垂直多井动态开采水合物边坡稳定性分析

天然气水合物是一种赋存在海底沉积物孔隙中的清洁能源，含量巨大，具有很好的开发前景和研究价值。垂直井作为开采水合物的一种主要方式，在开采过程中，会改变天然气水合物沉积层的环境条件，随着开采井释放出大量的气体和水，在地层中形成超压，过高的孔隙压力会降低沉积物的胶结强度，破坏沉积层的稳定性，诱发海底滑坡。借助Flac3D软件建立高精度的海底斜坡模型，基于有限差分法对垂直多井动态开采水合物过程中的边坡稳定性进行了数值模拟，模拟了不同开采方案条件下采用多井开采，水合物分解量、开采井压变化等不同影响因素产生的地层力学响应和位移变化，基于安全系数法进对于水合物开采引起的边坡稳定性进行了初步分析。结果表明：多井开采条件下，随着水合物分解程度的不断增大，海底斜坡稳定性逐渐降低，当水合物分解程度达到80%时，安全系数会降低到1.0以下，边坡会失稳；随着井压的不断降低，海底斜坡稳定性同样逐渐降低，当开采井压降低到4 Mpa以下时，安全系数会降低到1.05以下，边坡变为欠稳定状态，存在发生海底滑坡的风险。     

天然气水合物分解对海底斜坡稳定性影响研究进展

天然气水合物作为一种新型能源,已经逐渐引起人们的重视。赋存于海底沉积物中的天然气水合物虽然本身作为亚稳定胶结物对海底有建造作用,但是由于其对特定温度和压力条件的严格依赖,海底温压条件的改变会引起其分解,从而使海底沉积物失稳甚至导致海底滑坡。本研究系统介绍了近年来国内外针对天然气水合物合成、物理性质及对海底稳定性影响进行...     

东北太平洋Cascadia陆缘Orca滑坡触发机理的数值模拟

海底温度和海平面变化可以引起海底天然气水合物分解,导致沉积物孔隙内形成超压,改变沉积物有效应力从而触发海底滑坡。本文建立了与此相关的海底滑坡产生的数值模型,并应用于东北太平洋Cascadia陆缘14～9 kaBP期间发生的Orca滑坡形成过程研究。模拟结果显示在最近18 ka海平面逐渐上升的大背景下,18～14 kaBP期间底水温度升高引起其后的天然气水合物稳定带底界快速上移,并在13.7 kaBP达到1.18 m/ka的高底界上移速率,此时Orca地区稳定带底界粗颗粒层内的高饱和度天然气水合物发生分解,产生114 kPa的流体超压,使地层安全系数显著小于1,触发海底滑坡。因此,海底温度升高引起高饱和度天然气水合物分解可能是东北太平洋Cascadia陆缘Orca海底滑坡的主要触发因素。     

南海中建海域麻坑发育特征及成因机制

海底麻坑在圈定潜在的天然气水合物发育区和指示海底地质灾害方面都具有重要意义。基于南海中建海域的高密度三维地震资料,采用自动追踪技术对研究区海底地貌特征进行了刻画,发现了众多形态各异、大小不一的麻坑,可分为圆形麻坑、椭圆形麻坑、拉长形麻坑、新月形麻坑和复合型麻坑等5类。中建海域的海底麻坑主要发育在海底地形坡折的位置,成群、成带分布,在地形平坦的位置麻坑不发育。影响中建海域麻坑形成的因素主要有火山活动、断裂活动、水合物分解、海底底流等。引起中建海域海底形成麻坑的流体主要有4种,分别是火山热液、天然气水合物分解的气体、沿断裂向上运移的深部油气及火山热液与天然气水合物分解气体的混合。     

天然气水合物赋存区麻坑地貌特征及其地质灾害意义

文章通过对天然气水合物资源及其赋存区典型地貌体特征的分析,梳理了天然气水合物赋存区和麻坑地貌体的地质灾害类型,阐述了由于天然气水合物分解释放造成海底滑坡、滑塌和甲烷气体大规模逸散,继而引起海底输电或通信电缆毁坏、海洋石油钻井平台垮塌,甚至海啸和全球气候变暖等严重灾害。为天然气水合物勘探和开采提供有益参考。     

海底沉积物中天然气水合物形成过程数值模拟:以深部流体向上供给甲烷为背景

为深入了解深部上升流体供应甲烷的海底沉积环境中天然气水合物的形成和聚集过程,综合沉积作用、深部上升甲烷流体的对流和扩散作用、甲烷溶解度控制水合物形成等物理过程,建立了天然气水合物形成过程的数学模型,研究水合物在空间和时间尺度上的形成过程。模型通过3个无量纲参数(沉积压实引起的孔隙流体对流与扩散的比率Pe_1、深部流体向上对流传输与扩散的比率Pe_2、深部上升流体的甲烷含量C_(m,ext)~l),形象地描述了天然气水合物在海底沉积中的聚集过程。数值模拟研究表明,天然气水合物首先在稳定带内上部某一位置形成,随后由于沉积作用向下延伸而在稳定带底部形成水合物;水合物演化时间与Pe_1、Pe_2及C_(m,ext)~l呈负相关;水合物含量与Pe1、C_(m,ext)~l负相关,而与Pe_2正相关。甲烷溶解度曲线对水合物形成和分布有重要影响,但深部上升流体的甲烷含量、上升流体的通量决定了整个水合物系统甲烷量的输入和输出,是海底天然气水合物形成的主要控制因素。     

海底天然气渗漏系统水合物成藏过程及控制因素

在海底天然气渗漏系统沉淀水合物的动力学基础上,建立了水合物沉淀与分解的化学动力学模型。应用该模型分析了美国墨西哥湾布什山天然气渗漏系统水合物的成藏过程,探讨了水合物沉淀、稳定性影响因素。在渗漏通量为每年400kg·m-2的单个通道中,约需425a才能导致水合物稳定带沉积层约30%孔隙完全被水合物充填,渗漏通道被堵塞,沉淀的水合物在剖面上从稳定带底部向海底趋于富C3+C4。在渗漏通道天然气流量由弱到强再到弱的演化过程中,渗漏速度增大过程中形成的水合物在渗漏速度减小过程中将分解,总量约10%的水合物将被分解。如果分解产生的天然气可快速迁移出渗漏系统,海底温度的升高可引起约40%的水合物在20d内分解,并导致海底渗漏速度的急剧增大。     

天然气水合物的分解导致海底沉积层滑坡的力学机理及相关分析

<正>天然气水合物是一种由天然气和水形成的类似冰状的固体物质,主要赋存于低温高压背景下的海底沉积物和陆地永久冻土地带(颜文涛,2006)。自20世纪7 0年代海洋油气勘探过程中在海底一定深度发现天然气水合物稳定层并采集到实物样品以来,社会对它的关注程度便日益提高。海底滑坡是一种会造成重大破坏性后果的海洋地质灾害之一。近些年来研究人员不断发现,海底天然气水合物的分解导致海底岩层稳定性降低,这是     

在沉积物搬运过程中气体水合物的自然赋存作用

自然界中赋存的气体水合物在海底沉积物是处于半固结状态,具有储存大量的气体和水的潜能。当水合物的平衡条件被打破时,能释放出气体和水。因此,水合物能给巨大的沉积物搬运提供潜在的形成机制。在海底低水温和正常静水压力条件下,大部分陆坡和所有海隆、深海平原在靠近海底沉积物的孔隙不处在饱和或近饱和状态下,烃类气体将形成水合物。水合物的气体既可能是原地微生物成因气,也可能是来自较深部沉积物的热解气。稳定水合物沉积物的平衡条件可能遭到破坏,例如由连续沉积或者海平面下降所引起,其中任何一种情况出现使部分固体气－水混合物开始分解。释放出气体和水的体积超过水合物自身的体积,如果大量水合物分解,那么其内部压力能猛烈地骤增,原来部分稳定的沉积物转化为富含气体和富含水的低密度泥岩。当内部压力由于气体压缩或者浮力作用变得非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关非常大时,其上覆沉积物隆起甚至破裂,而非致密的气侵泥岸可以向上运移。与水合物有关的这些现象可以引起泥底辟、泥火山、泥滑坡或浊流,这取决于沉积物的结构和海底地形。     

海底滑坡与天然气水合物之间的相互关系

海底滑坡是具有巨大危害作用的海洋地质灾害之一,近来发现其与海底天然气水合物的分解有重大的关系。详细分析了天然气水合物的形成和分解对海底沉积物的影响;提出了4种自然因素引起水合物分解,导致海底滑坡的观点;列举了国内外滑坡研究的具体事例;从另外一方面讲,海底滑坡对寻找天然气水合物又具有重要的指示作用。     

录井校正新方法在东海盆地西湖凹陷的应用

录井检测受井场环境影响较大,主要包括钻井环境与检测环境,钻井环境包括井径、钻时、钻井液排量、是否取心等,检测环境主要是井场自然环境与检测器内部环境。一般情况下检测器内部环境基本一致,而井场自然环境在一定时间内变化不大,故而钻井环境对录井检测的影响较大,钻井环境校正是进行录井解释前的重要工作。常规Tg(全烃含量)校正方法在取心、低异常、多互层等层段使用效果较差,经过分析,将校正方法在取心、钻时、排量、基值方面进行优化,实践验证,新校正方法效果较好,适应了西湖凹陷的地质研究需求。     

调制Stokes波列长期演化过程中的熵值分析

深水Stokes波列的不稳定调制演化与实际海面的瞬变性、波浪破碎、畸形波等海洋现象密切相关,且波列在长期演化的过程中,演化特性会随着时间尺度的增加而改变,前人的研究多是针对其空间分布特性,对于波列内部能量的分布和变化趋势尚不清楚,因此引入熵的概念用于描述调制Stokes波列长期演化过程中任意时刻波浪场中不同频率波浪能量分布的均匀性。通过高阶谱方法数值模型,模拟了不同初始波陡条件下调制Stokes波列波数谱熵值的长期演化,给出不同阶段初始波陡和熵的关系,并将稳定状态熵值及谱形与典型海浪谱进行对比分析,发现调制Stokes波列长期演化的波数谱熵值和谱形均趋向实测JONSWAP谱,表明其经过长期演化发展,谱变宽变连续,波场内的能量分布趋向均匀并保持动态的平衡,同时也更加趋近于真实海浪。     

不同周期分潮簇对复杂河网潮位分布的影响

在不规则半日潮为主的河口,半日和全日周期的分潮簇在很大程度上影响了潮位的振幅。但当潮波向三角洲河网内部传播时,由于不同周期分潮簇的振幅沿程变化速率存在差异,特别是半月周期分潮簇振幅作用得到增强,使得不同周期分潮簇对河网内潮位分布的影响具有明显的区域性特征。通过珠江三角洲河网一维水动力模型得到研究区域内高频且长周期的潮位资料,基于小波分解重构出主要周期分潮簇的振幅,采用谱聚类图像分割算法,通过像素分割计算确定综合相似度,从图像学等角度论证了不同周期分潮簇与复杂河网潮位分布的空间关联性。研究发现,半日和全日周期的分潮簇影响了复杂河网口门潮位振幅的量值,但半月周期的分潮簇却影响了复杂河网整体潮位分布的形态特征。     

低温和摄食对虹鳟脂肪酸合成基因表达的影响

通过分析低温和摄食对虹鳟(Oncorhynchus mykiss)脂肪酸生物合成相关基因表达的影响,探究其低温适应机制,为虹鳟的成功越冬提供一定的理论依据。本实验设定了正常温度摄食组(NF)、正常温度不摄食组(NU)、低温摄食组(CF)和低温不摄食组(CU)4个实验处理,分别测定了虹鳟肝脏和肌肉在1、3、5、7和14d时硬脂酰辅酶A去饱和酶(Stearoyl-Coenzyme A desaturase,SCD)、Δ6-去饱和酶(Δ6fatty acid desaturase,Δ6Fad)和延长酶2(Elongation of very long chain fatty acids like 2,Elovel2)3个基因的相对表达水平。实验表明:摄食显著影响虹鳟肝脏对脂肪酸的生物合成,在营养供给充足的情况下,主要通过脱酰和重酰化作用(替代作用)来满足机体对单一不饱和脂肪酸(Monounsaturated fatty acid,MUFA)和多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid,PUFA)的需求;在营养供给不足时,可以通过相关脂肪酸生物合成通路合成MUFA和PUFA。虹鳟肌肉中有大量脂肪沉积,因而短时间的不摄食对其影响较小。当周围环境温度降低时,SCD、Δ6Fad和Elovel2三个基因的表达量均显著上升,表明虹鳟为了适应低温,生物膜磷脂脂肪酸中不饱和脂肪酸的比例上升,虹鳟肝脏和肌肉中MUFA和PUFA生物合成量增加。此外,虹鳟肝脏SCD mRNA的表达量在CF组较低,这可能是因为摄食可以在一定程度上补充MUFA。虹鳟在正常营养条件下,大约在5～7d可适应低温;在长时间的饥饿和低温胁迫下,虹鳟机体内的脂肪酸生物合成会受到影响。     

大亚湾夏、冬浮游植物群落结构与环境因子

根据2015-08和2015-12大亚湾海域的调查数据,对大亚湾浮游植物种类组成、丰度分布、多样性及与环境因子的关系等进行分析。结果显示:夏冬两季共鉴定出浮游植物5门39属102种,其中硅藻70种,甲藻27种,金藻和绿藻分别为2种,蓝细菌1种。浮游植物丰度夏季波动范围为(0.80～42.43)×10~6个/m^3,均值为10.70×10~6个/m^3;冬季波动范围为(0.13～43.80)×10~6个/m^3,均值为7.24×10~6个/m^3;浮游植物丰度组成夏季以硅藻为主,占总丰度的97.51%,冬季则以金藻和蓝细菌为主,占97.41%。夏季优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、柔弱拟菱形藻(Peseudo-nitzschia delicatissima)和菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides);冬季优势种为球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)和束毛藻(Trichodesmium sp.)。冗余分析显示,影响大亚湾浮游植物分布的关键环境因子,夏季为透明度、氮磷比、温度和盐度,冬季为盐度、pH、温度和亚硝氮。     

南海北部陆坡内孤立波对桩柱作用力的极值推算

内孤立波的发生常伴随着大振幅波动和突发性强流,对桩柱等海中结构物产生强烈破坏作用。基于KdV方程和Morison公式,在忽略高阶模态的情况下,探讨内孤立波对桩柱的单位作用力、总作用力、剪力和弯矩的极值问题,并利用2016-07南海北部陆坡的实测资料对理论结果进行检验。结果表明:1)在内孤立波最大振幅所在的垂向剖面上,上层与下层各存在一个单位作用力极值,且二者方向相反,上层总作用力强于下层,最大剪力和弯矩分别发生于水平流速的转向层和海底;2)各水层中,沿着内孤立波的传播方向,所有作用力的数值均随时间的推移先递增后递减,存在正向或负向的最大值;3)全水层总作用力极值发生在半周期,其值与波动振幅和水平波速有关,其他作用力极值发生于最大振幅时刻之前,作用力极值与振幅和非线性波速正相关,与水平特征宽度负相关;4)单位作用力极值的时间提前量与振幅和水平特征宽度强相关,与非线性波速弱相关。     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。     

台风“苏力”(2013)期间海洋上层温、盐及海平面异常变化特征

台风"苏力"是2013年最强的台风之一。本文利用再分析资料、卫星遥感资料及ARGO浮标数据等分析了台风过境所引起的海表面温度(SST)、海表面高度异常(SLA)以及海洋次表层温、盐的变化规律,给出了上层海洋对台风响应的基本特征。台风所经过的海域都存在着明显的降温,在冷涡区域引起了6~7℃的海表温度的冷却,降温区域集中在路径的右侧。台风造成SLA降低,最大为20cm左右。海表温度的变化滞后于海面高度的变化。ARGO浮标数据显示,台风引起了海面的显著降温,最大降温幅度为5℃,位于冷涡内,且位于路径的右侧。路径左侧的SST的降低相对较小,为1.5~2.5℃。台风的扰动导致次表层水涌升到表层,改变了表层的盐度和密度,引起混合层加深。     

雅浦海沟南缘铁锰结核矿物与地球化学特征及其成因研究

本文采用X射线衍射、全岩地球化学和电子探针等测试方法,对雅浦海沟南部附近海域获得的铁锰结核样品进行了显微构造、矿物和地球化学分析,并探讨了其成因。结果表明:铁锰结核的显微构造主要包括平行纹层构造、柱状构造、叠层状构造和同心环状构造;显微构造和探针结果显示铁锰结核在生长初期处于底部海洋动力比较强烈的环境,后期生长环境逐渐趋于稳定;铁锰结核的矿物组分以水羟锰矿、钠水锰矿、石英和钙十字石为主;样品中Fe、Mn元素含量较高且含量比较接近,Cu、Co、Ni和REE相对富集,REE分布模式整体比较平缓并都出现较强的Ce正异常和重稀土元素亏损现象;文中两块铁锰结核都为水成成因,成矿物质主要来自同期的海水沉淀,同时也受一定海底火山物质和陆源风尘物质的影响。     

海量数据驱动下的高分辨率海洋数值模式发展与展望

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具。随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展。随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战。当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战。本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势。提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键。从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径。