【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种为研究过去大范围甲烷水合物发生分解而提供有效计算工具的判断稳定带底界面位置的新方法，属于海洋地质领域。
技术介绍
1、目前地球中存在的天然气水合物（以下简称为水合物），主要是烃类分子（通常是甲烷）和水分子在低温高压下形成的似冰状笼形化合物，其广泛地存在于陆架边缘的海洋环境中。由于外界物理条件的改变容易造成水合物失去稳定性，且会释放出来大量的甲烷气体，进入到海水中的甲烷会造成海洋缺氧和酸化。如果大量甲烷进入到大气当中，还会加剧全球温室效应。考虑到水合物的亚稳定性和巨大存量，普遍认为过去地质历史中水合物在改变全球气候变化的过程中扮演了重要的角色，故而长期受到世界各国政府和学术团体的关注。
2、现有技术研究是否有区域性大规模水合物发生分解和甲烷泄漏，主要是依靠判断自然界中水合物稳定带底界面深度随着时间的变化过程。天然气水合物稳定带（gashydrate stability zone，简称ghsz）是满足水合物形成和发育的物理条件的空间，其底界面（base of gas hydrate stability zone，简称bghsz）可由水合物相平衡曲线和实际温度曲线在温度—深度图版中交汇而确定（如后附图1所示）。即在二维剖面中体现为一条海底下方数十米至数百米的曲线，在深水地区该底界面与海底基本平行，在浅海部分逐渐变浅直至与海底相交。水合物稳定带底界面代表着流体相态的分界，其上方是水合物+水+甲烷，其下方是水+甲烷，由此产生的波阻抗差异可被声学地震剖面捕捉到从而表征为一条高亮反射层，即水合物似海底反射层（bs
3、目前通过水合物稳定带底界面位置深度变化来判断过去是否有大范围甲烷水合物发生分解情况，主要有以下两种方法：
4、一是，依靠声学地震剖面中发育的残余似bsr特征去反推位置，该特征通常出现在现今bsr的上方或下方，是底界面曾经发育的地质记录，直接指示了过去水合物稳定带底界面的位置。但是此种方式，声学地震剖面中发育的残余似bsr特征存在的情况极为稀少，自然界中现今bsr上下方仅有不到2%的情况能够观察到该特征，多个bsr现象同时出现需要满足苛刻的地质条件才能发育，极少的发育数量远不足以满足研究的需要。特别是浅海区稳定带接近海底的部分，全球研究表明尚未在此处观察到该特征，而此处稳定带深度变化和水合物分解频繁，是重点研究区域。此外，即使观察到该现象，由于缺乏测年分析手段，导致无法确定该底界面对应的过去时间。
5、二是，使用数值模拟方法结合外界物理条件参数计算该底界面位置，该类方法通常由两种途径实现，分别是使用tough+hydrate计算机软件和稳态温度相平衡匹配计算；其中，前者是由美国加州伯克利实验室开发，使用有限元分析建模思路；后者是假设给定时刻模型热传导为零（δh=0），计算海底下方沉积物节点温度，之后转化为水合物平衡临界压力后确定该底界面位置深度随时间变化规律。一方面，tough+hydrate软件可以计算底界面深度随时间变化规律，但该软件模式对象主要为短时间维度内（小于数年）地质储层尺寸（数百米），在计算自然界中大范围真实情况，通常需要考虑长时间维度（数百至数万年）和大空间尺度（数十至数百公里），导致使用该软件的算力和时间过高（超级计算机上运行十天以上），且研究中会调整输入参数多次模拟，从而进一步加剧这一问题。而且软件设置参数复杂，次要参数无法准确约束时常会导致程序运行中止。另一方面，使用稳态温度相平衡计算是之前研究中具有一定可行性的方法，该方法由于假设了稳态，即忽略了热量传导过程，导致水合物稳定带底界面深度模拟结果可能出现不连续，无法反映该界面在自然中真实的迁移过程，有时甚至会得出和实际情况相反的结果（如后附图2所示），这是因为海平面变化带来的压力影响是瞬时的，而热量传递带来的温度影响是有时间滞后的。因此，此类方法的研究结果并不全面且准确性并不高。
6、有鉴于此，特提出本专利申请。
技术实现思路
1、本专利技术所述过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，在于解决上述现有技术存在的问题而提出在二维数值模型中引入自然条件底层水温度与海平面变化参数，以期实现在二维剖面中具体时刻甲烷水合物稳定带底界面深度的准确求解，从而达到便于获得随时间连续变化规律与多个时刻的深度进行直观有效对比的设计目的。
2、为实现上述设计目的，所述过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法包括下述步骤：
3、步骤1、确定模型输入参数；
4、依据目标二维剖面情景，沿横向和纵向分别建立x轴和z轴，确定数值模型的总长度l和总高度h，获取当前海底x和z坐标位置；
5、步骤2、确定模拟起始时间；
6、确定需要模拟的起始时间t0、结束时间tend、以及需要计算的稳定带深度时刻，即t1、t2……tn；将需要模拟的地质时间转化成从零开始的顺时时间；
7、步骤3、获取底层水温度和相对海平面变化；
8、在模拟时间范围中确定海洋底层水温度和相对海平面变化数值；
9、步骤4、建立数值模型；
10、根据模型尺寸确定x轴和z轴方向上的节点数量；
11、采用二维热传导稳态方程建立数值模型，
12、，其中，t是沉积物温度，x和z分别是沉积物的长度和距离海底的深度，ρb是沉积物密度，cb是比热容，t是时间；kx和kz分别是沉积物在水平和垂直方向上的热导率；
13、步骤5、求解主控方程；
14、将主控方程进行离散化处理，在编程软件中完成主控方程求解，将步骤4中的数值模型设置边界条件；
15、步骤6、检测数值模型；
16、假设温度变化条件运行程序，例如海底温度随时间呈线性增加，检查海底下方沉积物多个具体节点温度随时间变化的曲线，以验证所述数值模型的可靠性；
17、步骤7、温度变化赋值并运行主控方程；
18、在确认数值模型可靠性的前提下，将底层水温度变化曲线按从t0至tend时间范围内、以秒为单位进行线性插值，方便微积分中迭代计算；
19、步骤8、获取所需时刻t1的温度矩阵t1；
20、在数值模型运行完成后，获取所需具体时刻t1所有模型节点的温度，形成与节点位置一一对应的温度矩阵t1，将t1中海水节点数据中z<zsb的部分删除，此时第一温度矩阵t1代表对应时刻t1海底下方沉积物节点的模拟温度；
21、步骤9、计算第一压力矩阵m1；
22、根据实验室内水合物相平衡方程，将沉积物节点温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：包括下述实施步
2.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤3，海域底层水温度变化数值是通过沉积物底栖有孔虫的氧同位素求得；相对海平面变化数值引用全球海平面变化曲线数据。
3.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤5，在MATLAB软件中使用ODE45函数进行微积分计算以完成主控方程求解。
4.根据权利要求1或2所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤5将步骤4中的数值模型设置下述边界条件，
5.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤6，假设的温度变化条件包括海底温度随时间呈线性增加。
6.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤9，相平衡方程采用下述多项式拟合公式，
7.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：包括下述实施步
2.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤3，海域底层水温度变化数值是通过沉积物底栖有孔虫的氧同位素求得；相对海平面变化数值引用全球海平面变化曲线数据。
3.根据权利要求1所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方法，其特征在于：所述的步骤5，在matlab软件中使用ode45函数进行微积分计算以完成主控方程求解。
4.根据权利要求1或2所述的过去甲烷水合物稳定带底界面位置的判断方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昂，吴能友，靳佳澎，徐翠玲，闫大伟，秦双双，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：
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