海底天然气水合物的CSEM响应研究

【摘要】：随着经济全球化，人类社会对石油、煤炭等传统能源的消耗越来越大，能源短缺的情况日益严重，寻求一种储量巨大的新型替代能源成为世界各国面临的重大课题。近年来，世界各国相继投入大量的人力、物力来开展新型替代能源的研究。人们发现在海底中蕴藏有丰富的天然气水合物，可作为一种未来的新型、绿色能源。因此，加快海底天然气水合物的勘探、开发和利用对缓解人类社会未来所面临的能源枯竭危机具有十分重大的意义。 海上地震勘探是目前最常用的海底天然气水合物探测方法，可以根据地震剖面上的BSR（似海底反射层）来判断海底天然气水合物的存在。但是，BRS并不能完全指示天然气水合物的存在。研究发现，并不是所有存在BSR的地方都含有天然气水合物，存在天然气水合物的地方也不一定含有BSR。而且，地震方法对水合物的饱和度并不敏感。与围岩相比，海底天然气水合物储层是高阻体，其电导率比海底沉积物或海水小的多，海洋CSEM可以根据水合物储层与围岩的电性差异，来比较准确的确定天然气水合物的存在，提高钻井的成功率。海洋CSEM作为一种近年来兴起的新型地球物理勘探方法，将会迅速成为调查海底天然气水合物的重要手段之一。 首先，本文针对海底天然气水合物展开了相关的CSEM响应研究，介绍了海洋CSEM的基本原理，根据实际地质资料设计了一维模型，进行了基于振幅比计算的CSEM响应分析，研究了海底天然气水合物的有效异常，完成了基于有效异常的电磁响应分析，分析了水合物储层厚度变化和储层电阻率变化的CSEM响应，证明了拖曳式的发射接收系统在水合物勘探中的有效性。根据实际地质资料设计了不同的一维地电模型，研究海洋CSEM在不同区域探测海底天然气水合物的适用性。根据现有的实际地质资料设计二维地电模型，讨论了频率变化对CSEM响应结果的影响，以及海底地形起伏对响应结果的影响，研究了相邻两天然气水合物储层模型的CSEM响应特征。对海洋CSEM的横向分辨能力进行了研究，分别讨论了海洋CSEM对单一水合物储层和相邻两天然气水合物储集体相邻一侧边界的横向分辨能力。 研究表明海洋CSEM的电场垂直分量有效异常比水平分量大，且其对储层电阻率和厚度变化都很灵敏，海洋CSEM法对海底天然气水合物具有较好的横向分辨能力，综合天然气水合物一维、二维正演模拟的结果，论证了海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性，研究成果可为今后实际的海底天然气水合物勘探提供技术支持。 【关键词】：海洋CSEM 天然气水合物 有效异常 CSEM响应 横向分辨能力
【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】：P618.13;P744.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 前言11-22
• 1.1 天然气水合物及勘探研究现状11-19
• 1.1.1 天然气水合物的形成及特性11-14
• 1.1.2 天然气水合物研究现状14-17
• 1.1.3 海底天然气水合物勘探方法17-19
• 1.2 海洋 CSEM 国内外研究现状19-20
• 1.3 研究目的及意义20-22
• 2 海洋 CSEM 基本原理22-24
• 3 一维海底天然气水合物模型 CSEM 响应24-46
• 3.1 一维正演理论24-29
• 3.1.1 麦克斯韦方程组24-27
• 3.1.2 水平电偶源在水平层状介质中产生的电磁场27-29
• 3.2 正演模型选取29-31
• 3.3 基于振幅比的 CSEM 响应分析31-32
• 3.4 海底天然气水合物有效异常计算32-35
• 3.5 基于有效异常的 CSEM 响应分析35-41
• 3.5.1 水合物储层电阻率不同引起的响应变化36-39
• 3.5.2 水合物储层厚度不同引起的响应变化39-41
• 3.6 接收器和发射源位于同一高度41-44
• 3.7 两种模型的 CSEM 响应分析44-45
• 3.8 小结45-46
• 4 二维海底天然气水合物模型 CSEM 响应46-70
• 4.1 二维有限元正演理论46-52
• 4.1.1 控制方程46-48
• 4.1.2 有限单元近似48-52
• 4.2 正演模型选取52-54
• 4.3 频率对 CSEM 响应的影响54-56
• 4.4 海底地形对 CSEM 响应的影响56-57
• 4.5 相邻水合物储集体的 CSEM 响应特征57-61
• 4.6 海洋 CSEM 的横向分辨率61-65
• 4.6.1 海洋 CSEM 对水合物储集体侧边界的分辨能力62-63
• 4.6.2 海洋 CSEM 对两相邻水合物储集体的横向分辨能力63-65
• 4.7 实际水合物储集体的 CSEM 模拟响应65-69
• 4.8 小结69-70
• 5 结论与建议70-71
• 5.1 结论70
• 5.2 建议70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 个人简历77
• 发表的学术论文77-78

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