弹性性质发生变化、内部出现大量微裂隙而造成的。     

新丰江6.1级水库地震前后的波速比变化

广东省新丰江水库区于1962年3月19日发生6.1级地震。本文分析了1961年以来十四年间,特别是主震前后纵、横波速比V_p/V_s的变化过程。结果表明:波速比V_p/V_s在主震前出现了明显的负异常,总异常时间约为十一个月,于震前一个半月返回正常值,在主震震源附近的深水峡谷区异常幅度最大,异常时间和空间范围比一般构造地震的要小.后期几次强余震前也有异常变化。虚波速度在主震前存在某些异常特征。上述波速比的变化可以用扩容模式较好地解释。 波速比值是由两个台站的记录得到的。对虚波速度的计算采用了联合地震参数的方法。     

墨西哥湾GC955H井天然气水合物储层声波衰减特征

墨西哥湾GC955H井钻遇两种不同的水合物储层,浅层裂隙充填型水合物和深层砂岩型水合物.浅层水合物充填在细粒泥质沉积物的裂隙中,由电阻率测井计算的饱和度平均值为25%.深层水合物充填在砂岩孔隙中,由电阻率计算的饱和度平均为65%.基于声波全波形数据,本文计算了GC955H井储层的声波衰减大小,结果发现两种水合物层对声波衰减的影响不同.泥岩水合物层中的声波衰减与上覆背景泥岩沉积层基本相当.砂岩水合物层的声波衰减大于0.1,最大0.15,远高于上覆和下伏的背景砂岩层.对声波频率的分析发现,GC955H井泥岩层中水合物对声波频率的影响不大,砂岩水合物层的声波频谱与上下背景砂岩层相比发生变化,主频增大.通过对比两种水合物储层的特征,本文初步定性分析了造成水合物对储层声波传播影响不同的原因,包括岩性、水合物饱和度、水合物赋存方式等;但对此的定量描述需要未来更详尽地讨论和研究水合物的声波衰减机制.     

南阿拉斯加地壳及上地幔结构成像研究

通过反演562891个纵波和156321个横波走时数据,第一次同时获得了阿拉斯加地区地壳及上地幔的纵波与横波速度以及泊松比图像,为更好地认识阿拉斯加地区的深部地震结构、太平洋板块与亚库塔特板块的俯冲几何形态提供了科学依据.成像结果表明P波和S波速度图像与泊松比结构具有很好的一致性,强的高速度和低泊松比异常沿着阿拉斯加俯冲带延伸至200 km深度,该高速度和低泊松比异常体与俯冲带的地震空间分布吻合,因此,我们认为该高速体为俯冲的太平洋板块和亚库塔特板块.从地震空间分布发现,大部分大地震（M>6.5）发生在高速度与低速度异常交界处,可能反映了俯冲板块之间强耦合作用.在俯冲带的地幔楔显示出广泛的低速度和高泊松比异常,并且这些异常与岛弧火山的位置相对应,这与大洋板块俯冲所形成的岩浆入侵作用有关.研究结果表明在南阿拉斯加俯冲带,俯冲板块的俯冲角度从兰格尔块体下方的平坦变成在布里斯托尔湾下方的陡峭,这与亚库塔特板块俯冲在兰格尔块体下方和太平洋板块俯冲在布里斯托尔湾下方有关.在基奈半岛和科迪亚克岛连接处的上地幔位置存在强烈的低速与高泊松比异常体,使该处的大洋俯冲板块变薄.这一现象可能与亚库塔特板块和太平洋板块相互碰撞作用以及软流圈强烈的上升流入侵有关.     

海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析

随着水合物含量的增加,往往会引起纵、横波速度的增加,同时也会引起衰减的变化.针对含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析,有助于水合物含量的估计.本文以有效介质理论模型(EMT)为基础,研究了海洋未固结含水合物沉积层的纵、横波速度的非线性变化趋势.同时采用BISQ模型替代有效介质模型中的Gassmann方程,具体分析了全频带范围内海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征.采用该模型,速度与衰减均随着水合物含量的增加而增加,且岩石孔隙度与泥质含量对衰减系数的影响较小.针对大洋钻探计划(ODP)164航次的实际数据,运用该模型方程计算采用声波测井数据(20kHz)与VSP数据(100Hz),分别获取了水合物稳定带的饱和度数据,平均在5%~7%之间,由于速度频散的影响,VSP估算结果要弱低于声波测井估算数据,均与实测保压取芯的甲烷含量数据、他人研究成果以及神经网络趋势预测结果均有着较好的一致性.对南海神狐海域三口钻位开展了水合物含量预测,与保压取芯结果有着较好的吻合关系.同时基于层剥离法提取该区域某地震测线BSR层的等效Q值,采用本文方法估算了该区域的等效天然气水合物含量15%~30%.数值模拟与实际应用结果表明:含水合物沉积层的速度频散与衰减特征均随着水合物含量的变化而变化,联合利用这一些变化特征,有助于天然气水合物含量的估计.     

新疆和周边地区地壳厚度和Vp/Vs比值变化的接收函数约束

我们用修订后的接收函数H-K叠加算法估计了新疆和周边地区90个地震台站下的地壳厚度和波速比Vp/Vs.该地区平均地壳厚度约为52 km,变化范围约为33～79 km.最厚地壳位于西昆仑山的TAG台站,最薄地壳在塔拉斯-费尔干那断层附近的NRN台站.对每个台站的点地壳厚度估计结果进行了线性各向同性变差模型的标准克里金空间...