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海洋天然气水合物工程地质学的提出、学科内涵与展望
1
作者 吴能友 李彦龙 +10 位作者 蒋宇静 孙金声 谢文卫 胡高伟 王韧 于彦江 王金堂 陈强 申凯翔 孙志文 陈明涛 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期216-229,共14页
能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地... 能源结构调整和国家“双碳”战略的实施为海洋天然气水合物作为一种潜在能源开展研究提供了难得的发展空间。随着勘探开发研究的深入,海洋天然气水合物安全高效开发面临的多种类型工程地质风险管控矛盾日益凸显,亟待发展基于现代工程地质学基本原理的海洋天然气水合物工程地质学。为此,本文阐述了天然气水合物工程地质学的提出过程,并结合国内外研究进展,论述了海洋天然气水合物工程地质学的基本学科构架、核心研究任务和主要研究手段。认为海洋天然气水合物工程地质学是海洋地球系统科学的有机组成部分,其核心目标是评估海洋天然气水合物系统的地质、工程安全承载力,并对海洋天然气水合物勘探开发提供决策支撑。海洋天然气水合物工程地质学不仅能为回答勘探开发活动与海洋天然气水合物系统之间的相互作用机制提供科学依据,也能有效地将海洋天然气水合物能源研究与地质灾害、全球气候变化研究关联起来,为实现海洋天然气水合物地质、环境、工程一体化可持续发展提供一定的理论与技术支撑。 展开更多
关键词 天然气水合物 工程地质学 学科内涵 研究任务 技术手段
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南海北部琼东南盆地砂质天然气水合物储层沉积特征及成藏模式 被引量：1
2
作者 任金锋 陈雨核 +5 位作者 徐梦婕 李廷微 王笑雪 赖洪飞 谢莹锋 匡增桂 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期94-112,共19页
砂质水合物储层是国际上水合物勘查试采的首选目标,我国在南海北部琼东南盆地钻探发现了高饱和度砂质水合物。通过三维地震、测井、岩心及测试分析资料,证实了规模化成藏的砂质水合物藏。砂质水合物储层表现为低自然伽马、低西格玛、高... 砂质水合物储层是国际上水合物勘查试采的首选目标,我国在南海北部琼东南盆地钻探发现了高饱和度砂质水合物。通过三维地震、测井、岩心及测试分析资料,证实了规模化成藏的砂质水合物藏。砂质水合物储层表现为低自然伽马、低西格玛、高电阻率、高声波速度和T_(2)谱信号幅度急剧降低等测井响应特征,同时纵波及横波信号均明显衰减。砂层呈楔形近水平席状分布。岩性为粗粉砂细砂为主,属于深水浊积体系末端的朵体沉积。剖面上,水合物和游离气具有同层分布、横向过渡的特点。平面上,水合物藏呈现椭圆形分布,中部发育伴生游离气,外围发育水合物。与世界其他海域钻探发现的倾斜砂质水合物储层不同的是,该水合物藏是在稳定域底界附近的水平砂层,在下伏气烟囱背景下局部高热流驱动和上覆细粒沉积地层的封盖下,充足游离气由中部向外横向长运移而形成大面积高饱和度水合物。 展开更多
关键词 砂质水合物 气烟囱 深水朵体沉积 横向接触成藏 琼东南盆地
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南海北部陆坡天然气水合物钻探发现及成藏特征
3
作者 匡增桂 任金锋 +2 位作者 邓炜 赖洪飞 谢莹峰 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期1-19,共19页
天然气水合物因其潜在的能源价值而备受关注,我国自20世纪90年代开始在南海开展水合物调查,截至目前已实施了9个水合物钻探航次,取得了一系列水合物找矿突破。钻探结果证实,南海北部发育多种类型水合物,神狐海域主要发育扩散型水合物,... 天然气水合物因其潜在的能源价值而备受关注,我国自20世纪90年代开始在南海开展水合物调查,截至目前已实施了9个水合物钻探航次,取得了一系列水合物找矿突破。钻探结果证实,南海北部发育多种类型水合物,神狐海域主要发育扩散型水合物,东沙海域发育复合型水合物,琼东南发育渗漏型及砂质型水合物。本文结合钻探成果,详细阐述了各种类型水合物的地震反射特征以及测井响应特征。扩散型天然气水合物在地震上主要表现为显著的BSR以及BSR之上的强正极性反射,在测井上主要表现为高电阻率、高纵波速度和高横波速度,如出现水合物与游离气共存的混合层则在测井上表现为高电阻、低纵波速度、高横波速度和中子密度反交等特征。渗漏型水合物在地震上通常不发育典型的BSR,BSR之上发育亮点反射或者浅部地层发育上拉反射以及柱状的空白反射,海底发育显著的异常地貌,如丘状体和麻坑,在测井上表现为极高的电阻率、稍微增高的纵波及横波速度、高角度层理等特征。砂质水合物在地震上表现为极强的BSR和指示砂质水合物的强正极性反射,测井上表现为低伽马、极高的电阻率、极高的纵横波速度、略微增高的密度和略微降低的中子孔隙度等特征。最后总结了神狐及琼东南水合物成藏控制因素,认为神狐海域发育的深大断裂以及倾斜的天然堤沉积控制了神狐海域高丰度天然气水合物藏的发育,而琼东南海域水合物发育受古潜山及差异压实作用控制。 展开更多
关键词 水合物钻探 扩散型水合物 渗漏型水合物 砂质水合物 南海北部
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南海北部多类型天然气水合物成藏特征与赋存差异 被引量：1
4
作者 靳佳澎 王秀娟 +5 位作者 邓炜 李清平 李丽霞 余晗 周吉林 吴能友 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期61-76,共16页
近年来,我国在南海北部完成了9个天然气水合物钻探航次,采集了大量三维地震资料,发现了多种赋存类型的天然气水合物,但是不同赋存形态与富集程度的天然气水合物地球物理异常响应及主控因素差异有待厘清。在台西南盆地和琼东南盆地发现... 近年来,我国在南海北部完成了9个天然气水合物钻探航次,采集了大量三维地震资料,发现了多种赋存类型的天然气水合物,但是不同赋存形态与富集程度的天然气水合物地球物理异常响应及主控因素差异有待厘清。在台西南盆地和琼东南盆地发现了呈烟囱状反射的裂隙充填型水合物与呈强振幅反射的孔隙充填型水合物垂向叠置分布,而珠江口盆地水合物稳定带底界上部广泛发育孔隙充填型水合物。研究认为低孔渗特征、相对细粒沉积层和块体搬运沉积体储层,匹配局部高通量流体供给条件,控制了裂隙充填型水合物赋存;相对低通量流体和相对粗粒储层岩性是孔隙充填型水合物赋存的主要条件,而Ⅱ型水合物、水合物与游离气共存及近期活动水合物系统均与深部来源热成因气及相对高通量流体供给有关。构造沉积背景差异是多类型水合物赋存的主要原因,流体运移通道、运移方式和储层岩性耦合控制天然气水合物富集程度;受晚期岩浆侵入、泥火山构造、隆起构造影响而形成的断层和气烟囱构造控制流体运移与天然气水合物成藏。因而查明不同盆地发育的天然气水合物赋存差异,厘清多类型水合物地质主控因素对于指导高富集天然气水合物藏勘探具有重要意义。 展开更多
关键词 天然气水合物 多类型 流体运移 储层 南海北部
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启动压力对南海北部水合物藏开发动态的影响 被引量：1
5
作者 余路 李贤 +3 位作者 崔国栋 邢东辉 陆红锋 王烨嘉 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期178-194,共17页
南海北部神狐海域水合物资源丰富,具有工业性开发远景。勘查和试采结果均表明,该区域水合物系统多为Ⅰ型水合物藏,水合物层下伏游离气层,泥质含量高,储层渗流存在启动压力梯度,极大地影响水合物系统生产动态。本文针对南海泥质粉砂储层... 南海北部神狐海域水合物资源丰富,具有工业性开发远景。勘查和试采结果均表明,该区域水合物系统多为Ⅰ型水合物藏,水合物层下伏游离气层,泥质含量高,储层渗流存在启动压力梯度,极大地影响水合物系统生产动态。本文针对南海泥质粉砂储层中水合物开发实际渗流过程,建立考虑启动压力梯度的渗流数学模型,在TOUGH+HYDRATE模拟器基础上自主开发了启动压力梯度耦合求解功能,以神狐海域SHSC-4井站位水合物藏为目标,利用室内实验所得目标储层启动压力值,开展了垂直井及水平井降压开采数值模拟,探究了南海神狐海域泥质粉砂水合物藏启动压力梯度对产能及开采过程中储层压力、温度、各相饱和度分布演化规律的影响。结果表明,启动压力梯度的存在抑制储层中的压降扩散,远井处水合物无法分解。生产中出现“低产水量,高气水比”现象,水平井开采后期几乎无水产出。启动压力的存在可避免水合物分解前缘出现二次水合物,消除二次水合物棱镜体对气相的圈闭。尽管抑制远井水合物分解,但10年模拟结果显示启动压力梯度的存在可以促进Ⅰ型水合物藏的产能,尤其在直井开采下,产能可提高近40%,这是由于液相产出的减少及储层高压力梯度增强了生产井前期对三相混合层和游离气层中气相抽汲能力。 展开更多
关键词 天然气水合物 启动压力梯度 数值模拟 Ⅰ型水合物藏 中国南海
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水合物沉积物弹塑性本构模型的建立及开发
6
作者 蒋正波 袁庆盟 李宙兴 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第11期4706-4712,共7页
明晰水合物沉积物(gas hydrate-bearing sediments, GHBS)的应力-应变特征,是实现海域天然气水合物安全开采的重要前提。为定量探究水合物的生成对GHBS力学特性的影响,通过室内试验测试了不同围压和不同水合物饱和度的影响,结果表明,水... 明晰水合物沉积物(gas hydrate-bearing sediments, GHBS)的应力-应变特征,是实现海域天然气水合物安全开采的重要前提。为定量探究水合物的生成对GHBS力学特性的影响,通过室内试验测试了不同围压和不同水合物饱和度的影响,结果表明,水合物主要增大了GHBS的黏聚强度,而内摩擦角大致不变。为表征GHBS复杂的力学特性,通过前期建立的弹塑性本构模型进行预测,对比发现本构模型具有一定的适用性。在此基础上,基于ABAQUS提供的UMAT用户材料子程序接口,利用FORTRAN语言编写了本构模型的计算机程序,植入ABAQUS中,实现了对本构模型的开发。对GHBS的单个单元和三轴试样进行有限元仿真,结果表明开发的本构模型是有效和稳定的。 展开更多
关键词 天然气水合物沉积物 黏聚强度 本构模型 模型开发 数值模拟
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南海北部高饱和度水合物矿藏的烃类气体来源与成因机制
7
作者 赖洪飞 匡增桂 +4 位作者 方允鑫 许辰璐 任金锋 梁金强 陆敬安 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期36-60,共25页
天然气水合物形成的物质来源对揭示其富集成藏机制至关重要。南海北部已钻探证实存在大量高饱和度天然气水合物矿藏,但其成矿烃类气体来源与成因机制仍未被系统阐明,制约着主力气源的判识和未来勘查部署。本文以南海北部琼东南和神狐海... 天然气水合物形成的物质来源对揭示其富集成藏机制至关重要。南海北部已钻探证实存在大量高饱和度天然气水合物矿藏,但其成矿烃类气体来源与成因机制仍未被系统阐明,制约着主力气源的判识和未来勘查部署。本文以南海北部琼东南和神狐海域典型的高饱和度水合物矿藏为研究对象,采用气体地球化学、沉积物有机地球化学、地质微生物组学、地震地质综合解释多手段综合研究方法,探讨了其烃类气体的来源和成因机制。结果显示南海北部水合物气体的成因类型具有多元化特点,原生型、次生型微生物气和热解成因煤型气、油型气均有发现,不同水合物矿藏中热解成因气体遭受了不同强度的微生物降解改造作用:神狐W11-17矿藏>神狐W18-19矿藏>琼东南GMGS5-W08矿藏。水合物气源层由浅部微生物气源层(20~85℃)和深部热解成因气源层(镜质体反射率R_(o)>0.5%)组成,目前已钻遇的300 mbsf以浅的微生物气源层产气潜力相对较低,但热解成因气源由于具备一定规模的烃源灶和正处于成熟阶段的煤系烃源岩等条件而表现出较高的产气潜力。深部热解成因烃源灶、中部常规油气藏、浅部微生物气源层和复合型输导通道(控洼断裂、气烟囱、管状渗漏、微裂缝等)构成了南海北部高饱和度水合物矿藏的气源供给体系,深部热解气的贡献极为关键,但大部分热解气运移经过微生物气源层(20~85℃)时遭受了微生物次生改造,最后转化为次生型微生物甲烷为水合物成矿供源。南海北部高饱和度水合物矿藏中的烃类气体具有3种成因:一是从深部热解成因烃源灶直接运移而来,即未降解热解气;二是深部来源热解成因烃类运移至微生物气源层后经微生物厌氧降解产甲烷过程生成,即次生型微生物气;三是浅部微生物气源层中的微生物利用原地沉积物有机质直接生成,即原生型微生物气。 展开更多
关键词 次生型微生物气 气体成因 气源供给体系 成藏过程 天然气水合物
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南海北部渗漏型水合物成藏系统的发育特征及其形成演化规律
8
作者 陈雨核 任金锋 +3 位作者 李廷微 徐梦婕 王笑雪 廖远涛 《地学前缘》 北大核心 2025年第2期77-93,共17页
渗漏型水合物成藏系统往往发育中高饱和度的水合物及其下伏伴生气,是海域广泛分布的一类水合物资源,也是海底灾害、冷泉系统和气候变化的重要研究对象。因此,认识其分布规律和形成机制具有重要意义。本文通过南海北部海底观测、岩心、... 渗漏型水合物成藏系统往往发育中高饱和度的水合物及其下伏伴生气,是海域广泛分布的一类水合物资源,也是海底灾害、冷泉系统和气候变化的重要研究对象。因此,认识其分布规律和形成机制具有重要意义。本文通过南海北部海底观测、岩心、测井、地震及测试分析资料,系统总结了渗漏型水合物成藏系统发育的地貌、地质、地球物理与地球化学方面的识别标志,发现渗漏型水合物主要分布在渗漏通道内。按照渗漏通道形成的机械失稳方式不同将其分为两类:构造圈闭控制的水力破裂型渗漏通道,呈集群状分布;高角度断层控制的剪切破裂型渗漏通道,呈线状分布。在渗漏型水合物成藏系统中,深部气体沿气烟囱、断层等运移并聚集在甲烷水合物稳定带底部附近。当流体压力大于上覆细粒沉积地层的破裂力时,游离气向上突破形成渗漏通道,在渗漏通道内的高角度裂隙网中形成中高饱和度裂隙充填型水合物,在穿越的薄砂层中形成高饱和度孔隙充填型水合物。游离气在渗漏通道内的长距离运移过程可能受到3种机制的影响,即排盐效应维持的热力学三相平衡、水合物壳的形成使得甲烷扩散受限和高甲烷通量导致的水合物动力学生长速率受限。与活动冷泉相关的渗漏型水合物的形成过程可划分为3个阶段:(1)盖层破裂阶段。在超压作用下可能受水合物动力学生长速率的影响;(2)向上突破阶段。局部升高的盐度和温度维持了热力学三相平衡;(3)当流体到达海底后,地温趋近背景值,进入稳定渗漏阶段。排盐效应和水合物壳导致的甲烷扩散受限控制了水合物的生成。当冷泉停止活动后,盐度随着游离气的不断扩散而降低,渗漏通道的底部逐渐有新的水合物再次形成。 展开更多
关键词 渗漏型水合物 渗漏通道 机械失稳 长距离运移 南海北部
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天然气水合物降压开采过程井周水合物的二次形成 被引量：4
9
作者 马超 秦绪文 +6 位作者 孙金声 余路 李胜利 王金堂 毛文静 边航 陆程 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期21-30,共10页
采用降压法开采天然气水合物,受分解吸热效应影响,地层温度降低区域的范围不断扩大。同时,生产井周水合物分解区受气体节流膨胀效应影响,温度降低现象更加显著,在一定的温、压条件下会出现水合物或冰形成,导致该区域内储层有效渗流通道... 采用降压法开采天然气水合物,受分解吸热效应影响,地层温度降低区域的范围不断扩大。同时,生产井周水合物分解区受气体节流膨胀效应影响,温度降低现象更加显著,在一定的温、压条件下会出现水合物或冰形成,导致该区域内储层有效渗流通道被堵塞,渗流阻力升高,影响水合物分解气体的产出。通过自主研发的水合物分解区逆相变形成演化试验装置,模拟不同生产压差下水合物分解产出气体从分解前缘渗流至生产井筒这一过程,采集和计算试验过程中的储层温度、压力、饱和度等参数变化,探究分解区内影响冰与水合物二次形成的主控因素。结果表明:水合物分解气体在较大生产压差作用下受气体节流膨胀效应影响,会在生产井周5 m内引起温度下降,导致水合物二次形成;压差越大水合物二次形成的范围越向井壁缩小,且温度易降至0℃,形成冰堵,抑制气体产出;小压差情况下分解气供给小,造成分解前缘前部水合物二次形成区域范围大,但水合物二次形成量小;低渗透水合物储层气体流速低,气体节流膨胀效应减弱,水合物二次形成带窄。 展开更多
关键词 降压开采 试验模拟 水合物分解 水合物二次形成 节流膨胀
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基于GRACE卫星数据和位错模型的2007年印尼明古鲁M_(W)8.4地震同震重力梯度信号对比分析 被引量：6
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作者 李静 万晓云 徐铭 《地震研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期521-528,共8页
为评估基于GRACE重力卫星提供的时变重力场数据计算地震同震重力变化梯度的可行性,利用GRACE卫星数据计算得到2007年印尼明古鲁M_(W)8.4地震前后12个月的重力梯度变化值,使用黏弹性半空间层状位错模型正演计算得到同震重力梯度变化的理... 为评估基于GRACE重力卫星提供的时变重力场数据计算地震同震重力变化梯度的可行性,利用GRACE卫星数据计算得到2007年印尼明古鲁M_(W)8.4地震前后12个月的重力梯度变化值,使用黏弹性半空间层状位错模型正演计算得到同震重力梯度变化的理论值,并与GRACE重力卫星数据处理结果进行对比分析。结果表明:GRACE重力卫星数据处理结果与位错模型正演结果量级一致,但具体数值有差异;相关性分析表明随着距震中越近,两种方法得到的梯度变量相关性越高,在震中区域的相关性可高达90%以上。 展开更多
关键词 GRACE 位错模型 重力梯度 印尼明古鲁地震
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