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油气之光——冻土区天然气水合物地球物理勘探方法

2016-9-30 17:09:55 来源:中国矿业报

地球物理勘探方法简称物探,主要包括重力、磁法、电法、放射性、地震和地球物理测井等勘探方法。任何一种物探方法的有效性都受到地质、地球物理条件的限制。针对冻土区天然气水合物,最具代表性的物探方法为音频大地电磁法和地球物理测井法两种。

一、音频大地电磁法

音频大地电磁测深法是一种较成熟的地球物理勘探技术,根据地壳中不同岩层之间、岩石和矿石之间存在的电磁性质差异,利用地球上广泛分布的高频率范围的天然变化的电磁场,进行中浅部地质构造研究的一种频率域电磁测深法。由于这种方法不需要人工建立场源,具有装备轻便、成本低、可勘探深部和分辨率适中等特点。

根据纯水合物的岩石物性与孔隙流体、大陆边缘不含水合物与游离气沉积物的岩石物性对比,一般认为沉积物中水合物的存在可造成纵波速度、横波速度的增加,密度减小或基本不变,电阻率增加,热导率减小。相对正常沉积地层,天然气水合物表现出明显的高阻特征,而冻土带也呈现高阻特征。因此,采用音频大地电磁法存在较好的物性前提条件。

在冻土区开展音频大地电磁测深调查,旨在查明永冻土分布、厚度及地下构造特征,分析天然气水合物成藏环境,为冻土区天然气水合物资源潜力调查与评价提供技术支撑。

二、地球物理测井法

地球物理测井法是根据地球物理资料来提取钻孔剖面中可能含有天然气水合物带的方法,包括井径、中子伽马、电阻率、自然电位、声波以及中子孔隙度、密度等测井方法。早在20世纪六七十年代,这种方法就被用来预测北极永久冻土区内油气田钻井剖面中的天然气水合物富集带,并已成功应用于极地和深海天然气水合物的勘探中。同时,测井资料也是研究井点附近天然气水合物的主地层沉积环境及演化的有效手段。测井在水合物探测与储量评价领域发挥着重要的作用,随着勘探天然气水合物的钻井增多,测井日益受到重视。

由于天然气水合物对沉积物具有胶结作用,使沉积物比较致密,渗透性差,孔隙度低,在测井曲线上有异常显示。具体表现为:第一,电阻率较高。含天然气水合物层的岩石孔隙和裂隙均被冰状水合物充填占据,岩石致密,渗透性较差,导致电阻率较高。第二,声波时差小。由于水合物层的岩石致密,孔隙度低,因此声波在这样的地层中传播速度快,穿过1米地层所用的时间短,故而声波时差比同时代同埋藏深度的沉积岩层要小。第三,自然电位幅度不大。因为自然电位是离子在岩石中扩散吸附作用下产生的,由于天然气水合物充填了岩石的孔隙及裂隙,降低了离子扩散和渗滤强度,因此自然电位的异常幅度不大。第四,中子测井曲线值高。水合物层的孔隙度较低,而且含氧量比油水层也低得多。第五,中子伽马射线强度高。水合物层中的含氢量要比油水层中的含氢量低,而且水合物层的岩性致密,造成了中子伽马计数率增高。第六,井径增大。由于钻井过程中改变了水合物稳定的温压条件,造成水合物的分解,进而引起井壁垮塌,造成扩径现象的发生。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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