海洋CSEM法估算海底天然氣水合物飽和度研究

【摘要】：由于傳統(tǒng)的油氣資源日益減少，研究利用新能源迫在眉睫。海底天然氣水合物作為一種新能源，具有供能潛力巨大且產(chǎn)物清潔的特點(diǎn)。除此之外，海底天然氣水合物還與環(huán)境密切相關(guān)，其主要成分甲烷對全球氣候變化有著十分重要的影響。海底天然氣水合物的分解也是海底地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘因之一，可能會對海底的生態(tài)造成破壞。為了有效利用海底天然氣水合物且避免造成環(huán)境和生態(tài)破壞，就需要對其物性、探測方法和含量估算方法等進(jìn)行研究。 常用的傳統(tǒng)海底天然氣水合物勘探方法為地震和測井方法。雖然地震勘探中的BSR、空白帶、亮點(diǎn)等都可能是海底天然氣水合物存在的標(biāo)志，但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)存在天然氣水合物的區(qū)域可能不存在這些明顯的地震特征，并且地震方法無法探測到天然氣水合物儲層的上邊界和其中的天然氣水合物的含量。而利用測井方法勘探天然氣水合物須具備一定的條件且勘探成本較高。海洋CSEM法作為一種新興的海洋勘探手段正日漸為人們所重視，目前針對其理論和應(yīng)用已做了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)海洋CSEM法可以利用探測目標(biāo)體與圍巖電阻率存在差異這一特點(diǎn)進(jìn)行海底天然氣水合物的探測。多個國家和地區(qū)都已利用海洋CSEM法進(jìn)行了海底天然氣水合物勘探工作。海洋CSEM法可以與地震、測井、地?zé)崃?、巖芯分析等多種手段綜合確定海底天然氣水合物的分布區(qū)域及飽和度等。 介紹了海洋CSEM法探測天然氣水合物的工作方式，推導(dǎo)了海洋CSEM一維電磁場表達(dá)式并研究了基于后驗(yàn)誤差估計(jì)的二維自適應(yīng)有限元算法。結(jié)合南海神狐和墨西哥灣地區(qū)實(shí)際的地質(zhì)和地球物理資料，建立了一維和二維含天然氣水合物儲層的理想模型。在正演理論的基礎(chǔ)上計(jì)算了一維和二維含天然氣水合物模型的電磁響應(yīng)。通過分別對比一維和二維情況下含有天然氣水合物模型和不含天然氣水合物模型產(chǎn)生的振幅和相位響應(yīng)，驗(yàn)證了海洋CSEM法探測海底天然氣水合物的有效性。 在正演模擬的基礎(chǔ)上討論了海洋CSEM法勘探天然氣水合物的發(fā)射頻率、收發(fā)距、發(fā)射源高度的確定方法。討論發(fā)現(xiàn)，確定參數(shù)時需綜合考慮測區(qū)的地質(zhì)情況和目標(biāo)地質(zhì)體的特征。合適的頻率和收發(fā)距可根據(jù)頻率-收發(fā)距-振幅歸一化圖確定。發(fā)射源高度在實(shí)際探測中需根據(jù)海底地形起伏、儀器控制精度等因素綜合確定。為計(jì)算用于飽和度估算的電阻率值，利用了海洋CSEM一維Occam反演和二維等效視電阻率方法計(jì)算了一維和二維含天然氣水合物模型的電阻率。 為計(jì)算天然氣水合物飽和度，在前人工作的基礎(chǔ)上討論了阿爾奇公式及其參數(shù)的確定方法，總結(jié)了南海神狐和墨西哥灣地區(qū)常用的阿爾奇參數(shù)。利用海洋CSEM一維Occam反演和二維等效視電阻率方法計(jì)算了一維和二維模型的電阻率值，通過阿爾奇公式計(jì)算得到了一維和二維含天然氣水合物理想模型的天然氣水合物飽和度。最后對比分析了海底天然氣水合物的飽和度估算值和實(shí)際地區(qū)的飽和度資料。本文的研究可為海底天然氣水合物的實(shí)際探測和含量估算提供理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：海底天然氣水合物 海洋CSEM法 電阻率 阿爾奇公式 飽和度
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P631.325;P618.13
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 前言12-17
• 1.1 研究背景、目的及意義12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 研究內(nèi)容16-17
• 2 海洋 CSEM 法勘探天然氣水合物模擬研究17-46
• 2.1 海洋 CSEM 法勘探天然氣水合物的工作方式17-18
• 2.2 一維模型正演模擬研究18-32
• 2.2.1 麥克斯韋方程組19-22
• 2.2.2 水平電偶源在水平層狀介質(zhì)中產(chǎn)生的電磁場22-24
• 2.2.3 一維正演程序流程24-26
• 2.2.4 一維模型模擬26-32
• 2.3 二維模型有限元正演模擬研究32-45
• 2.3.1 控制方程32-34
• 2.3.2 有限單元近似34-38
• 2.3.3 二維正演程序流程38-40
• 2.3.4 二維模型模擬40-45
• 2.4 小結(jié)45-46
• 3 勘探參數(shù)分析46-53
• 3.1 發(fā)射頻率47-49
• 3.2 收發(fā)距49-50
• 3.3 發(fā)射源高度50-52
• 3.4 小結(jié)52-53
• 4 電阻率計(jì)算53-62
• 4.1 一維 Occam 反演53-58
• 4.1.1 Occam 反演的基本原理53-55
• 4.1.2 一維模型電阻率反演結(jié)果55-58
• 4.2 二維等效視電阻率58-61
• 4.2.1 計(jì)算原理59-60
• 4.2.2 計(jì)算結(jié)果60-61
• 4.3 小結(jié)61-62
• 5 應(yīng)用阿爾奇公式估算飽和度及其效果分析62-74
• 5.1 阿爾奇公式62-63
• 5.2 阿爾奇參數(shù)63-67
• 5.3 飽和度估算效果分析67-73
• 5.3.1 一維模型飽和度估算效果分析67-70
• 5.3.2 二維模型飽和度估算效果分析70-73
• 5.4 小結(jié)73-74
• 6 結(jié)論與建議74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 建議75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 致謝81-82
• 個人簡歷82
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-83

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