發(fā)布時間：2020-07-13 05:10

【摘要】：天然氣水合物作為一種潛在的新興能源,具有能量密度高、分布廣、埋深淺等特點。陸域天然氣水合物相比海域,其勘探開發(fā)條件更有優(yōu)勢。我國陸域水合物主要分布于青藏高原凍土區(qū),通過前期的地質(zhì)普查、地震試驗和鉆測井等地質(zhì)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)青藏高原凍土區(qū)水合物資源量巨大,具有很好的勘探開發(fā)前景。進(jìn)行陸域天然氣水合物的地震正演模擬與響應(yīng)特征分析,為陸域水合物的評價、圈定目標(biāo)區(qū)及水合物的勘探提供依據(jù)。本文針對目前陸域凍土區(qū)水合物地層速度大、密度小的特點,基于陸域水合物地層的鉆孔資料,進(jìn)行了巖石物理分析,建立了陸域水合物地層的物性參數(shù)骨架模型,從水平水合物地層、楔形水合物地層、水合物層組等三個方面構(gòu)建了符合實際情況的地質(zhì)地球物理模型,采用粘彈性波動方程有限差分法進(jìn)行了正演模擬和響應(yīng)特征分析,形成了以波形參數(shù)為主的陸域水合物響應(yīng)特征、儲層識別的地震屬性分析及陸域水合填充物模式判斷方法。并對水平層狀介質(zhì)物理模型進(jìn)行了超聲波物理和數(shù)值模擬對比分析。主要工作和取得的成果如下：(1)根據(jù)青藏高原DK-1、DK-3和DK-4等井孔的測井?dāng)?shù)據(jù),運用速度密度交會圖方法,通過對比含水合物地層與不含水合物地層在交會圖上的分布,得出了實際水合物地層的具有“高速度、低密度”的物性特征。并且,通過砂巖與泥巖兩種巖性在含水合物與不含水合物情況下速度與密度的比較,得出了含水合物砂巖更具有規(guī)律性這一結(jié)論,由此確定了DK-1井孔143.40m-144.20m含水合物層段粉砂巖和DK-4井孔165.80m-166.35m含水合物層段粉砂巖作為巖石物理分析研究的對象。基于DK-1和DK-4井孔測井?dāng)?shù)據(jù),采用時間平均公式估算DK-1砂巖骨架的縱橫波速度比,以及利用該縱橫波速度比獲取砂巖骨架的縱波速度vp、橫波速度vs和密度p。根據(jù)已獲取的速度值采用彈性模量公式,計算得到了砂巖骨架的體積模量K和剪切模量G。依據(jù)獲得的砂巖骨架的速度、密度和品質(zhì)因子,基于水合物微觀結(jié)構(gòu)理論,運用了彈性模量模型公式,分別以模式一和模式二的兩種水合物填充模式估算了水合物巖層的速度,發(fā)現(xiàn)模式二的速度曲線更接近實際測井?dāng)?shù)據(jù)。結(jié)果表明DK..4井孔165,80m-166.35m層段含水合物層的水合物填充模式,更趨向于模式二,即水合物作為骨架的一部分更能反映其物性特征。巖石物理分析與實際井孔資料相結(jié)合的地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建方法,所建模型能反映水合物地層的物性特點,為陸域水合物地層的地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ)。(2)基于本文所提出的陸域水合物地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建方法,建立了水合物層、水層、游離氣層等水平層狀介質(zhì)模型,進(jìn)行了數(shù)值模擬,對模擬記錄分別做了自相關(guān)和功率譜運算,并在此基礎(chǔ)上提取了時域和頻域兩個方面的波形參數(shù),分析了三種不同地層在波形參數(shù)上的變化特征。針對不同地層,幾種主要波形參數(shù)隨填充物飽和度S(Sh、Sw和Sg)增加的變化結(jié)果表明：對于水合物層,均值逐漸增大,第一零點值和第二零點值逐漸減小,主頻數(shù)值逐漸增大；對于游離氣層,均值減小,第一零點值和第二零點值增大,主頻數(shù)值減�。粚τ谒畬�,這四個波形參數(shù)的變化趨勢不是很明顯。水合物層和游離氣層在時域的均值、第一零點值、第二零點值和頻域的主頻等四個參數(shù)上表現(xiàn)出完全相反的的變化規(guī)律�？筛鶕�(jù)均值、第一零點值、第二零點值和主頻等波形參數(shù)來判別水合物層的存在,為水合物儲層預(yù)測提供了地震屬性參數(shù)。(3)以水合物充填模式一和模式二方式分別構(gòu)建了水平地層模型,進(jìn)行了數(shù)值模擬和波形參數(shù)提取和對比分析。模式二的時域波形段總能量、均值、方差、最大峰值、最大峰值半面積值和頻域的主頻參數(shù)均高于模式一,時域第一零點值、第二零點值參數(shù)和頻域的全頻帶能量、主頻能量參數(shù)均小于模式一。時域和頻域波形參數(shù)可以應(yīng)用于辨別地層中水合物的填充模式,為水合物的填充模式的識別提供了基礎(chǔ)依據(jù)。(4)基于水合物充填模式一和模式二水合物地層模型,構(gòu)建了水合物層下方存在游離氣層的模型,進(jìn)行了正演模擬和時域、頻域波形參數(shù)提取,并做了綜合對比分析。下方存在游離氣層的波形段總能量、方差、最大峰值、最大峰值半面積值、極值振幅比和頻域主頻波形參數(shù)均高于下方不存在游離氣層的水合物層,而時域的均值、第一零點值、第二零點值和頻域的全頻帶能量、主頻能量波形參數(shù)均小于不存在游離氣層的水合物層。時域和頻域的波形參數(shù)是辨別水合物地層下方是否存在游離氣層的依據(jù)。(5)針對地層厚度變化這一情況,構(gòu)建了充填模式二水合物和游離氣層的楔形地層模型,做了正演模擬,并分別進(jìn)行了最大振幅與主頻波形參數(shù)提取、基于廣義S變換的兩組不同g與p參數(shù)(g=1.3、p=0.9和g=0.9、p=1.3)的時頻分析,結(jié)果表明水合物地層的底板反射最大振幅和主頻明顯高于游離氣地層,為水合物層和游離氣層的辨別提供了重要的地震屬性分析方法。(6)在充填模式二水合物楔形地層模型的基礎(chǔ)上,采用類似水平地層的思路,構(gòu)建了楔形地層下方存在厚度變化的游離氣薄層和充填模式一水合物薄層的組合模型,進(jìn)行了正演模擬,并分別做了最大振幅提取與廣義S變換時頻分析,分析了厚度變化的兩種下伏地層對楔形地層頂、底界面振幅的影響。發(fā)現(xiàn)兩種不同的下伏地層使得上覆的楔形巖層在地震響應(yīng)上的差別明顯。當(dāng)下伏為游離氣層時,楔形地層的底板反射表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)振幅特征,其振幅高于楔形地層頂板反射振幅；當(dāng)下伏水合物層時,楔形巖層的底界反射為弱振幅,頂界為強(qiáng)振幅；楔形地層底板反射強(qiáng)、弱振幅特征還受下伏地層厚度的影響。這種振幅的強(qiáng)弱特征可作為判斷水合物地層下方是否存在游離氣層的重要依據(jù)。(7)針對垂向分布多個水合物層的情況,基于陸域水合物演化成藏的地質(zhì)理論,構(gòu)建了水合物層組模型,探尋層組界面反射振幅特征及影響因素。依據(jù)孔隙度φ和飽和度的變化情況,構(gòu)建了三種層組模型,即層組模型I：孔隙度φ保持不變,飽和度風(fēng)變化；層組模型Ⅱ：飽和度Sh保持不變,孔隙度φ變化；層組模型Ⅲ：水合物含量保持不變,φ和Sh均發(fā)生變化。并分別進(jìn)行了正演模擬和基于AVO原理的各界面反射系數(shù)提取與對比分析。結(jié)果表明：層組模型Ⅰ的水合物層間界面弱振幅現(xiàn)象最明顯,層組模型Ⅲ次之,層組模型Ⅱ弱振幅現(xiàn)象不很明顯；地層孔隙度與水飽和程度越低,水合物層組界面的弱振幅特征就越明顯；在其他條件不變的條件下,可通過弱振幅特征分析水合物層組的孔隙度φ和飽和度Sh的層組模型。并對間隔水合物層組界面振幅的變化進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)在一定孔隙度和水合物飽和度的范圍內(nèi),間隔水合物層組界面也有可能出現(xiàn)弱振幅現(xiàn)象。本文的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)以下幾個方面：(1)基于實際陸域水合物地層的測井?dāng)?shù)據(jù),采用巖石物理分析方法獲取實際水合物巖層的骨架速度、密度和彈性模量,以及水合物充填模式,形成了符合實際情況的陸域水合物地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建思路和方法,為陸域水合物地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建提供了理論依據(jù)。(2)基于本文的陸域水合物地質(zhì)地球物理模型構(gòu)建方法,建立了多組陸域水合物地層模型,進(jìn)行了粘彈性波動方程有限差分法數(shù)值模擬,以及自相關(guān)時域和功率譜頻域波形參數(shù)提取、時頻分析與系統(tǒng)分析,確定了識別水合物層與游離氣層、判斷水合物填充模式、推斷水合物層下方游離氣層存在與否的地震屬性,為陸域水合物的識別提供了基礎(chǔ)依據(jù)。(3)系統(tǒng)總結(jié)了多種地震屬性的變化規(guī)律,形成了陸域水合物識別思路和方法,為陸域水合物儲層預(yù)測提供了前瞻性認(rèn)識。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.13;P631.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 奚先,姚姚;二維粘彈性隨機(jī)介質(zhì)中的波場特征分析[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2004年03期

2 劉財,張智,邵志剛,劉洋,鐘偉;線性粘彈體中地震波場偽譜法模擬技術(shù)[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2005年03期

3 宋海斌,Matsubayashi Osamu,楊勝雄,吳能友,江為為,郝天珧;含天然氣水合物沉積物的巖石物性模型與似海底反射層的AVA特征[J];地球物理學(xué)報;2002年04期

4 盧振權(quán);SULTAN Nabil;金春爽;饒竹;羅續(xù)榮;吳必豪;祝有海;;青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物形成條件模擬研究[J];地球物理學(xué)報;2009年01期

5 祝有海;張永勤;文懷軍;盧振權(quán);王平康;;祁連山凍土區(qū)天然氣水合物及其基本特征[J];地球?qū)W報;2010年01期

6 史斗，鄭軍衛(wèi);世界天然氣水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀和前景[J];地球科學(xué)進(jìn)展;1999年04期

7 孫春巖,章明昱,牛濱華,黃新武;天然氣水合物地震空白帶現(xiàn)象正演模型研究[J];地學(xué)前緣;2003年01期

8 沙志彬,王宏斌,張光學(xué),楊木壯,梁金強(qiáng);底辟構(gòu)造與天然氣水合物的成礦關(guān)系[J];地學(xué)前緣;2005年03期

9 王健;邱文弦;趙俐紅;;天然氣水合物發(fā)育的構(gòu)造背景分析[J];地質(zhì)科技情報;2010年02期

10 龐守吉;蘇新;何浩;趙倩;祝有海;王平康;李永紅;李清海;;祁連山凍土區(qū)天然氣水合物地質(zhì)控制因素分析[J];地學(xué)前緣;2013年01期

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本文編號：2753006