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.     

部分饱和砂岩储层地震物理模拟及含气饱和度预测分析

含气饱和度预测是天然气储层地震解释工作的重要目标.本文将岩石物理分析与地震物理模拟技术相结合,构建了部分饱和砂岩储层物理模型并进行含气饱和度预测分析.物理模型中设置了高孔渗常规砂岩和低孔渗致密砂岩两种模拟储层,每种储层都是由具有不同含水饱和度的气-水双相饱和砂体组成.岩石物理分析结果显示在低孔渗致密砂岩中气-水混合流体更加倾向于非均匀的斑块分布,而结合了Brie等效流体公式的Gassmann流体替换理论可以更准确地描述纵波速度随含水饱和度的变化趋势.对物理模型进行地震资料采集处理后,对比了AVO特征和叠前同步反演结果对两种砂岩储层含气饱和度预测能力的差异.AVO特征结果显示,对于混合流体均匀分布的高孔渗砂岩储层,AVO响应曲线和属性变化很难对含气饱和度进行估算;对于混合流体斑块分布的致密砂岩储层,AVO特征可以定性地分辨出储层是否为高、中、低含气情况.反演结果显示,密度及纵横波速度比分别对高孔渗及致密砂岩储层的含气饱和度有着较好的指示能力.

     

膨胀土CBR强度特性机制分析

以在建的周集-六安高速公路为依托工程,采集典型弱、中膨胀土开展系统的试验研究,探讨了膨胀土CBR强度随含水率、击实功和膨胀潜势的变化规律。试验研究表明：CBR峰值含水率要大于最优含水率,且膨胀潜势越高,击实功越大,CBR峰值含水率与最优含水率的差值越大。结合非饱和土气水状态理论,分析了膨胀土CBR强度特性的内在机制。研究发现,CBR强度特性的上述规律性,主要是由不同饱和度条件下膨胀土所处的气水状态所决定的。当饱和度小于界限饱和度时,土体处于非饱和状态,CBR强度随饱和度的增加呈指数增长,说明膨胀土的固有特性对CBR强度的影响很大;当饱和度大于等于界限饱和度时,膨胀土强度特性与饱和土类似,CBR强度主要受干密度控制。     

多孔介质中甲烷水合物相变过程模拟实验研究

天然气水合物相变过程不仅对沉积层温度场产生影响,也会改变沉积层介电常数等物理性质,深入研究水合物相变过程对周围环境的影响对今后水合物资源开发利用以及水合物地质灾害控制评估等方面都有重要的意义。通过使用专门设计的水合物模拟实验装置,综合采用二维温度梯度和时域反射等方法对甲烷水合物生成及分解过程进行监测。结果显示：水合物合成过程中甲烷水合物合成受气源和过冷度等因素影响,当气源充足时,水合物优先在过冷度大的区域合成,否则水合物优先在气源充足的区域合成;水合物相变过程引起周围多孔介质介电常数发生改变,并可据此计算沉积层中水合物饱和度;水合物稳定性受热刺激影响明显,含水合物多孔介质传热效率与热源距离成二次函数的衰减规律。     

甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法

通过引入污染物影响系数及修正孔隙率,提出了一种挥发性有机物污染黏土的Archie电阻率修正模型,并通过米勒土盒单元试验结果给出了模型中的4个参数（胶结指数、饱和度指数、污染物影响系数和孔隙微观分布不均匀性系数）的确定方法。结果表明,黏土的地层因子与孔隙率呈正相关关系,与砂土的相应关系相反,这是黏土颗粒表面电荷对电阻率的影响所致。饱和度指数随体积含湿率的增加呈抛物线变化,随孔隙率的增加呈线性增加,据此提出了同时考虑两种因素的饱和度指数经验公式。综合土体电阻率与体积含水率之间的幂函数关系及与体积含污率之间的线性关系,得到了污染物影响系数的确定方法。孔隙微观分布不均匀性系数a随体积含水率的变化可分为陡降、趋平和缓升3个阶段,土中孔隙水的赋存状态是主要影响因素。     

神经网络技术在碳氧比能谱测井中的应用

为了充分利用碳氧比能谱测井中的各种信息，以BP神经网络基本原理为理论基础，发挥神经网络自动识别的优势，研究并建立了预测碳氧比含油饱和度的非线性神经网络模型，通过对实际取心井资料的应用，说明该方法是一种有效的方法。     

海底天然气水合物储集层饱和度的估算方法

据当前国内外海底天然气水合物饱和度预测技术的文献分析,讨论了岩芯孔隙水的氯离子浓度、地球物理测井和地震波速度等方面在估算海底天然气水合物饱和度方面的应用和计算方法,并对它们的优劣进行简单的评述。     

吉林省春季人工增雨潜力及指标的数值模拟研究

利用吉林省业务运行的中尺度数值模式WRF3.3.1,分析了2016年4月12日吉林省一次春季降水过程的人工增雨潜力,选取比湿、上升气流、K指数、冰面过饱和度、云水厚度共5种与人工增雨潜力密切相关的指标,作为吉林省春季人工增雨潜力判别的因子。结果表明：吉林省春季850 hPa比湿和K指数与降水量存在相关关系,比湿小于2.9 g·kg^-1几乎不产生降水,产生2 mm以上的降水比湿几乎均大于4.5 g·kg^-1,K指数大于22℃。将850 hPa比湿大于4.5 g·kg^-1、K指数大于22℃、积分云水含量大于0.2 mm、高层冰面过饱和度大于0和低层垂直速度大于0.4 m·s^-1作为强增雨潜力区的指标,并利用春季其他个例对该指标进行检验,发现该指标基本能够表征云内的动力、热力和微物理条件,可以作为人工增雨潜力区的判别指标。     

鲕粒原生矿物识别及对海水化学成分变化的指示意义

鲕粒是碳酸盐沉积过程中一类非常特殊的颗粒类型, 为研究当时的沉积背景、水动力条件、气候环境, 甚至储层特征提供了重要线索。然而, 鲕粒的矿物组成及控制因素问题, 长期受到忽视。组成鲕粒的原生矿物类型在地质历史时期呈周期性变化, 在显生宙表现为三个以文石和高镁方解石占主导的时期以及两个以低镁方解石占主导的时期, 这也被称作“文石海”和“方解石海”时期。原生矿物的组成, 制约着鲕粒的纹层结构、保存程度以及成岩特征, 还蕴含着海水化学成分变化的线索。鲕粒原生矿物识别主要依据:①原生纹层结构;②保存程度;③微量元素浓度, 尤其是Sr-Mg的浓度。文石质鲕粒受文石不稳定性的影响, 原生结构保存程度较差;一般保存有典型的文石残余纹层结构(例如砖砌结构、溶解变形结构以及偏心结构等);在封闭成岩环境下原生矿物为文石质的鲕粒Sr浓度往往大于2 000 ppm;纹层结构主要为切线状(占主导)和放射状。方解石质鲕粒包括低镁方解石和高镁方解石两种类型:低镁方解石为稳定矿物, 原生结构一般保存良好。尽管高镁方解石也为亚稳定矿物, 但成岩转换后的保存程度好于文石。两者Sr含量一般均低于1 000 ppm, Mg含量一般在0~20 mol % MgCO₃(两者以4 mol % MgCO₃为界)。高镁方解石受成岩作用影响, 在纹层中往往保留有微粒白云石包裹体;海相地层中保存的方解石质鲕粒为放射状或同心-放射状结构。另外还存在一类由两种矿物共同构成的双矿物鲕粒, 可以通过分析两类纹层在结构和保存特征上的差异进行区分。鲕粒原生矿物成分随时间的波动变化受到海水化学条件, 尤其是Mg/Ca比值, 大气二氧化碳分压以及碳酸盐饱和度的控制。Mg/Ca比值的波动决定着鲕粒原生矿物类型的长期变化规律。一些突发性事件可能会扰动(区域)短时间尺度下鲕粒原生矿物的组成, 造成鲕粒原生矿物的转换。通过研究碳酸盐鲕粒原生矿物特征以及控制因素进而了解海水的化学特征, 是独立于古生物学和地球化学分析之外的一种较为可靠的沉积学方法。     

减饱和砂土缓倾场地的液化性状分析

减饱和法是一种通过减小砂土地基的饱和度,从而提高地基抗液化强度的新方法。基于减饱和砂土中流体模量同步更新的改进算法对减饱和砂土离心机振动台试验进行了数值分析,并与单一流体模量的简化算法进行了对比分析。结果表明：由于改进算法中考虑了因孔压变化引起的等效流体模量的变化,其计算结果更接近试验结果,而简化算法低估了减饱和砂土的孔压积累。基于改进算法开展了不同饱和度、倾斜角度的缓倾场地上液化变形的数值模拟研究,分析发现超孔隙水压力增长的速度及其峰值随着饱和度的增加而增大,饱和度从100%降低至96.4%,同一深度处的超孔压峰值降低约20%～65%,加速度响应的峰值也有明显的降低;沿地基深度0.75 m到9.00 m,侧向位移减少约20%～50%,表明饱和度的降低对抑制倾斜场地上可液化砂土层的侧向变形有显著效果,随着地基深度的减小,饱和度对于侧向位移的影响越来越明显。