本站小編為你精心準(zhǔn)備了天然氣水合物地球物理勘探技術(shù)研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:地球物理勘探技術(shù)是天然氣水合物成礦研究的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，備受各國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的重視。特別是海洋天然氣水合物的勘探，由于埋藏深水海底或地層之中，直接取樣的成本和探測范圍有限，因此利用有效的地球物理勘探技術(shù)顯得尤為重要。根據(jù)調(diào)研成果，天然氣水合物地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)歸類為三大方面:①天然氣水合物地震采集、處理和解釋;②天然氣水合物巖石物理分析、測井研究與儲層建模;③天然氣水合物AVO正演模擬和地震反演技術(shù)研究。并討論了利用常規(guī)海洋地震資料開展寬頻高分辨率處理對水合物三維勘探的潛力。

關(guān)鍵詞:天然氣水合物;地球物理勘探;海洋寬頻地震

天然氣水合物的地球物理勘探，已受到各國政府和科學(xué)界的重視，美國、中國、俄羅斯、印度、日本、韓國、加拿大等國家紛紛設(shè)立了相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行水合物勘探與開采方面的研究［1］。天然氣水合物研究主要集中在三個方面，第一是天然氣水合物成因、成礦和成藏機(jī)理等地化、地質(zhì)因素相關(guān)的研究;第二是天然氣水合物地球物理勘探技術(shù);第三方面是天然氣水合物開采技術(shù)與開采工藝。研究結(jié)果表明，只有高飽和度、相當(dāng)規(guī)模且具有商業(yè)開采價值的天然氣水合物礦體才能推動天然氣水合物的商業(yè)開采，因此高飽和度的規(guī)模天然氣水合物礦體的地球物理勘探技術(shù)研究顯得尤為重要。考慮到水合物評價研究的復(fù)雜性和先進(jìn)性，筆者將天然氣水合物地球物理勘探技術(shù)歸納為以下幾個方面。

1天然氣水合物地震采集、處理和解釋

地震數(shù)據(jù)采集、地震數(shù)據(jù)處理成像、多波勘探研究，具體包括地震采集形式、針對性的處理流程持續(xù)改進(jìn)、似海底反射層(BSR)精確成像、水合物地震速度、全波形高精度速度反演等［2－9］。伍忠良在“海洋天然氣水合物三維地震與海底地震勘探中震源技術(shù)研究”一文中提出設(shè)計一種新型的GI槍點(diǎn)震源系統(tǒng)(對激發(fā)頻寬、輸出、氣泡效應(yīng)等震源特性及組合優(yōu)化)，并于2006—2009年期間在南海北部某海域進(jìn)行了一系列試驗［10］。該系統(tǒng)利用500in3的GI槍組合“點(diǎn)震源”系統(tǒng)，跑間距和線間距均為25m，采用了長方形的OBS布陣方式，分布間距為500m，得到X，Y分量的處理地震剖面。與常規(guī)地震資料相比，該方法取得的地震資料分辨率有明顯提高，能更清楚地識別BSR及其與鄰層的關(guān)系，不足之處為處理資料相對常規(guī)繁瑣，成本比較高。BSR(BottomSimulatingReflector)是目前最直接、最簡單和最方便地識別海洋水合物賦存的地球物理標(biāo)志。BSR通常被認(rèn)為是水合物穩(wěn)定域的底界(BGHSZ:BottomofGasHydrateStabilityZone)，代表了水合物賦存的下限深度。目前不僅有單BSR的水合物成礦區(qū)，還有典型的雙BSR水合物成礦區(qū)域(見圖1)，相關(guān)的研究仍然在持續(xù)開展［14，15］。水合物地震速度的研究是一項極具挑戰(zhàn)性的研究，常規(guī)方法有基于疊前道集沿層密點(diǎn)速度場建立、雙層網(wǎng)格層析速度建模法、小尺度速度反演法、雙方位聯(lián)合Tomo各向異性速度法、疊前深度偏移速度場等，但對于厚度在10～200m級的南海水合物礦體而言，仍然存在不足，表現(xiàn)為精度有限以致于厚度指示不準(zhǔn)。基于全波形高精度速度反演法具有精度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，在實驗層面已經(jīng)取得突破，能夠給出高分辨率的速度結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于天然氣水合物和游離氣分布的研究。近十年，寬頻地震處理技術(shù)發(fā)展迅速，特別是海洋寬頻高分辨率地震資料處理、反演和解釋研究伴隨海洋油氣勘探開發(fā)的深入、水合物勘探的突破和人類對地球結(jié)構(gòu)認(rèn)識的需要，成為了近幾年國內(nèi)外學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。寬頻地震數(shù)據(jù)目前應(yīng)用較廣，日本學(xué)者將寬頻地震應(yīng)用到日本東部地區(qū)的地殼和上地幔結(jié)構(gòu)聯(lián)合層析成像研究［16］;公亭等利用寬頻處理技術(shù)，在傳統(tǒng)的高分辨率處理的基礎(chǔ)上，形成了低頻補(bǔ)償為特色的寬頻配套處理技術(shù)［17］;彭軍等研究認(rèn)為基追蹤能從帶限地震資料中計算出寬頻資料，可提高地震資料對薄層的識別能力［18］。筆者所在的課題組利用寬頻地震數(shù)據(jù)對水合物及水合物下覆游離氣地層寬頻地震反射特征做了初步研究，在南海水合物發(fā)育的神狐海域進(jìn)行了實驗并取得了較多新認(rèn)識。如圖2所示，較傳統(tǒng)地震資料而言，寬頻高分辨率資料有幾個方面優(yōu)勢:(1)能更清楚地識別水合物頂界面，傳統(tǒng)的地震資料受子波旁瓣影響，同相軸為兩黑夾一紅，而子波旁瓣得到收斂的寬頻資料以單一紅軸代替，“亮點(diǎn)型”頂界面識別容易;同時，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)在寬頻高分辨率地震資料上能夠去除假“BSR”，即在一些原來是強(qiáng)BSR老資料上打井為空，在寬頻資料上能夠剔除這種情況。(2)寬頻高分辨率資料不僅在刻畫水合物薄層方面有優(yōu)勢，也能較好分辨厚層，更容易分析水合物礦體內(nèi)部儲層的縱向富集規(guī)律變化。(3)寬頻高分辨率資料成像得到改善，對其下伏游離氣地層的頻散、低頻增強(qiáng)現(xiàn)象能夠較好反映，對原來認(rèn)為的氣煙囪“模糊帶”和斷面成像也有一定改善，提升了水合物礦體下覆氣體運(yùn)移通道———斷裂系統(tǒng)的解釋精度。基于地震資料地震解釋和屬性研究，地震解釋包括地層解釋、沉積解釋、BSR特征解釋、異常速度解釋，如振幅、瞬時頻率、瞬時相位、薄層指示因子、屬性聚類分析等［2］。以Riedel為代表的國際學(xué)者強(qiáng)調(diào)利用巖性描述、沉積相同地震相、地震屬性之間的建立關(guān)聯(lián)性研究，確定水合物頂、底界面控制的穩(wěn)定帶，計算各地震相的天然氣水合物飽和量和研究區(qū)內(nèi)天然氣水合物的總體積;并主張利用主成分分析法確定不同地震相所代表的地質(zhì)含義，將所分析的研究區(qū)分為5種典型相類，分別為塊體搬運(yùn)沉積相(MTD)，半深海泥層與少量砂質(zhì)濁流層，半深海泥層與較多砂質(zhì)濁流層，近海底淺部幾乎無砂的飽水泥沉積層，水合物穩(wěn)定帶之下的幾乎無砂的飽水泥沉積層［2］。

2天然氣水合物巖石物理分析、測井研究與儲層建模

天然氣水合物儲層的巖石物理分析、測井技術(shù)的研究、三維精確建模等發(fā)展較快，原位同步層析成像數(shù)據(jù)處理更是幫助科研人員快速認(rèn)識地下水合物隨飽和度孔隙內(nèi)部變化的有效手段［19－22］。天然氣水合物測井技術(shù)目前基本基于常規(guī)測井，如井中的自然伽馬、自然電位、密度、聲波、中子孔隙度等，但側(cè)重點(diǎn)有所不同，如王秀娟等利用電阻率測井，基于阿爾奇公式能夠估算孔隙空間中天然氣水合物飽和度，在神狐海域利用電阻率計算的飽和度與阿爾奇常數(shù)和飽和度指數(shù)及孔隙度有關(guān)。圖3為SH2站位測井測得的電阻率(Rt)、計算的共生水電阻率(Rw)和飽和水地層電阻率(Ro)。梁金強(qiáng)等在《天然氣水合物成礦預(yù)測技術(shù)》一書中詳細(xì)介紹了天然氣水合物儲層巖石物理特征、測井響應(yīng)特征、測井評價方圖3SH2站位測井測量的電阻率法和相關(guān)軟件等，較為全面詳細(xì)地闡述了測井技術(shù)在水合物評價中的應(yīng)用［19］。戴建春將天然氣水合物建模與分析評價概括為5步法流程，包括強(qiáng)調(diào)以獲取高分辨率地震資料的地震數(shù)據(jù)重處理，以尋找潛在水合物富集區(qū)為目標(biāo)的地層評價，以標(biāo)志性水合物異常區(qū)的地震敏感屬性分析，以識別水合物和水合物成因的巖性反演，定量分析天然氣水合物儲層巖性［20］。梁金強(qiáng)等介紹了基于工區(qū)數(shù)據(jù)管理、天然氣水合物構(gòu)造建模、屬性建模和三維可視化為核心的天然氣水合物儲層建模方法，該方法思路基于常規(guī)油氣儲層建模，所不同的是在屬性建模時考慮將與天然氣水合物密切相關(guān)的深、淺側(cè)向電阻率作為主要參考屬性［21］。以德國學(xué)者KSell為代表的國外學(xué)者利用原位水合物沉積物巖石樣品同步模擬含量不同的水合物沉積物巖石物理參數(shù)，如P波的速度變化，利用2D層析圖或3D立體顯示方式呈現(xiàn)水合物與巖石骨架之間的接觸關(guān)系。特別是在水合物含量動態(tài)增大的背景下，樣品實驗通過同步掃描其2D切面成像，能夠細(xì)致分析水合物和基巖的接觸關(guān)系，方便分析其接觸類型和得到詳細(xì)的巖石物理速度參數(shù)，可以說是集巖石物理和巖樣掃描成像為一體的經(jīng)典方法，如圖4所示，該圖4二維切片X－Y方向和三維等效體的展示樣品含17%水合物，二維切片的尺寸為2560像素×2560像素，0．76μm2的像素尺寸;體積渲染圖像描述了石英顆粒和水合物的分布［22］。

3天然氣水合物AVO正演模擬和地震反演技術(shù)研究

AVO正演模擬和地震反演技術(shù)研究主要有AVO正演模擬、道積分反演、波阻抗反演和彈性波阻抗反演等技術(shù)［23－27］。徐華寧等研究南海神狐海域天然氣水合物時，利用阻抗反演、屬性聚類及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法綜合鉆井?dāng)?shù)據(jù)研究了水合物與游離氣三維空間分布，提出了南海北部陸坡神狐海域水合物與游離氣的隔層分布模式，依靠斷層與裂縫溝通提供氣源，打破傳統(tǒng)的水合物層與游離氣層相臨模式［23］。反演技術(shù)的使用開闊了地質(zhì)模式和地質(zhì)思維，為水合物與游離氣的隔層分布模式的提出提供了依據(jù)。李廣才在其博士論文中推導(dǎo)模擬了水合物層頂、底界面的AV0響應(yīng)特征，研究了基于精確的Zoeppritz方程的反射系數(shù)對各彈性參數(shù)的梯度隨角度變化的特征，為天然氣水合物礦藏的AV0廣角分析、多分量以及AV0反演等奠定了基礎(chǔ)。對貝葉斯理論的不同先驗分布進(jìn)行了AV0反演模擬，反演時放棄Gardner經(jīng)驗公式，定量研究了不同先驗分布特征以及噪音的影響，指出貝葉斯理論下的反演的實際困難和不足［24］。目前，對于水合物地震采集的資料而言，最大的困難是缺少中、遠(yuǎn)道數(shù)據(jù)(在文章中展示的CDP道數(shù)為16道)，進(jìn)而對需要更多信息支持的AVO研究來說是天然的困難。建議在地震數(shù)據(jù)采集時進(jìn)行加密采樣，如道間距減小至12．5m或者6．25m，增加道數(shù)。郭依群等在“南海北部神狐海域高飽和度天然氣水合物分布特征”一文中展示了利用聲波阻抗反演方式反演出高縱波阻抗的水合物層空間分布，其效果直觀地體現(xiàn)了各水合物儲層的厚度、橫向分布和空間分布，有利于水合物儲層的儲量計算和后續(xù)開發(fā)方案的制定［25］。Virieux提出的全波形反演技術(shù)是大幅度提高速度精度和成像精度的重要方法，特別是高分辨率和高精度水合物儲層描述急需方法［26］。全波形反演技術(shù)方法由于依賴其自身設(shè)定的初始模型，計算收斂的穩(wěn)定性依賴于地震資料的優(yōu)劣，穩(wěn)定性還有待提高。另外，重力、電法、滋力勘探為輔的綜合物探方法已經(jīng)在陸地勘探水合物方面有一些應(yīng)用［13］。

4天然氣水合物地球物理勘探技術(shù)發(fā)展趨勢

天然氣水合物地球物理識別及評價技術(shù)目前基本上是借鑒固體礦產(chǎn)和油氣勘探的地球物理識別方法，尚未形成一套自有的地球物理識別體系。且每個區(qū)域的地質(zhì)背景、地震資料質(zhì)量、測井資料水平和采樣的數(shù)量都有一些不同，且常規(guī)方法或某個特定方法未必能解決每一個研究區(qū)的問題，故天然氣水合物地球物理識別和評價技術(shù)的研究任重道遠(yuǎn)。筆者認(rèn)為有幾個方面期待突破。一是高精度分辨率地震采集、處理的完善。海洋水合物往往埋藏得較深，根據(jù)南海經(jīng)驗來看，大部分天然氣水合物分布在深水斜坡上，水深超1000m，開發(fā)一套針對水合物勘探的海洋地震高信噪比、高分辨三維地震采集、精細(xì)處理配套技術(shù)，特別是采集方式和采集參數(shù)的研究顯得尤為重要。高密度高分辨率三維地震采集是根本，配套的處理技術(shù)應(yīng)該考慮使用寬頻高分辨率地震處理技術(shù)。寬頻高分辨率處理應(yīng)該是完善地震資料解釋和反演的重要基礎(chǔ)資料，寬頻處理有利于剝離低頻建立反演模型，高頻成分幫助精細(xì)識別水合物薄儲層，故寬頻處理及早應(yīng)用到水合物勘探區(qū)的地震資料處理非常有必要。另，基于海底水合物的寬帶海底地震儀(OBS)數(shù)據(jù)全波形反演技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了較快進(jìn)展，也為提升海洋水合物地層速度的精細(xì)描述帶來了可能［27］。二是天然氣水合物測井識別的技術(shù)突破。目前已有電阻率反演方法實現(xiàn)井筒內(nèi)水合物縱向分布模擬，其三維效果展示良好，但精度和可靠性有賴于研究水合物飽和度與測井參數(shù)之間的嚴(yán)密關(guān)系，進(jìn)一步探索測井技術(shù)提升水合物飽和度縱向分布的可靠性和精度值得期待。另外，水合物巖石物理分析模擬技術(shù)國內(nèi)現(xiàn)在還比較滯后，建議加快這方面的研究。三是地球物理本身是二手資料，是間接取得的資料，多解性自然就存在其中，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、地層、巖性、壓力資料、鉆探取樣資料、分析化驗資料等，優(yōu)化地震采集處理、幫助測井建立合適的識別參數(shù)和反演模型，去偽存真保障地球物理勘探水合物質(zhì)量意義重大。

5結(jié)論

(1)根據(jù)調(diào)研成果，天然氣水合物地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)歸類為三個方面:①天然氣水合物地震采集、處理和解釋和多波勘探技術(shù);②天然氣水合物巖石物理分析、測井研究與儲層建模;③天然氣水合物AVO正演模擬和地震反演技術(shù)研究。(2)總體而言，水合物地震勘探技術(shù)在地震數(shù)據(jù)采集、地震資料處理成像、基于飽和度測井評價的水合物測井技術(shù)的研究、水合物儲層的巖石物理分析與三維精確建模等方面發(fā)展較快，成果也較為豐富。(3)海洋寬頻高分辨率處理在天然水合物頂?shù)捉绲淖R別、厚薄層刻畫及下覆游離氣地層、氣煙囪“模糊帶”和斷面成像等方面也有一定改善，提升了水合物礦體下覆氣體運(yùn)移通道———斷裂系統(tǒng)的解釋精度，是未來研究天然氣水合物重要的地球物理技術(shù)。

［參考文獻(xiàn)］

［4］楊勝雄，梁金強(qiáng)，陸敬安，等．南海北部神狐海域天然氣水合物成藏特征及主控因素新認(rèn)識［J］．地學(xué)前緣，2017(4):1－14．

［5］陳多福，李緒宣，夏斌．南海瓊東南盆地天然氣水合物穩(wěn)定域分布特征及資源預(yù)測［J］．地球物理學(xué)報，2004(3):483－489．

［6］梁金強(qiáng)，王宏斌，蘇新，等．南海北部陸坡天然氣水合物成藏條件及其控制因素［J］．天然氣工業(yè)，2014(7):128－135．

［8］思娜，安雷，鄧輝，等．天然氣水合物開采技術(shù)研究進(jìn)展及思考［J］．中國石油勘探，2016(5):52－61．

［9］楊勝雄，梁金強(qiáng)，劉昌嶺，等．海域天然氣水合物資源勘查工程進(jìn)展［J］．中國地質(zhì)調(diào)查，2017(2):1－8．

［10］伍忠良．海洋天然氣水合物三維地震與海底地震勘探中的震源技術(shù)研究［J］．熱帶海洋學(xué)報，2011(1):49－60．

［11］吳必豪，張光學(xué)，祝有海，等．中國近海天然氣水合物的研究進(jìn)展［J］．地學(xué)前緣，2003(1):177－189．

［12］宋海斌，MATSUBAYASHIO，KURAMOTOS．天然氣水合物似海底反射層的全波形反演［J］．地球物理學(xué)報，2003(1):42－46．

［13］張樹林．天然氣水合物地震勘探關(guān)鍵技術(shù)研究［J］．天然氣工業(yè)，2007(S1):365－370．

［17］公亭，王兆磊，顧小弟，等．寬頻地震資料處理配套技術(shù)［J］．石油地球物理勘探，2016(3):457－466．

［18］彭軍，周家雄，王宇，等．基追蹤在薄層識別中的研究與應(yīng)用［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，2017(3):1243－1250．

［19］王秀娟，吳時國，劉學(xué)偉，等．基于電阻率測井的天然氣水合物飽和度估算及估算精度分析［J］．現(xiàn)代地質(zhì)，2010(5):993－999．

［21］梁金強(qiáng)，沙志彬，蘇丕波，等．天然氣水合物成礦預(yù)測技術(shù)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2017．

［23］徐華寧，楊勝雄，鄭曉東，等．南中國海神狐海域天然氣水合物地震識別及分布特征［J］．地球物理學(xué)報，2010(7):1691－1698．

［24］李廣才．地震疊前AVO反演與天然氣水合物識別研究［D］．北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2015．

［25］郭依群，楊勝雄，梁金強(qiáng)，等．南海北部神狐海域高飽和度天然氣水合物分布特征［J］．地學(xué)前緣，2017(4):24－31．

［27］劉斌，張衡．海底水合物OBS數(shù)據(jù)全波形反演數(shù)值例子［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，2018，33(1):379－384．

作者：吳其林 侯志平 史文英 劉濤 劉潔 鄭植濤 單位：廣東石油化工學(xué)院