天然气水合物赋存地层的地震波场模拟及对比研究
发布时间：2021-02-19 18:36
天然气水合物是一种储量丰富且前景广阔的新型清洁能源,因形成条件的不同,天然气水合物在储层中的赋存状态呈现多样性。正演模拟是利用地震探测水合物矿藏的基础,更是一种研究含水合物沉积层地震波场较为有效的方法。基于不同的正演模型,含不同赋存状态水合物沉积层的波场特征千差万别。本文主要围绕不同赋存状态水合物的地震响应的差异性展开研究。根据地层中水合物与沉积物颗粒不同的接触关系,本文总结了天然气水合物在海底以下的六种赋存状态,分别是颗粒间胶结型、颗粒包裹型、颗粒支撑型、孔隙充填型、基质与填充物共存型和结核/裂缝填充物型。列出了沉积层中不含水合物和含不同赋存状态水合物时的物性参数计算方法。介绍了交错网格有限差分法的基本原理、差分系数的求取,并基于此,先后列出了声波模型、弹性波模型、双相介质模型离散后的一阶应力—速度波动方程。详细阐述了对初始条件、PML（完美匹配层）吸收边界条件的处理,以及差分格式稳定性条件和频散现象的影响因素。本文设计了多种地质模型,借鉴前人对各矿相物性的认识,对沉积层的孔隙度、各矿相的饱和度进行合理取值,并求得相应的物性参数。借助编程方法实现数值模拟过程,并利用三种正演模型,对不...
【文章来源】：自然资源部第一海洋研究所山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球已知的天然气水合物分布（据文献[1]）
第1章前言3和定量模拟对水合物及游离气的物性特征敏感度，可用来检测水合物及下伏游离气的存在和展布[15]。Dai等[16]在美国墨西哥湾水合物区利用地震数据联合反演求取了纵、横波的速度，结合岩石物理模型计算得到了水合物的含量。Tinivella和Accaino[17]应用声波反射层析成像研究了南极洲南Shetlan群岛岸外、布莱克海台的长波长纵波速度结构。自1993年中国科学院与日本在我国南海海域联合进行了海底地震仪（OceanBottomSeismometer，OBS）的首次试验并取得成功，OBS技术特殊的广角反射观测系统使大偏移距的地震数据采集成为可能，并可利用转换横波来进行水合物储量的预测[18]。近十几年来，多个国家在水合物的钻探与生产方面取得质的飞跃，图1-2是全球已经实施或正在实施的天然气水合物主要勘查研究区。根据计划，韩国在2015年顺利地进入天然气水合物的商业生产阶段；早在1998年，美国将水合物作为国家发展的战略能源，于2015年进行了商业性试采；日本的天然气水合物埋藏范围广泛，并在2008年与加拿大合作在北极圈进行了水合物的试验性生产，在2016年前完成了将天然气水合物用于商业化的必要技术开发[19]。图1-2全球已实施或正在实施的天然气水合物主要勘查研究区（据文献[1]）相比于发达国家的水合物研究，我国的水合物勘探工作起步较晚，直到1990年中科院才与莫斯科大学联合进行了天然气水合物的人工合成试验。1999年，中国地质调查局利用多道高分辨率地震勘探技术在南海海域发现了天然气水合物的各项标志，并初步确定它的存在。随后，该单位在2002年又主持了“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项，利用多学科技术手段开展我国海域的水合物综合调查与评价[10]。2002年，宋海斌等[20]基于不同的等效介质模型
天然气水合物赋存地层的地震波场模拟及对比研究6不同赋存状态水合物的地震响应是不同的。了解不同正演模型的优缺点，认识不同赋存状态下水合物的差异性，对提高识别各种类型天然气水合物矿藏的能力非常重要，也为指导地震波反演、成像等提供了依据。图1-3是本文的技术路线图，并基于此，展开如下几个方面内容的研究：图1-3技术路线图1）查阅文献，对天然气水合物的勘探研究和地震波正演模拟方法的发展现状进行了详细地了解。2）总结了天然气水合物在海底以下六种典型的赋存状态及其物性参数计算方法。水合物的六种赋存状态分别是颗粒间胶结型、颗粒包裹型、颗粒支撑型、孔隙充填型、基质与填充物共存型和结核/裂缝填充物型，在沉积层中会随着饱和度的变化发生转变；列出了沉积层中不含水合物时的物性参数计算公式，并以此为基础，列出了沉积层中含不同赋存状态水合物时相应的物性参数计算公式。3）介绍了用于模拟地震波场的正演方法。主要阐述了交错网格有限差分法的基本原理、差分系数的求取，列出了二维各向同性的声波模型、弹性波模型、
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气水合物地层岩石物理模型构建[J]. 刘欣欣,印兴耀,栾锡武. 中国科学:地球科学. 2018(09)
[2]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[3]利用声波测井估算裂缝型水合物储层水合物饱和度[J]. 肖昆,邹长春,邓居智,卢振权,张华. 石油地球物理勘探. 2017(05)
[4]南海北部陆坡天然气水合物及其赋存沉积物特征[J]. 刘昌岭,孟庆国,李承峰,孙建业,贺行良,杨胜雄,梁金强. 地学前缘. 2017(04)
[5]一种时空域优化的高精度交错网格差分算子与正演模拟[J]. 雍鹏,黄建平,李振春,曲璐萍,李庆洋,袁茂林,关哲. 地球物理学报. 2016(11)
[6]海底地震仪数据处理及应用[J]. 韩佩恩. 海洋地质与第四纪地质. 2016(03)
[7]理论反射系数对于完全匹配层边界的吸收效果影响分析[J]. 张晓波,宋鹏,李金山,谭军,刘照仑,夏冬明,姜秀萍,赵波. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(06)
[8]地震正演数值模拟完全匹配层吸收边界条件研究综述[J]. 廉西猛,单联瑜,隋志强. 地球物理学进展. 2015(04)
[9]海底高频地震仪观测系统优化设计及其在南海天然气水合物勘探中的应用[J]. 沙志彬,郑涛,张光学,刘学伟,伍忠良,梁金强,苏丕波,王静丽. 天然气工业. 2014(07)
[10]沉积物孔隙空间天然气水合物微观分布观测[J]. 胡高伟,李承峰,业渝光,刘昌岭,张剑,刁少波. 地球物理学报. 2014(05)
博士论文
[1]双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析[D]. 杨庆节.吉林大学 2015
硕士论文
[1]孔隙性地层井孔声场的有限差分数值模拟方法研究[D]. 杨闯.吉林大学 2016
[2]复杂介质地震波波场正演模拟方法研究[D]. 章婷.电子科技大学 2014
[3]海底天然气水合物地震属性分析[D]. 岳振欢.中国海洋大学 2013
[4]天然气水合物储层AVO响应分析[D]. 马海.中国海洋大学 2013
[5]地震波传播的弹性波动方程高阶差分数值模拟[D]. 罗姣姣.长安大学 2012
[6]Biot介质的交错网格差分法波场模拟研究[D]. 张文忠.中国地质大学（北京） 2007
[7]天然气水合物地震波场数值模拟与属性研究[D]. 孙小芳.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3041523
【文章来源】：自然资源部第一海洋研究所山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球已知的天然气水合物分布（据文献[1]）
第1章前言3和定量模拟对水合物及游离气的物性特征敏感度，可用来检测水合物及下伏游离气的存在和展布[15]。Dai等[16]在美国墨西哥湾水合物区利用地震数据联合反演求取了纵、横波的速度，结合岩石物理模型计算得到了水合物的含量。Tinivella和Accaino[17]应用声波反射层析成像研究了南极洲南Shetlan群岛岸外、布莱克海台的长波长纵波速度结构。自1993年中国科学院与日本在我国南海海域联合进行了海底地震仪（OceanBottomSeismometer，OBS）的首次试验并取得成功，OBS技术特殊的广角反射观测系统使大偏移距的地震数据采集成为可能，并可利用转换横波来进行水合物储量的预测[18]。近十几年来，多个国家在水合物的钻探与生产方面取得质的飞跃，图1-2是全球已经实施或正在实施的天然气水合物主要勘查研究区。根据计划，韩国在2015年顺利地进入天然气水合物的商业生产阶段；早在1998年，美国将水合物作为国家发展的战略能源，于2015年进行了商业性试采；日本的天然气水合物埋藏范围广泛，并在2008年与加拿大合作在北极圈进行了水合物的试验性生产，在2016年前完成了将天然气水合物用于商业化的必要技术开发[19]。图1-2全球已实施或正在实施的天然气水合物主要勘查研究区（据文献[1]）相比于发达国家的水合物研究，我国的水合物勘探工作起步较晚，直到1990年中科院才与莫斯科大学联合进行了天然气水合物的人工合成试验。1999年，中国地质调查局利用多道高分辨率地震勘探技术在南海海域发现了天然气水合物的各项标志，并初步确定它的存在。随后，该单位在2002年又主持了“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项，利用多学科技术手段开展我国海域的水合物综合调查与评价[10]。2002年，宋海斌等[20]基于不同的等效介质模型
天然气水合物赋存地层的地震波场模拟及对比研究6不同赋存状态水合物的地震响应是不同的。了解不同正演模型的优缺点，认识不同赋存状态下水合物的差异性，对提高识别各种类型天然气水合物矿藏的能力非常重要，也为指导地震波反演、成像等提供了依据。图1-3是本文的技术路线图，并基于此，展开如下几个方面内容的研究：图1-3技术路线图1）查阅文献，对天然气水合物的勘探研究和地震波正演模拟方法的发展现状进行了详细地了解。2）总结了天然气水合物在海底以下六种典型的赋存状态及其物性参数计算方法。水合物的六种赋存状态分别是颗粒间胶结型、颗粒包裹型、颗粒支撑型、孔隙充填型、基质与填充物共存型和结核/裂缝填充物型，在沉积层中会随着饱和度的变化发生转变；列出了沉积层中不含水合物时的物性参数计算公式，并以此为基础，列出了沉积层中含不同赋存状态水合物时相应的物性参数计算公式。3）介绍了用于模拟地震波场的正演方法。主要阐述了交错网格有限差分法的基本原理、差分系数的求取，列出了二维各向同性的声波模型、弹性波模型、
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气水合物地层岩石物理模型构建[J]. 刘欣欣,印兴耀,栾锡武. 中国科学:地球科学. 2018(09)
[2]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[3]利用声波测井估算裂缝型水合物储层水合物饱和度[J]. 肖昆,邹长春,邓居智,卢振权,张华. 石油地球物理勘探. 2017(05)
[4]南海北部陆坡天然气水合物及其赋存沉积物特征[J]. 刘昌岭,孟庆国,李承峰,孙建业,贺行良,杨胜雄,梁金强. 地学前缘. 2017(04)
[5]一种时空域优化的高精度交错网格差分算子与正演模拟[J]. 雍鹏,黄建平,李振春,曲璐萍,李庆洋,袁茂林,关哲. 地球物理学报. 2016(11)
[6]海底地震仪数据处理及应用[J]. 韩佩恩. 海洋地质与第四纪地质. 2016(03)
[7]理论反射系数对于完全匹配层边界的吸收效果影响分析[J]. 张晓波,宋鹏,李金山,谭军,刘照仑,夏冬明,姜秀萍,赵波. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(06)
[8]地震正演数值模拟完全匹配层吸收边界条件研究综述[J]. 廉西猛,单联瑜,隋志强. 地球物理学进展. 2015(04)
[9]海底高频地震仪观测系统优化设计及其在南海天然气水合物勘探中的应用[J]. 沙志彬,郑涛,张光学,刘学伟,伍忠良,梁金强,苏丕波,王静丽. 天然气工业. 2014(07)
[10]沉积物孔隙空间天然气水合物微观分布观测[J]. 胡高伟,李承峰,业渝光,刘昌岭,张剑,刁少波. 地球物理学报. 2014(05)
博士论文
[1]双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析[D]. 杨庆节.吉林大学 2015
硕士论文
[1]孔隙性地层井孔声场的有限差分数值模拟方法研究[D]. 杨闯.吉林大学 2016
[2]复杂介质地震波波场正演模拟方法研究[D]. 章婷.电子科技大学 2014
[3]海底天然气水合物地震属性分析[D]. 岳振欢.中国海洋大学 2013
[4]天然气水合物储层AVO响应分析[D]. 马海.中国海洋大学 2013
[5]地震波传播的弹性波动方程高阶差分数值模拟[D]. 罗姣姣.长安大学 2012
[6]Biot介质的交错网格差分法波场模拟研究[D]. 张文忠.中国地质大学（北京） 2007
[7]天然气水合物地震波场数值模拟与属性研究[D]. 孙小芳.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3041523
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