利用海洋地震数据估算气体水合物与游离气资源量

位于南卡罗来纳近海的布莱克海台的海洋地震数据及测井表明：含有气体水合物的沉积层覆盖于含游离气的沉积层之上，造成了明显的地震似海底反射（BSRs)。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据，以确定气体水合物与游离气的饱和度。高孔隙度的海洋沉积物可以模拟为一个颗粒状的系统，其弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物成分、孔隙充填物的弹性属性以及孔隙空间中水、气体及气体水合物的饱和度相关。将此模型应用到地震数据时，我们首先通过叠加速度分析获得层速度。其次，除孔隙度，水、气和气体水合物的饱和度等参数外，通过地质信息获得岩石物理模型的其他输入参数。为了从层速度信息中估算孔隙度和饱和度，我们首先假定整个沉积物中不含气体水合物或游离气，然后，根据岩石物理模型由层速度直接计算孔隙度。在气体水合物与游离气出现的区域，这些孔隙度的数据特征出现异常（无气体水合物或游离气的沉积物中期望的标准数据特征与获得的数据特征相比较而言），低估水合物区域中的孔隙度，而高估含游离气区域的孔隙度。我们用带有异常值的孔隙度数据减去标准的孔隙度特征数据（不含气体水合物和气体）来计算剩余孔隙度。然后,我们应用岩石物理模型剔除气体水合物或气体饱和度引起的异常，最终获得理想的二维饱和度图。因此，这样得到的气体水合物最大饱和度占孔隙空间的13－18％之间（取决于所用模式的型式）。在布莱克海台钻井中（不在地震测线上）测量的饱和度大约为12％，这与计算结果一致，游离气体的饱和度在1－2％之间变化。饱和度的估算值对于输入的速度值相当敏感，因此，采用准确的速度对得到合理的储层特性相当关键。     

根据压缩波和剪切波的速度估算JAPEX／JNOC／GSCMallik2L—38气体水合物研究

本文利用压缩波（Ｐ波）和剪切波（Ｓ波）井下测量,估算了ＪＡＰＥＸ／ＪＮＯＣ／ＧＳＣＭａｌｌｉｋ２Ｌ－３８气体水合物研究井沉积物孔隙中所含原地气体水合物的含量。文中将用来关联未固结沉积物孔隙中的气体水合物含量与地震波速度增加之间关系的加权方程及由层组密度测井得到的孔隙度,应用珐声波测井中,权重（Ｗ）为１．５６和指数（n） 为１时,Ｓ波和Ｐ波测井所估算的气体水合物含量值一致。孔隙中气体水合物含量最高达８     

利用多种测井数据估算阿拉斯加北部陆坡Mount Elbert井原位气体水合物饱和度

2006年,美国地质调查局（USGS）完成了对可用的2D和3D地震数据的解释和分析后,提出了一个确定阿拉斯加北部Milne Point区域永冻带下气体水合物稳定带内的水合物矿藏的可行办法。为了验证USGS的预测并获得关键的储层数据,也是为了形成长期生产测试计划发展的需要,2007年2月,在Mount Elbert矿区进行的钻井取得了多种测井数据和岩芯数据,并将这些数据用来估算水合物原位饱和度及储层属性。气体水合物饱和度可根据不同的测井数据估算,如核磁共振（NMR）,P波与S波速度,电阻率以及孔隙水盐度等。根据NMR测井数据估算的气体水合物饱和度与通过P波和S波估算的结果非常吻合。由于原生水的低盐度及低的形成温度,原生水的电阻率与页岩的电阻率是相当的,因此在利用电阻率测井数据准确估算气体水合物饱和度时,必需解决粘土的影响。确定二个气体水合物高饱和区段,上部区段的厚度约43ft,平均气体水合物饱和度为54％,下部区段厚度53ft,平均气体水合物饱和度为50％,二个区段的最大饱和度都达到75％。     

南海陆坡天然气水合物饱和度估计

基于双相介质理论和热弹性理论,建立了沉积层纵波速度与天然气水合物饱和度、弹性性质及地层孔隙度之间的关系。通过对比饱和水的理论P波速度与实际P波速度,可以得到天然气水合物饱和度。根据ODP184航次的电阻率、声波速度、密度等测井资料以及地质资料,初步推断南海陆坡存在天然气水合物。根据声波测井的纵波速度估算出南海1146和1148井天然气水合物饱和度分别为孔隙空间的25％～30％和10％～20％,1148井个别沉积层天然气水合物饱和度可达40％～50％。沉积层的纵波速度与饱和水速度差值越大,天然气水合物饱和度越高。     

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温,高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源,研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,已建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层（＜20m）沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题,通过对国际上已有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅层条件下识别天然气水合物赋存的地球异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。     

水合物生成导致沉积物孔隙结构和渗透率变化的低场核磁共振观测

含水合物储层的宏观物性表现是由储层沉积物的微观孔隙特征所控制的。理解沉积物在水合物生成过程中微观孔隙结构特征变化对于其物性特征的预测和分析有重要意义。本文利用低场核磁共振(LFNMR)技术监测了不同砂样中氙气水合物的生成过程,利用横向弛豫时间(T2)谱对生成过程中的微观孔隙结构及水相渗透率演化规律进行了分析。研究表明,水合物优先生成于沉积物较大孔隙中,在半径较小的孔隙中水合物很难生成;生成前期水合物的生长速率较快,后期逐渐减缓;水合物的生成导致沉积物孔隙尺寸和分布的变化,表现为随着水合物的生成,沉积物水相孔隙空间的最大孔隙半径和平均孔隙半径逐渐减小,孔隙空间的分形系数逐渐增大;沉积物水相渗透率随水合物生成过程中水合物饱和度的增加,先迅速减小后缓慢减小;具有不同孔隙结构特征的样品水相渗透率变化规律存在差异;相较于SDR模型和Kozeny-Carman模型,分形方法能够更好地体现孔隙结构变化对渗透率的影响。     

用孔隙水中氯离子浓度异常估算天然气水合物含量

水分子与烃类气体沉积物孔隙中结合形成水合物的过程中,只吸取孔隙中的淡水,而盐类物质不能进入水合物的晶体结构,在水合物形成过程中会引起局部孔隙水离子浓度的浓缩,增加周围沉积物孔隙水的盐度;而当水合物分解时,孔隙水就会被稀释,使得钻孔获得的水合物样品比不含水合物的样品具有更低的盐度.因为C1-是浅层海洋没积物孔隙水中一种丰富且保守的离子,C1-离子浓度变化通常被用来监测天然气水合物的形成和分解.……     

海底气体水合物BSR的AVO模拟

在世界各地陆架外缘的地震剖面上，出现与海底近似平行的拟海底反射层BSR。BSR与气体水合物稳定域同时发生，并通常用作指示海底天然气水合物。尽管假设BSR标志含气体水合物的沉积物之底界，但位于BSR之下沉积物内低速游离气的产状及重要性仍是长期争论的课题。这篇论文通过对俄勒冈近海和波弗特海面两个地区BSR的反射系数模拟或AVO模拟，调查水合物丰度与BSR伴生的游离气。根据两地的多道地震剖面，地震速度资料和俄勒冈ODP第892站的钻井记录资料模拟，若BSR之上的气体水合物饱和度小于孔隙体积的30％，BSR的AVO研究能确定BSR之下是否存在游离气。根据AVO，能大致估算BSR之上气体水合物饱和度，但仅用地震资料，不能控制BSR之下的游离气饱和度。两个地区的AVO分析暗示出：BSR之下的游离气是导致强振幅BSR的主要原因。对两地区研究，计算BSR之上的水合物浓度不足孔隙体积的10％。     

温度周期变化下分散型天然气水合物的沉积物电阻率测量

测量了在温度周期变化下的含天然气水合物沉积物的电阻率.在温度震荡过程中,电阻率测量能检测到水合物或冰的二次形成.实验证明,温度震荡能促进分散型水合物在沉积物孔隙中的形成.经过多次温度震荡后,孔隙水大部分能转为水合物,在1.2℃时,水合物最终饱和度为78.2％,其含水合物沉积物的电阻率为12.0 ohm·m.     

似海底反射的地震速度和AVO效应

我们将浓度和压力作为一个函数得到冰和含气体水合物的地震波速度。同以往以简单的慢度和平均模量及双相模型为基础的理论不同，我们使用了Biot类型的三相理论，这一理论考虑了二种固体（颗粒和冰或笼形物）和一种液体（水）的存在，以及一个含气和水的多孔隙基质。对于固体的Berea砂岩，低于0℃时的纵波理论估计值过低，在含有冰－颗粒相互作用和颗粒胶结时与实验数据产生了好的吻合。严格地讲，水的比例与温度紧密相关。假定已知孔隙的平均半径和标准偏差，那么在一给定温度下的波速拟合就能对整个温度范围的速度进行预测。通过一个粘弹性的单相结构模型来计算反射系数。本文的分析是针对游离气带的顶部（位于含气体水合物的沉积层下）和底部（上履于饱含水的沉积层）进行的。如果似海底反射仅仅是由于胶结气体水合物与含游离气沉积层的分界面造成，我们可以得出结论：（1）在一定的气体饱和度下，很难估算低浓度情况下气体水合物数量。然而，水合物的高、低浓度还是可以区分的，因为它们分别呈现正和负的异常；（2）游离气和饱和度可以从反射振幅中而不是从异常类型中获取；（3）P波转化为S波的反射系数是指示高含量的气体水合物和游离气一个较好指示。另一方面，对于未胶结的沉积物，振幅随偏移距变化曲线总是为正。     

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。     

深海沉积物中气体水合物的聚积

气体水合物的聚积很大程度上取决于孔隙水中气体溶解度的空间变化。在海底气体水合物稳定带内,在向海底表面方向上,随着温度的下降,水中甲烷的溶解度明显降低。气体水合物可以从向上渗出的甲烷饱和水中沉淀,也可以从与上升流和生物化学甲烷刘生产速率区域有关的扩散晕内的散播气体和分凝孔隙水中聚积。水合物更易在孔隙水相对淡的及孔隙较大的沉淀物中形成。温不合物稳定带是碳氢化合物气体从沉积物迁移进入海水的地球化学障。无     

波弗特海大陆边缘之下与气体水合物相关的BSR地震研究

位于阿拉斯加北部波弗特海上陆坡海底之下300－700m处有一强的似海底反射层（BSR），与上覆的气体水合物和下覆的天然气及孔隙水之间的相界面对应。世界各地BSRs具有类似的成因，这里通常解释为含本水合物碎屑沉积物之底界，下覆沉积物内可能有或没有游离气。令人惊奇的是，对这些强反向起因知之甚少。在这篇论文里，通过对合成的BSR振幅和波形（随震源－检波器偏移距变化）与穿越波弗特海发育较好的BSR多道地震反射资料比较，分析产生BSRs的物性差异。为了区分BSR之下是否有游离气，需要补充近垂直入射资料和叠前偏移资料。对振幅随偏移距变化（AVO）的分析暗示出：BSR的产生主要是由于BSR之下碎屑沉积物内存在游离气。据垂直入射合成地震记录，估计游离气带厚度薄于11－16m。若气体浓度深度而减少，则游离气带厚度可能大于16m。据AVO模拟，初估BSR之上沉积物内气体水合物饱和度不足孔隙体积的10％。     

用地震AVO方法研究含气体水合物沉积物的内部结构

采用岩石物理合成地震模型，我们解释了弗罗里达近海BSR振幅随炮检距变化，现场地震资料的AVO分析和以往得出的速度结果对比显示：BSR将含游离甲烷的沉积物与含水合物沉积物分隔开来，BSR振幅随偏移跨增大呈负增长，这种特性说明BSR之上的P波速度比BSR之下的P波速度要大，BSR之上的S波速比BSR之下的波速度小。由此可见，用AVO和速度结果可帮助推断水合物沉积物内部结构。为了达到这个目的，建立两种微力学模型，对应于孔隙空间内水合物沉积的两种特殊情况：（1）水合物胶结颗粒接触，并增强了沉积物强度；（2）水合物远离颗粒接触部位，并未影响沉积积物骨架的硬度。仅第二种模型能定量化形成所观察到AVO响应。因此，推断含水合物沉积物内部结构意味着：（1）BSR之上的沉积物未胶结，故机械强度关弱；（2）其渗透率低，因为水合物阻塞了孔隙空间孔道。后者解释了为什么游离气圈闭在BSR之下，地震资料也暗示水合物层顶部缺少强反射，这一事实建议恰恰在BSR之上的沉积物内水合物浓度高，随深度减少逐渐降低，这种影响与BSR之上的低渗透水合物沉积物阻止游离甲烷上运移一致。     

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示ＷａｌｔｅｒＳ．Ｂｏｒｏｗｓｋｉ等微生物硫酸盐的减少，微生物沼气的产量，和气体水合物的形成与深海、大陆边缘沉积物中出现的成岩作用紧密联系（Ｐａｕｌｌ等，１９９４）．气体水合物是由水和低分子量气体（...     

振幅空白与沉积物中气体水合物充填的相互关系

含气体水合物沉积的地震指示包括层速度的急剧增大及地震反射振幅的衰减，这归因于沉积物孔隙中存在气体水合物。然而在布莱克海台所观察到的具有较低层速度的振幅空白使人难以理解，这是由于缺少实际地震模型以解释观测结果。本研究提出几个气体水合物浓度随孔隙度而变化的模型，其中的气体水合物在较大孔隙介质中时，其浓度也较大，并能获得具有明显较低层速度的振幅空白。含气体水合物沉积的反射振幅可能比相应的不含水合物沉积的反射振幅弱很多、略弱或者强，这取决于孔隙空间中气体水合物浓度的量值。     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型，在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上，首先我们使用迭加速度分析得到层，然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度，我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气，然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中，通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后，通过引入天然气水合物或游离气的饱和度，应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合，测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感，因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

基于声波速度分析神狐海域水合物垂向分布特征

在分析了等效介质理论提出的2种模式的异同点后,结合神狐海域水合物钻井的测井数据与沉积物样品分析数据,基于物理模型的等效介质理论,计算了在不同水合物饱和度条件下的纵波速度,并估算了神狐海域某钻井沉积物孔隙空间中水合物的饱和度,进而分析水合物在沉积物层中的垂向分布特征.研究表明,神狐海域水合物主要分布在190～220 m之...     

采用孔隙水的氧同位数分馏和δ^18O异常估算天然气水合物含量

大西洋西部布莱克海岭ODP164航次994，997钻孔沉积物孔隙水δ^18O值在上部200mbsf为0.3--0.5‰（SMOW），随深度增加而出现下降趋势；然后在含水合物带（200-450mbsf)出现明显的正异常波动，△=0.2-0.5‰，最后随深度从-0.4‰增加到700mbsf时的-0.2‰。含流水作业事物带δ^18OIW的正偏移可能是沉积物岩心中水合物分解造成的，天然气水合物样品富δ^18O,δ^18O值为2.7-3.5‰，水合物和其周围孔隙水的δ^18O值算得，在12-16℃，31MPa(海平面下3km)条件下的其分馏系数为1.0034-1.0040。根据该分馏系数和布莱克海岭水合物带同位数异常推算，该沉积物孔隙中水合物的饱和度为6-12%。     

天然气水合物:21世纪的资源?

估计世界上水合物聚集体中的气体含量大大超过了已知常规气储量体积 ,但是气体水合物在世界能源需求中起什么作用将最终取决于充足气体水合物资源的利用率和开发它们的费用。然而 ,关于世界气体水合物资源仍存在着大量的不确定性和反对意见。气体水合物存在于永冻区和外部大陆边缘海底温压条件下的沉积物矿床中。综合北极区气体水合物研究资料 ,表明永冻区气体水合物可能存在于地下深度约１３０～２０００ｍ范围内。气体水合物在近海大陆边缘的存在主要由异常地震反射即似海底反射层（ＢＳＲ）来指示 ,ＢＳＲ在海底深１００～１１００ｍ处。…