海洋CSEM法估算海底天然气水合物饱和度研究

【摘要】：由于传统的油气资源日益减少，研究利用新能源迫在眉睫。海底天然气水合物作为一种新能源，具有供能潜力巨大且产物清洁的特点。除此之外，海底天然气水合物还与环境密切相关，其主要成分甲烷对全球气候变化有着十分重要的影响。海底天然气水合物的分解也是海底地质灾害发生的诱因之一，可能会对海底的生态造成破坏。为了有效利用海底天然气水合物且避免造成环境和生态破坏，就需要对其物性、探测方法和含量估算方法等进行研究。 常用的传统海底天然气水合物勘探方法为地震和测井方法。虽然地震勘探中的BSR、空白带、亮点等都可能是海底天然气水合物存在的标志，但是经研究发现存在天然气水合物的区域可能不存在这些明显的地震特征，并且地震方法无法探测到天然气水合物储层的上边界和其中的天然气水合物的含量。而利用测井方法勘探天然气水合物须具备一定的条件且勘探成本较高。海洋CSEM法作为一种新兴的海洋勘探手段正日渐为人们所重视，目前针对其理论和应用已做了大量研究。研究发现海洋CSEM法可以利用探测目标体与围岩电阻率存在差异这一特点进行海底天然气水合物的探测。多个国家和地区都已利用海洋CSEM法进行了海底天然气水合物勘探工作。海洋CSEM法可以与地震、测井、地热流、岩芯分析等多种手段综合确定海底天然气水合物的分布区域及饱和度等。 介绍了海洋CSEM法探测天然气水合物的工作方式，推导了海洋CSEM一维电磁场表达式并研究了基于后验误差估计的二维自适应有限元算法。结合南海神狐和墨西哥湾地区实际的地质和地球物理资料，建立了一维和二维含天然气水合物储层的理想模型。在正演理论的基础上计算了一维和二维含天然气水合物模型的电磁响应。通过分别对比一维和二维情况下含有天然气水合物模型和不含天然气水合物模型产生的振幅和相位响应，验证了海洋CSEM法探测海底天然气水合物的有效性。 在正演模拟的基础上讨论了海洋CSEM法勘探天然气水合物的发射频率、收发距、发射源高度的确定方法。讨论发现，确定参数时需综合考虑测区的地质情况和目标地质体的特征。合适的频率和收发距可根据频率-收发距-振幅归一化图确定。发射源高度在实际探测中需根据海底地形起伏、仪器控制精度等因素综合确定。为计算用于饱和度估算的电阻率值，利用了海洋CSEM一维Occam反演和二维等效视电阻率方法计算了一维和二维含天然气水合物模型的电阻率。 为计算天然气水合物饱和度，在前人工作的基础上讨论了阿尔奇公式及其参数的确定方法，总结了南海神狐和墨西哥湾地区常用的阿尔奇参数。利用海洋CSEM一维Occam反演和二维等效视电阻率方法计算了一维和二维模型的电阻率值，通过阿尔奇公式计算得到了一维和二维含天然气水合物理想模型的天然气水合物饱和度。最后对比分析了海底天然气水合物的饱和度估算值和实际地区的饱和度资料。本文的研究可为海底天然气水合物的实际探测和含量估算提供理论依据。 【关键词】：海底天然气水合物 海洋CSEM法 电阻率 阿尔奇公式 饱和度
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P631.325;P618.13
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 前言12-17
• 1.1 研究背景、目的及意义12-14
• 1.2 研究现状14-16
• 1.3 研究内容16-17
• 2 海洋 CSEM 法勘探天然气水合物模拟研究17-46
• 2.1 海洋 CSEM 法勘探天然气水合物的工作方式17-18
• 2.2 一维模型正演模拟研究18-32
• 2.2.1 麦克斯韦方程组19-22
• 2.2.2 水平电偶源在水平层状介质中产生的电磁场22-24
• 2.2.3 一维正演程序流程24-26
• 2.2.4 一维模型模拟26-32
• 2.3 二维模型有限元正演模拟研究32-45
• 2.3.1 控制方程32-34
• 2.3.2 有限单元近似34-38
• 2.3.3 二维正演程序流程38-40
• 2.3.4 二维模型模拟40-45
• 2.4 小结45-46
• 3 勘探参数分析46-53
• 3.1 发射频率47-49
• 3.2 收发距49-50
• 3.3 发射源高度50-52
• 3.4 小结52-53
• 4 电阻率计算53-62
• 4.1 一维 Occam 反演53-58
• 4.1.1 Occam 反演的基本原理53-55
• 4.1.2 一维模型电阻率反演结果55-58
• 4.2 二维等效视电阻率58-61
• 4.2.1 计算原理59-60
• 4.2.2 计算结果60-61
• 4.3 小结61-62
• 5 应用阿尔奇公式估算饱和度及其效果分析62-74
• 5.1 阿尔奇公式62-63
• 5.2 阿尔奇参数63-67
• 5.3 饱和度估算效果分析67-73
• 5.3.1 一维模型饱和度估算效果分析67-70
• 5.3.2 二维模型饱和度估算效果分析70-73
• 5.4 小结73-74
• 6 结论与建议74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 建议75-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 个人简历82
• 发表的学术论文82-83

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