盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术属于天然气水合物勘探技术领域，公开了一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法及系统，分析地温梯度、盐和沉积物不同的热导率以及盐底劈构造带的盐度高异常对水合物稳定底界(地震资料上表现为BSR)的影响，并将其反映在水合物相平衡条件中对BSR进行数值模拟；系统包括BSR特征选择模块、双程走时确定模块、天然气水合物的相平衡稳定曲线选择模块、BSR发育深度处的压力值确定模块、BSR的深度值计算模块、地震剖面上海底各点的温度值确定模块、地震剖面的温度场分布计算模块、水合物稳定底界移向模块、对比分析模块。本发明专利技术可用于任何边界明显的盐底劈构造带来预测其水合物稳定底界的位置。

Two dimensional numerical simulation method and system for stabilizing bottom boundary of hydrate in salt bottom cleavage zone

The invention belongs to the field of natural gas hydrate exploration technology, and discloses a two-dimensional numerical simulation method and system for hydrate stable bottom boundaries in salt bed cleavage structural belts, which analyzes geothermal gradients, different thermal conductivities of salt and sediments, and high salinity anomalies in salt bed cleavage structural belts for hydrate stable bottom boundaries (BSR in seismic data). The system includes BSR feature selection module, two-way travel time determination module, gas hydrate phase equilibrium stability curve selection module, pressure determination module at BSR development depth, BSR depth calculation module, seismic profile Shanghai bottom. Temperature value determination module of each point, temperature field distribution calculation module of seismic section, hydrate stable bottom boundary movement module, comparative analysis module. The invention can be used for predicting the position of hydrate stable bottom boundaries in any salt bottom cleavage structure with obvious boundary.

【技术实现步骤摘要】
盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法及系统
本专利技术属于天然气水合物勘探
，尤其涉及一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法及系统。具体地说，涉及一种利用地震解释和数值模拟方法，来描述和预测盐底劈构造带水合物稳定底界的方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：海域天然气水合物稳定区的底界(BHSZ：BaseofGashydratestabilityzone)在地震资料上一般表现为似海底反射层(Bottomsimulatingreflection:BSR)，代表了含水合物地层与底部含游离气地层之间的相界面，是天然气水合物重要的地震反射标志。一般认为海底到BHSZ之间的区域为水合物稳定区(GHSZ:Gashydratestabilityzone)。由于天然气水合物稳定性较差，主要受温度、压力、盐度和气体组分等因素影响，因此水合物稳定底界BHSZ常受沉积和构造作用、海底热流等事件的影响而发生垂向迁移，在地震资料上表现为BSR向上或向下迁移。对水合物相平衡曲线的分析表明，地温梯度、海底的水深和温度、气体组分和孔隙水盐度都会对BSR深度造成影响，但其中地温梯度和海底温度对其影响最大。综上所述，现有技术存在的问题是：目前，对盐底劈构造带水合物稳定底界BSR的分析通常是定性的，认为BSR受盐底劈构造带热流的影响而发生向上迁移，即BSR变浅。另外，孔隙水盐度的增大会抑制水合物的形成，从而使水合物相平衡曲线向左迁移，也会造成BSR的向上迁移。目前针对盐底辟构造的热效应分析也有一定进展，很多学者对盐底劈构造带的地温场进行了定量表征。由于盐的导热率较高，为普通沉积岩的2-3倍，因此盐底劈构造带会影响地温场，造成盐上地层的高温异常和盐下地层的低温异常。解决上述技术问题的难度和意义：本专利技术针对盐底劈构造带水合物稳定底界BSR缺少定量深入分析的现状，将盐底辟构造带具体的、量化的热效应和盐度效应体现到对BSR的数值模拟中去，充分考虑盐岩和普通沉积物的导热率差别，以及盐底劈构造带的盐度异常对水合物稳定条件的影响，利用数值模拟软件MATLAB来实现对不同控制条件下BSR位置的模拟。盐底辟构造在海洋环境较为常见，本专利技术提供了一种定量分析盐底辟构造带的热效应和盐度效应对水合物稳定底界的影响，为分析其他盐底辟构造地区的水合物稳定底界的发育位置、水合物稳定底界的主要控制因素等提供了依据，为将来盐底辟构造带水合物藏的开发和环境影响评价等工作打下基础。
技术实现思路
针对现有技术及存在的问题，本专利技术提供了一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法及系统。本专利技术针对盐底劈构造带的天然气水合物稳定底界的分布位置，提供一种二维数值模拟方法，来预测盐底劈构造带的水合物稳定底界；通过和观测的BSR进行拟合，从而认识盐底劈构造的热效应和盐度效应对水合物稳定底界的影响。本专利技术是这样实现的，一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法，包括以下步骤：步骤①：在盐底劈构造带，选择水合物发育且地震资料上BSR特征明显的地震剖面；步骤②：确定地震剖面上海底界面的双程走时Tsb、观测BSR的双程走时Tbsr和盐底劈构造带顶部边界的双程走时Tsalt；步骤③：根据分析区的气体组分信息，选择合适的水合物相平衡曲线。本专利技术选择Moridis(2003)的纯甲烷水合物的相平衡稳定曲线，相平衡公式如下：In(P)＝a+bT+cT2+dT3+fT4+gT5(1)式中，P和T分别为甲烷水合物的稳定压力条件和稳定温度条件，a、b、c、d、f、g为经验常数，分别为a＝-1.94138504464560×105,b＝3.31018213397926×103,c＝-2.25540264493806×101,d＝7.67559117787059×10-2,f＝-1.30465829788791×10-4,g＝8.8606531668757×10-8；步骤④：由于水合物稳定底界的深度较浅，故假设地震剖面上BSR发育深度处的压力值为静水压力，压力可通过以下公式求取：Pbsr＝ρswgHbsr(2)式中，ρsw为海水密度，为1028kg/m3，g是重力加速度，为9.81m/s2，Hbsr是BSR的深度值；步骤⑤：BSR的深度值可通过下面公式求得：Hbsr＝Vsw×Tbsr/2(3)式中，Vsw为海水速度，为1500m/s；Tbsr为BSR位置的双程走时，单位是s，可通过地震剖面读取；步骤⑥：通过WorldOceanDatabase等数据库查询，确定地震剖面上海底各点的温度值Tsb；步骤⑦：通过二维稳态热传导方程，计算地震剖面的温度场分布：式中，T为温度(℃)，x为横向距离(km)，z为垂向距离(km)，kx为横向导热率(Wm-1K-1)，kz为垂向导热率(Wm-1K-1)。一般认为沉积物各向同性且均质性较强，因此kx＝kz，但沉积物和盐的热导率差别较大，分别设置为2.5Wm-1K-1和5.9Wm-1K-1。步骤⑧：盐底劈构造带的盐度异常会抑制水合物的形成，将水合物稳定底界移向较低的温度条件，如下：式中，m为盐度对水合物稳定条件的影响参数，计算公式如下：式中，Sw为盐度值；步骤⑨：通过设置不同的地温梯度，可利用公式(1)(2)(5)来模拟对应的BSR深度，将模拟的BSR位置与地震剖面上的观测BSR进行对比，拟合程度较高的代表了较符合实际的地温梯度条件。进一步，步骤①选择盐底劈构造带BSR特征明显的地震剖面是为了验证该模拟方法的可靠性，模拟BSR与观测BSR拟合程度好则说明设定的地温梯度、盐度和热导率等参数条件合理，可用于其他BSR特征不明显的盐底劈构造带的BSR深度预测。进一步，步骤②确定海底、观测BSR和盐底劈构造带顶部边界双程走时，分别是为了在MATLAB软件中模拟时可以设定边界、绘制出观测BSR的位置以及在进行二维稳态热传导公式计算时针对盐底劈构造的分布设定不同于周围沉积物的热导率。进一步，步骤⑦中的二维稳态热传导方程的上部边界条件是将海底温度设定为海水在海底深度处的温度值，下部边界是通过将地温梯度在在海平面以下5km的位置设置为均值，即区域地温梯度值，可通过设定不同的地温梯度值得到不同条件下的模拟BSR位置。进一步，步骤⑧考虑到了盐底劈构造带的盐度高异常会抑制水合物的形成，造成水合物稳定条件向较低的温度偏移，本方法未将盐度设置为较高的35‰。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法的计算机程序。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法的信息数据处理终端。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法。本专利技术的另一目的在于提供一种所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法的盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟系统，其特征在于，所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟系统包括：BSR特征选择模块，用于在水合物发育的盐底劈构造带，选择BSR特征明显的地震剖面；双程走时确定模块，用于确定地震剖面上海底界面的双程走时Tsb、观测BSR的双程走时Tbsr和盐底劈构造带顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法，其特征在于，所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法包括：综合分析地温梯度、盐和沉积物不同的热导率以及盐底劈构造带的盐度高异常对水合物稳定底界的影响，通过选取合适的水合物相平衡公式，对BSR进行数值模拟；通过设定不同的地温梯度、热导率、盐度参数值模拟不同参数条件下的BSR位置；再将模拟BSR位置与观察到的BSR位置进行拟合程度的比较。

【技术特征摘要】
1.一种盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法，其特征在于，所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法包括：综合分析地温梯度、盐和沉积物不同的热导率以及盐底劈构造带的盐度高异常对水合物稳定底界的影响，通过选取合适的水合物相平衡公式，对BSR进行数值模拟；通过设定不同的地温梯度、热导率、盐度参数值模拟不同参数条件下的BSR位置；再将模拟BSR位置与观察到的BSR位置进行拟合程度的比较。2.如权利要求1所述的盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法，其特征在于，所述盐底劈构造带水合物稳定底界的二维数值模拟方法具体包括：步骤一：在盐底劈构造带，选择水合物发育且地震资料上BSR特征明显的地震剖面；步骤二：确定地震剖面上海底界面的双程走时Tsb、观测BSR的双程走时Tbsr和盐底劈构造带顶部边界的双程走时Tsalt；步骤三：根据分析区天然气水合物的气体组分信息，选择合适的水合物相平衡曲线。如纯甲烷水合物的相平衡公式如下：In(P)＝a+bT+cT2+dT3+fT4+gT5式中，P和T分别为甲烷水合物的稳定压力条件和稳定温度条件，a、b、c、d、f、g为经验常数，分别为a＝-1.94138504464560×105,b＝3.31018213397926×103,c＝-2.25540264493806×101,d＝7.67559117787059×10-2,f＝-1.30465829788791×10-4,g＝8.8606531668757×10-8；步骤四：地震剖面上BSR发育深度处的压力值为静水压力，压力通过以下公式求取：Pbsr＝ρswgHbsr式中，ρsw为海水密度，为1028kg/m3，g是重力加速度，为9.81m/s2，Hbsr是BSR的深度值；步骤五：BSR的深度值通过下面公式求得：Hbsr＝Vsw×Tbsr/2式中，Vsw为海水速度，为1500m/s；Tbsr为BSR位置的双程走时，单位是s，通过地震剖面读取；步骤六：通过数据库查询，确定地震剖面上海底各点的温度值Tsb；步骤七：通过二维稳态热传导方程，计算地震剖面的温度场分布：式中，T为温度℃，x为横向距离km，z为垂向距离km，kx为横向导热率Wm-1K-1，kz为垂向导热率Wm-1K-1；一般认为沉积物各向同性且均质性较强，因此kx＝kz，但沉积物和盐的热导率差别较大，分别设置为2.5Wm-1K-1和5.9Wm-1K-1；步骤八：将水合物稳定底界移向低的温度条件，式中，m为盐度对水合物稳定条件的影响参数，计算公式如下：式中，Sw为盐度值；步骤九：通过设置不同的地温梯度，模拟对应的BSR深度，将模拟的BSR位置与地震剖面上的观测BSR进行对比。3.一种实现权利要求1～2任意一项所述盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金秀，卢双舫，王民，薛海涛，肖佃师，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37