第24卷 第3期2010年6月
现 代 地 质
G E O SC I ENCE
Vol 24 No 3
J un 2010
南海神狐海域含水合物地层测井响应特征
梁 劲1,2
,王明君3
,陆敬安2
,王宏斌2
,梁金强2
,苏丕波
4
(1 中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉 430074;2 广州海洋地质调查局,广东广州 510760;
3 中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;
4 厦门大学海洋与环境学院,福建厦门 361005)
收稿日期:
2010 02 26;改回日期:
2010 05 04;责任编辑:潘令枝。
基金项目:中国科学院边缘海地质重点实验室项目(M SGL08-03);国家重点基础研究发展计划(2009CB219508)。 作者简介:梁 劲,男,高级工程师,1971年出生,应用地球物理专业,主要从事天然气水合物调查与研究工作。
Ema i :l
liangji n1999@163 co m 。
摘要:分析了南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层声波速度及密度的分布特征和变化规律,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,总结出神狐海域含水合物地层的测井响应规律特征:神狐海域含水合物地层存在着明显的高声波速度、低密度特征,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,总体趋势上随声波速度的升高而降低;含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220m 段,饱和度值在15%~47%之间,低密度值集中在200~212m 段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;含水合物地层声波速度平均值为2076m /s ,其上覆和下伏地层的声波速度平均值为1903m /s 和1892m /s ,所对应的地层密度值分别为1 89g /cm 3、1 98g /cm 3和2 03g /cm 3,声波速度受孔隙度和饱和度的共同影响,地层密度受水合物饱和度影响较大;从水合物上覆地层到声波速度最高值段,声波速度值增加了9 1%,相对应的地层密度值减少了4 55%,从水合物声波速度最高值段到下伏地层,声波速度值减少了8 86%,相对应的地层密度值增加了7 41%。这些测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物,并可以用来计算水合物的饱和度,同时结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。关键词:水合物;测井响应;速度;密度;孔隙度;饱和度中图分类号:
P631 8 文献标志码:A 文章编号:1000-8527(2010)03-0506-09
Logging R esponse Characteristics of Gas Hydrate Form ation
i n Shenhu Area of the South C hi na Sea
LIANG Ji n 1,2
,WANG M i n g j u n 3
,LU Ji n g an 2
,WANG H ong bin 2
,LIANG Ji n q iang 2
,SU Pi bo
4
(1 C olle g e of Geophy sics and Space Informa tion,Ch i na Un i versit y of G eoscie n ces ,W uhan,H ubei 430074,Ch i na;
2 Guangzhou M ari ne G eolog ic a l Surv e y,Guangzh ou,G uangdong 510760,Ch i na;
3 Instit u te of M inera lR esou rces ,Ch i nese A c ade my of G eolo g ical S cie nces,B eiji ng 100037,Ch i na;
4 Colle g e o f Oceano g raphy and E nvironmen t a lS cience ,X i am e n Un i versit y,X i am en,Fu ji an 361005,Ch i na )
Abst ract :W ith ana l y sis of the d i s tributi n g feature and the c hang i n g la w o f the son i c velocity and density o f sed i m ents w ith gas hydrate i n Shenhu A rea of t h e South Ch i n a Sea ,by co mpari n g w ith logg i n g data o f gas hydrate for m ati o n at Site 570o fDSDP 84,the logg i n g response characteristics o f gas hydrate for m ati o n i n Shenhu A rea w ere conducted .The resu lts sho w tha:t (1)Sedi m en ts w ith gas hydrate in Shenhu A rea have t h e c lear features t h at t h e son ic velocity is h i g h and density is lo w ,and the density i s generall y decreased w ith the i n creasing of t h e son ic velocity .(2)The h i g h son ic velocity secti o n i n sed i m ents w ith gas hydrate is i n the depth of 197to 220m,and the lo w density section i s i n t h e depth o f 200to 212m;the value of saturation is i n the range of 15%to 47%.(3)The average son ic velocities of sed i m ents w it h gas hydrates and the overly i n g strata and un derlying strata are 2,076m /s ,1,903m /s and 1,892m /s ,respecti v ely ,and the co rresponding densities are
1 89g /c m 3,1 98g /c m 3and
2 03g /c m 3
,respecti v e l y ;son ic velocity is effected by porosity and saturati o n ,and density is g reatl y i n fl u enced by saturation ;(4)The son ic ve l o c ity increases by 9 1%fro m the overly i n g strata of hydrates to the m ax i m um va l u e secti o n,and t h e co rresponding density decreased by 4 55%;the son ic
velocity decreases by8 86%fro m t h e m ax i m um value section to the underl y i n g strata of hydrates,and t h e cor respond i n g density i n creases by7 41%.The logg i n g response characteristics can be used to i d entify the ex ist ence o f gas hydrates and to calcu late t h e saturation o f gas hydrate,further m ore,to pr ov i d e accurate area and t h ickness o f gas hydrate zone for calcu lati n g gas hydrates reservesw it h co m binati o n o f o t h er geolog ical and geo physical data.
K ey w ords:gas hydrate;l o gg ing response;ve l o c ity;density;porosity;sat u rati o n
0 引 言
天然气水合物是在低温、高压环境下,由水的冰晶格架及其间吸附的天然气分子组成的笼状结构化合物,主要存在于陆地永久冻土带和水深超过300m的海洋沉积物中。据估计,全球天然气水合物中蕴涵的有机碳总量是已探明的所有煤、石油、天然气等化石类燃料中有机碳总量的两倍,因而是一种极有前途的21世纪乃至以后更长时期的潜在能源。水合物对温度、压力十分敏感,由于温压变化引起的水合物分解可释放出大量温室效应极强的甲烷气体,同时还会引起海底滑坡,从而破坏钻井平台和海底电缆等基础设施。因此,当今对赋存于海底的水合物研究已在能源、环境和灾害等领域引起了普遍关注。一般认为地层声波速度和密度的差异是识别天然气水合物的重要物性数据,声波速度和密度异常是天然气水合物地层特征之一,是判断沉积地层中是否含天然气水合物的重要判据。海底天然气水合物的资源量主要取决于水合物的分布面积、水合物稳定带的厚度、沉积层的孔隙度及水合物的饱和度(或充填率)等,而这些参数都与地层声波速度和密度有直接的对应关系;因此,准确的声波速度和密度数据对天然气水合物的资源量估算具有重要的意义[1-2]。
广州海洋地质调查局于2007年在南海神狐海域进行了天然气水合物钻探取样工作,共完成钻探站位8个,在5个站位进行了取心,其中在3个站位取得了天然气水合物实物样品。这使我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家,实现了我国天然气水合物资源调查研究的新突破,取得了一系列重大发现和成果[3]。本研究通过对神狐海域SHB站位声波测井速度与地层密度曲线的特征分析,结合含水合物地层孔隙度和饱和度特征,最后对声波测井速度与密度的关系进行了分析和探讨。1 研究区地质概况
研究区位于南海北部陆缘陆坡区中段的神狐暗沙东南海域附近珠江口盆地的珠二坳陷南翼(图1),是欧亚、太平洋和印度 澳大利亚3大板块的交汇处的一部分,其地质发展经历了由板内裂陷演变为边缘坳陷的过程,该坳陷自中中新世以来处于构造沉降阶段,形成了良好的天然气水合物成藏地质条件。研究区基底构造复杂,断裂发育,新构造作用活跃,由于受到北东、北东东、东西、北西方向断裂的控制,南海北部陆坡海底地形呈阶梯状逐级下降,在陆坡上发育有深海槽、海底高原、陆坡台地、冲刷槽沟、海底陡崖、海底陡坡和海谷海丘等各种特殊构造地貌或地质体。研究区内张性断层和褶皱构造发育,为下部天然气向浅部地层运移开辟了有利通道,促使气体向上运移到水合物的稳定带上,而褶皱构造更易于对天然气的捕获,进而形成水合物矿藏。区内还发育一系列可能与天然气水合物有关的特殊构造体,如滑塌体、增生楔等,是天然气水合物发育的有利区域。另外,新构造运动诱发深部超压泥质岩类的塑性流动,形成泥底辟活动带,上覆地层产生了高角度的断裂和垂向裂隙系统,构成流体渗漏的主要通道,对本区水合物的形成相当有利。此外,神狐海域海底滑塌作用非常强烈,有分析认为可能与水合物的形成与分解有关。研究区水深在600~1200m之间,东西横跨约100 k m,南北纵跨约50km,水深线走向大体与海岸线平行。海底地形形态复杂,总体趋势为从北向南倾斜,坡度变化大,上陆坡较陡,海底坡降一般在3 010-2左右;下陆坡较缓,海底坡降一般在2 010-2左右。晚中新世以来深水重力流相当发育,沉积速率达40~120c m/ka,高的沉积速率导致发育有巨厚的中、新生代快速沉积物,厚达几千米,有的甚至超过万米,并在沉积物中积累大量有机质,为细菌将其降解成甲烷气提供物源。
507
第3期梁 劲等:南海神狐海域含水合物地层测井响应特征
图1 研究区地理位置
F ig 1 Loca tion o f the st udy a rea
近年来,广州海洋地质调查局在该区域开展了天然气水合物地质、地球物理和钻探调查,研究区内已发现多处BSR发育区,并在2007年钻探取得天然气水合物实物样品[4-5]。
2 测井数据的采集和处理
为查明天然气水合物资源在神狐海域的分布状况,研究天然气水合物的成矿特征及赋存条件,总结成矿规律,对神狐海域天然气水合物资源前景做出科学预测和评价并获取天然气水合物实物样品,广州海洋地质调查局租用辉固公司!Bave n it?号工程钻探船于2007年4-6月间在神狐海域实施天然气水合物钻探,在钻探和取样之前,首先选择站位进行先导孔钻探,然后通过对先导孔进行井中电缆测井,获得与天然气水合物特征有关的井中测井曲线。声波速度和密度数据的采集采用声波全波列测井仪和补偿密度测井仪来测量,这种小尺寸的测井仪便于同时在井下开展多种方法测井,较细的井下探头能够保证最大限度地通过钻管内部以及在裸眼井中进行测井[6]。
测井数据的测量误差包含系统误差与非系统误差两种。系统误差是由于所选择的测井仪器型号、测井时间及井身结构和井眼泥浆性质的不同,使得相同层段泥岩基线的基值存在较大的偏差,造成了某一井段响应值的整体偏大或偏小。非系统误差是由非地质因素如井壁垮塌、泥浆浸泡和测量野值的影响而产生的存在于单井中的误差。消除测量误差的主要方法是测井曲线的标准化处理。对于系统误差来讲,只要对测井数据做标准化处理,统一各种曲线刻度即可。而对于非系统误差,消除方法首先是去野值,其次是选定标准井和标准曲线,按照曲线测量值的正态分布规律对曲线进行处理,并对声波时差做环境校正以及脱压实和压实处理[7]。
3 研究区天然气水合物测井曲线
特征
目前,天然气水合物的勘探以地震方法为主,随着天然气水合物钻探工作的不断开展,用地球物理测井技术来确定海洋沉积物中天然气水合物与其下伏地层游离气的联系已被证明非常有效,测井方法能揭示实验室样品难以测量到的气体水
508现 代 地 质2010年
合物的原位性质。因此,了解天然气水合物的测井响应特征是正确识别天然气水合物储层的关键,不同的测井曲线对天然气水合物储层有不同程度的反映,由于含水合物地层有高声波速度低密度的特征,声波速度、密度和电阻率测井曲线组合被认为是识别天然气水合物的有效方法。声波速度测井在确定地震信号与气体水合物及游离气之间关系的作用尤其明显,含水合物层的声波速度往往比一般地层的声波速度高,其声波速度与水合物含量有关,水合物含量越高,声波速度越高。如果在气体水合物层下存在游离气层,会导致声波速度的减少而出现强反射[8-9]。密度曲线可以验证声波速度曲线高值段的岩性特征,如果高值段是由水合物引起的,则密度曲线上有明显的低值段相对应;如果高值段是由砂岩或其他岩性引起的,则密度曲线上也会出现相对应的高值段,而含游离气地层的密度随声波速度的降低而降低[10-12]。
神狐海域中部海区有!2007年水合物钻探?的几个先导孔的声波测井数据,有部分声波测井曲线呈现明显的高声波速度、速度倒转等异常特征,而其所对应的密度曲线则有明显的低值特征。根据这些先导孔的声波速度和密度的异常特征,结合其他地球物理、地质和地温资料,完成8个站位的钻探取样工作,先后在3个站位成功地钻获了天然气水合物实物样品。本文利用两个站位(S HA、S H B)的测井资料,来分析不含水合物地层和含水合物地层的声波测井曲线特征。
SHA站位位于神狐海域中部,水深1262m,最大井深266m。图2为该站位的声波速度、密度和电阻率测井曲线。在声波速度曲线中,声波速度值主要在1650~1920m/s的范围内变化,从上往下缓慢增加,没有明显的速度异常特征;密度和电阻率曲线总体变化趋势与声波速度相似,从上往下密度和电阻率值缓慢增加,没有明显的密度和电阻率异常特征,密度和电阻率值主要在1 9~2 1g/c m3和2 0~2 6 #m的范围内变化,这是不含天然气水合物地层的声波测井曲线。在该站位钻探取样没有发现水合物样品,钻取的岩心样品显示地层岩性为松散的粉砂质泥岩。
SH B站位位于S HA站位的西北部,距SHA站位约2km,水深1232m,最大井深248m。图3为该站位的声波速度、密度和电阻率测井曲线,测井范围为50~248m。在声波速度曲线中,速度值主要在1600~2250m/s的范围内变化,按曲线变化可分为3段:50~190m为第一段,声波速度缓慢增大,范围在1600~1900m/s之间,是普通的沉积物特征。190~220m为第二段,声波速度随深度增加而起伏,且表现为递增快、递减快,整段呈典型三段式异常特征,即两头小中间大。在这一曲线段声波速度显著增高,该深度范围内声波速度平均值为2105m/s,明显高于普通沉积物层的平均速度值。220~248m为第三段,声波速度快速下降到1750m/s,然后缓慢增加,为普通沉积物的特征。在密度曲线中,地层密度值主要在1 8~2 2g/c m3的范围内变化,地层密度特征与声波速度曲线相对应,按曲线变化大致也可以分为3段:50~197m为第一段,地层密度缓慢增大,密度范围在1 85~2 07g/c m3之间,是普通沉积物的特征。197~213m为第二段,地层密度随深度增加而快速降低,该深度范围内地层密度平均值为1 91g/c m3,最低密度值为1 84 g/c m3,明显低于普通沉积物层的平均密度值,密度曲线的低值段与声波速度曲线的高值段有明显的对应性,呈现出两头大中间小的密度异常特征。213~248m为第三段,地层密度值快速增加到2 06g/c m3,然后缓慢增加,地层恢复到普通沉积物特征。电阻率曲线与声波速度曲线的变化非常相似,也是存在着典型的三段式异常特征。从S H B站位的地层声波速度、电阻率和密度曲线相对应的高声波速度低密度特征可以判断,这是典型的含天然气水合物层的声波速度和密度异常曲线,实际钻井也是根据这些水合物层特有的声波速度和密度特征实施钻探取样,并在该站位成功采集到水合物实物样品,含水合物地层厚度约30m,水合物饱和度最高为47 3%。
4 天然气水合物地层测井数据的对
比分析
在非均质介质中,声波速度与介质的分布、成分和声波的传播方向有关。声波在岩层中传播的速度与岩石的岩性、孔隙度、埋藏深度、孔隙流体性质、孔隙流体压力及岩层所处的外部环境等因素有关。其中最主要是岩性的影响,其次是孔隙度等因素的影响。不同时代的地层在岩性、孔隙度等方面存在差异,因而在声波速度上也有差异,一般由新到老,地层的层速度逐渐增大。在含水合物地层中,水合物的生成除了需要一定
509
第3期梁 劲等:南海神狐海域含水合物地层测井响应特征
图2 S HA 站位速度、密度和电阻率曲线
F i g 2 T he ve l o city ,
density and resistiv it y curves o f site S
HA
图3 S H B 站位速度、密度和电阻率曲线
F i g 3 T he ve locity ,
density and resistiv ity curves o f site S HB
的温度和压力条件外,还需要大量的碳氢气体和充足的水,这就需要地层具有较高的孔隙度和渗
透率。未固结沉积岩的孔隙度很高,渗透率大,具备水合物生成的物理条件。具备这种特征的未固结沉积岩的声波速度较低,而水合物声波速度较高。这就形成了水合物地层低速背景中的高速
地质体特征[13]
。
地层密度主要是指地层中沉积岩的密度,组成沉积物的矿物成分对岩石密度的影响虽然不明显,但由于沉积岩具有不同的孔隙度,因而它们的密度往往有较大的变化范围。一般来说,近地表的沉积岩由于受到的压力较小,其孔隙度较大,
510现 代 地 质2010年
密度较小;随着埋深增加,上层负荷压力加大,使其孔隙度相应减小,因而密度增大。研究表明,沉积岩的密度随孔隙度的减少而一般呈线性增大。此外,同一成分的沉积岩,由于成岩时代的不同,经历的地质作用不同,造成岩石的孔隙度也不尽相同,则其密度也会有所差异,时代较老的沉积岩要比时代较新的同类岩石的密度大些。对于同一时代同类岩性的沉积岩来说,由于所受地质作用条件的不同,在不同部位,其密度也会有所不同[14-17]。
纯水合物的声波速度为3300m/s,密度为0 9g/c m3;而未固结的海底沉积物的声波速度一般在1800~1900m/s之间,不含水合物的沉积物间的孔隙一般会被水填充,水的密度要比水合物的密度大得多,这就决定了含水合物地层的高声波速度低密度特征,声波速度和密度的大小与地层的孔隙度和水合物的饱和度有关。在神狐海域,钻探结果表明,水合物分布于海底以下未固结的沉积物中,地层岩性主要为粉砂质泥,而且水合物的饱和度较高,导致了研究区含水合物地层的高声波速度低密度特征会更加明显[18-21]。
由于海底的地质结构复杂,海底地层存在许多不确定的因素,含水合物地层中的声波速度和密度并不是一一对应关系。如图4中的饱和度曲线所示,神狐海域S H B站位含水合物地层主要在海底190~220m,高水合物饱和度段超过15%主要集中在197~220m段,饱和度值在15%~47%之间,平均为29%。而在图4的地层孔隙度曲线中,曲线形态与声波速度曲线有比较明显的反比例关系,孔隙度在195~220m存在一低值段,孔隙度值在33%~41%之间,平均为36%,比上下地层的孔隙度低30%左右,表明该段地层的孔隙中充填了水合物,从而使孔隙度降低。对比声波速度和密度曲线可以看到,声波速度值从海底190m开始增大,一直到海底220m结束,有30m 的高值段,与现场测试的饱和度数据相吻合。而图4的密度曲线是从海底197m开始降低,一直到海底212m结束,有15m的低值段,对应声波速度曲线高值段中最高的15m段,所对应的饱和度分布是超过20%的高饱和度值段,对应的地层孔隙度即为小于40%的低值段。
在图4的声波速度曲线中,海底190~200m 的水合物上覆地层的速度平均值为1903m/s,海底197~212m最高值段速度平均值为2076m/s,而海底220~230m水合物下伏地层的速度平均值为1892m/s。而在地层密度曲线中,与声波速度曲线最高值段相对应的只有海底200~212m的明显低值段,与声波速度曲线相比低密度值的地层厚度明显变薄;对比水合物饱和度曲线即可以看到地层低密度值段相对集中在饱和度大于20%的高饱和度地层段,该段平均密度值为1 89g/c m3,而海底190~200m段的地层平均密度值为1 98 g/c m3,海底220~230m段的平均密度值为2 03 g/c m3。从水合物上覆地层到最高值段的声波速度值增加了9 1%,而相对应的地层密度值则减少了4 55%,其变化幅度只是声波速度变化的一半;从水合物最高值段到下伏地层的声波速度值减少了8 86%,而相对应的地层密度值则增加了7 41%,其变化幅度与声波速度的变化相接近。
图5是DSDP84航次570号钻孔含天然气水合物层段的测井曲线。DSDP570号钻孔位于北纬13?17 12%,西经91?23 57%,钻孔深2120m。在取心时发现了长1 05m的块状天然气水合物。测井结果表明,块状天然气水合物的厚度为3~4m,其测井响应特征为:高声波速度、低密度、高中子孔隙度和低自然伽马值。在图5的声波速度曲线中,大部分岩层的声波速度介于1500~2000 m/s之间,在1958 5~1973 5m段,声波速度增至3600m/s,这反映了天然气水合物的存在,并且在1964 5~1969 4m段出现了一个3600m/s 的高值平台,这表明该区间存在约4m厚的块状天然气水合物层。在1967 4~1968 0m段声波速度降低了300m/s,可能是块状天然气水合物出现轻微溶化或其中含有部分杂质所致。3600m/s 的声波速度非常接近3730m/s纯甲烷水合物的声波速度值,这表明一旦天然气水合物形成,声波速度将达到一个特定的数值,随着天然气水合物的进一步形成,其声波速度变化很小或基本上不发生变化。在图5的密度曲线中,该层段的平均密度值约为1 75g/c m3。与声波速度曲线类似,在1958 5~1973 5m段,密度值开始减小,到1966 2~1970 2m段,密度值急剧减小至1 04 g/c m3。密度值的减小,显示了块状天然气水合物的存在。图5的孔隙度曲线中,钻孔的平均中子孔隙度为50%~60%,在1966~1970m段,平均孔隙度从55%增加到70%,对应着前面所述的块状天然气水合物层。孔隙度的增加是由于来自甲烷的碳和氢的增加,同时伴随着密度的减小。
511
第3期梁 劲等:南海神狐海域含水合物地层测井响应特征
图4 S H B 站位含水合物层的速度、密度、孔隙度和水合物饱和度图
F i g 4 T he veloc ity ,dens it y ,
porosity and saturati on curves i n sed i m ents w ith gas hydrate o f site S H
B
图5 DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井曲线[23]
F i g 5 T he we ll l ogg i ng curves in sedi m en ts w ith gas hydrate o f site 570,DSDP L eg 84[23]
自然伽马测井主要是用来深度对齐,区分沉积岩
中的砂岩和泥岩,指示钻孔的岩性变化。在图5的自然伽马曲线中,自然伽马值在1965~1970m 段显著减小,与块状天然气水合物带相对应,这是因为天然气水合物带主要形成于由于大地构造
运动而引起体积增加的断层、裂缝带中的孔隙空间中,在天然气水合物形成期间,放射性元素不
能够沉淀的缘故[22-23]
。
512现 代 地 质2010年
5 结果讨论
从图4的曲线中可以判断,S H B站位虽然不含游离气或者只含极少量游离气,也就是说海底沉积层中气体对声波速度与地层密度的关系影响较小,所以研究区含水合物地层有着明显的高速低密特征。但由于海底沉积层的地质因素相当复杂,不可避免地存在一定的不可预知的影响因素,声波速度与地层密度总体趋势上有较好的对应关系,但并不严整。首先是在含水合物地层内,比较明显的声波速度高值段大约有23m厚,而比较明显的密度低值段只有12m厚,差别较大。第二是声波速度高值段主要分布在水合物饱和度大于15%的范围内,其曲线形态与孔隙度曲线有较好的对应关系,而密度低值段只分布在水合物饱和度大于20%的范围内,其曲线形态与孔隙度曲线没有严格的对应关系。第三是从水合物上覆地层到最高值段的声波速度值增加了9 1%,而相对应的地层密度值只减少了4 55%,其变化幅度只是声波速度变化的一半;从水合物最高值段到下伏地层的声波速度值减少了8 86%,而相对应的地层密度值增加了7 41%,其变化幅度与声波速度变化相接近。
利用现场测试的含水合物层水合物饱和度数据以及孔隙度值来对比分析,可以验证水合物饱和度和孔隙度对声波速度和地层密度关系的影响程度。受海底复杂地质因素的影响,含水合物层的密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,而是在一定的声波速度范围内有限制地变化。水合物饱和度对密度的影响较大,大于20%的水合物饱和度范围存在明显的密度低值区,小于20%水合物饱和度范围则不存在密度随饱和度的变化而变化;但孔隙度值的变化对含水合物地层密度的影响不明显,主要是因为沉积层的孔隙度值升高和降低都有可能造成地层密度降低,从而加大孔隙度和地层密度关系的复杂性。声波速度则受水合物饱和度和孔隙度的共同影响,在含水合物地层内声波速度随水合物饱和度的增大而增大,并与孔隙度的变化也存在密切的关系,基本上与孔隙度呈反比例关系。另外,从水合物上覆地层到最高值段的声波速度值增加了9 1%,而相对应的地层密度值只减少了4 55%,其变化幅度只是声波速度变化的一半,也说明了影响声波速度和地层密度的不仅仅是水合物矿体,地层其他岩性、地层孔隙度和地层压实作用等海底复杂地质因素的也有一定的影响。
对比神狐海域和DSDP84航次570号钻孔的测井曲线可知,含水合物层的曲线都表现出高声波速度低密度特征,而且水合物饱和度相当高,神狐海域的水合物饱和度达到48%,DSDP84航次570号钻孔的样品为块状水合物,接近纯甲烷水合物。但在孔隙度曲线中,神狐S H B站位的水合物层孔隙度是随饱和度的增加而降低,而DSDP 84航次570号钻孔的孔隙度是随饱和度的增加而增加;这是因为在神狐海域,水合物是作为固体骨架来计算孔隙度,相对于充填了水合物之后的地层孔隙度,而DSDP84航次570号钻孔的孔隙度是把水合物作为孔隙填充物来测量,相当于剔除水合物后的地层孔隙度,两种孔隙度的定义不一样,但性质是一样的,都可以归结为地层中充填了水合物之后所引起的增加或减少。
6 结 论
通过对神狐海域S H B站位的声波速度、地层密度、孔隙度以及现场测试的饱和度数据对比分析,总结出神狐海域含水合物地层声波速度和密度的对应关系及变化规律,并得出以下认识:
(1)S H B站位含水合物地层存在着明显的高声波速度低密度特征,声波速度和密度值受地层岩性、地层孔隙度、水合物饱和度和地层压实作用等海底复杂地质因素的影响,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,但总体趋势上随声波速度的升高而降低。
(2)S H B站位含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220m段,饱和度值在15%~47%之间,低密度值集中在200~212m段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;低密度地层比高声波速度值地层薄50%左右。
(3)S H B站位含水合物地层声波速度平均值为2076m/s,其上覆和下伏地层的声波速度平均值为1903m/s和1892m/s,所对应的地层密度值分别为1 89g/c m3、1 98g/c m3和2 03g/c m3;声波速度受饱和度和孔隙度的共同影响,而地层密度受水合物饱和度影响较大。
(4)从水合物声波速度最高值段到水合物下伏地层,声波速度值减少了8 86%,而相对应的地层密度值增加了7 41%,其变化幅度与声波速度的变化相接近。
513
第3期梁 劲等:南海神狐海域含水合物地层测井响应特征
(5)神狐海域含水合物地层的高声波速度、低密度、高电阻率和低孔隙度测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物的存在,并可以进一步计算水合物的饱和度,结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。
参考文献:
[1] 吴能友,张海啟,杨胜雄,等.南海神狐海域天然气水合物
成藏系统初探[J].天然气工业,2007,27(9):1-6. [2] 王宏斌,梁劲,龚跃华,等.基于天然气水合物地震数据计
算南海北部陆坡海底热流[J].现代地质,2005,19(1):
67-73.
[3] 沙志彬,王宏斌,杨木壮,等.天然气水合物成矿带的识别
技术[J].现代地质,2008,22(3):447-451.
[4] 梁劲,王宏斌,郭依群.南海北部陆坡天然气水合物的地震
速度研究[J].现代地质,2006,20(1):123-129.
[5] 梁劲,王宏斌,沙志彬.剩余层速度分析在南海天然气水合
物解释中的指示意义[J].南海地质研究,2008,20(1):
68-77.
[6] 陆敬安,杨胜雄,吴能友,等.南海神狐海域天然气水合物
地球物理测井评价[J].现代地质,2008,22(3):447
-451.
[7] 陆敬安,梁金强.分散型天然气水合物对储层的物性影响特
征分析[J].南海地质研究,2008,20(1):54-57.
[8] 何晓霞,王胜杰,刘芙蓉.一种精确计算天然气水合物密度
的方法[J].天然气工业,2004,24(10):30-31.
[9] 梁劲,王明君,王宏斌,等.南海神狐海域天然气水合物声
波测井速度与饱和度关系分析[J].现代地质,2009,23
(2):217-223.
[10] E cker C,Dvork i n J,Nu r A,Sedi m en ts w it h gas hydrates:In
t ernal struct u re fro m sei s m ic AVO[J].G eophysics,1998,63
(5):1659-1669.
[11] 张聿文,刘学伟,金玉洁.含天然气水合物地层的速度和衰
减研究[J].石油地球物理勘探,2004,39(2):205-214.
[12] Dvorkin J,Nur A,Y i n H.E ffective properti es of ce m ented gran
u l ar m ateri al[J].M echan i cs of M at eri als,1994,18:351 -366.
[13] 刘学伟,李敏峰,张聿文,等.天然气水合物地震响应研究
中国南海H D152测线应用实例[J].现代地质,2005,
19(1):33-38.
[14] 宋海斌.天然气水合物的地球物理研究[M].北京:海洋
出版社,2003:1-171.
[15] 张光学,黄永样,陈邦彦.海域天然气水合物地震学[M].
北京:海洋出版社,2003:1-254.
[16] 梁劲,王宏斌,赵志超.射线追踪法在南海天然气水合物
速度分析中的应用[J].物探化探计算技术,2007,29
(6):486-491.
[17] 王秀娟,吴时国,刘学伟.天然气水合物和游离气估算的
影响因素[J].地球物理学报,2006,49(2):505-511. [18] 梁劲,王宏斌,梁金强.Jason反演技术在天然气水合物速
度分析中的应用[J].南海地质研究,2006,18(1):114 -120.
[19] 李正文,赵志超.地震勘探资料解释[M].北京:地质出
版社,1988:1-100.
[20] 甘华阳,王家生,陈建文,等.海底天然气水合物的饱和
度预测技术[J].海相油气地质,2004,9(1):111-115.
[21] 王祝文,李舟波,刘菁华.天然气水合物的测井识别和评
价[J].海洋地质和第四纪地质,2003,23(2):97-102.
[22] 王祝文,李舟波,刘菁华.天然气水合物的测井响应特征
[J].物探与化探,2003,27(1):13-17.
[23] M athe w s M.Loggi ng characteri sti cs ofm ethane hydrate[J].The
Log Analyst,1986,27(3):26-63.
514现 代 地 质2010年