專利名稱：定位氣體水化物的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于定位氣體水化物沉積的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
氣體水化物是一類籠形(晶格狀)化合物，其中各個小分子，在室溫和大氣壓下通常為氣相，占據(jù)水分子固態(tài)晶體矩陣內(nèi)的一些位置。在天然氣水化物儲集層中，賓分子或是純甲烷，或是包含天然氣的化合物的混合物。為了形成氣體水化物沉積，需要有氣體源。天然氣的滲出物，一般包括甲烷，在世界各地很常見。天然氣水化物沉積在陸地和海洋環(huán)境中都可發(fā)現(xiàn)。陸地水化物聚集在北極區(qū)域的永凍層之中和下面。海洋氣體水化物可被發(fā)現(xiàn)陷入在至少大約500米(m)水深的海底下(subseafloor)沉淀物中。
氣體水化物在氣壓升高而溫度降低時形成。海下沉淀物中的氣體水化物穩(wěn)定帶可以在相對于水熱梯度(對于海下氣體水化物)、地熱梯度以及籠形相界的溫度對深度(氣壓)的分布圖上來描繪，如圖1所示。參閱圖1，圖中示出的相位圖表示，在海下環(huán)境中甲烷-水化物穩(wěn)定性的氣壓-溫度關(guān)系。在縱軸上，氣壓以表面下的深度(以米為單位)來代表(該轉(zhuǎn)換假定正常海洋和孔隙壓力梯度為10MPa/km)。在橫軸上是溫度，以攝氏度為單位。海底示為虛線100。地熱梯度示為線104，而水熱梯度示為線106。當在給定氣壓下的溫度低于該氣壓下的水化物轉(zhuǎn)變溫度時，水化物就可存在。線102示出作為溫度和氣壓函數(shù)的水化物-氣相邊界。對于這條線下面的溫度和氣壓條件，甲烷會以水化物形式存在。對于這條線上面的溫度和氣壓條件，甲烷會以氣相存在。水化物相界的位置主要是氣體成分的函數(shù)，但也可由孔隙流體成分(例如存在鹽類)、孔隙大小、以及可能沉淀物礦物學所控制。例如，在水中加氯化鈉可使線102向左偏移，而加二氧化碳、硫化氫和其它碳氫化合物可使線102向右偏移。
在固態(tài)地球的地熱梯度104與相位線102相交的等溫線之上，通常在海底下面數(shù)百米，水化物是穩(wěn)定的。這是氣體水化物穩(wěn)定帶108的基底。氣體水化物穩(wěn)定帶108的上邊界可以由水熱梯度106和水化物相界102的交叉點來確定。水熱和地熱梯度與所在地有關(guān)，且可隨地理位置和地殼構(gòu)造而顯著不同。由于天然氣水化物不如水致密，因此它們在氣體水化物穩(wěn)定帶的水域中未被發(fā)現(xiàn)。這是因為在水中形成的任何水化物都漂移到海面并分解了。但是，它們被有效地陷入海底下沉淀物中。
在北極區(qū)域中地表下的深度地段，與永凍層穩(wěn)定性范圍相重疊以及在其之下，水化物也是穩(wěn)定的。圖2示出了氣體-水化物相位圖，它定義陸地北極環(huán)境中的氣體水化物穩(wěn)定帶(GHSZ)。當溫度低于當?shù)貧鈮合職怏w水化物轉(zhuǎn)變溫度(即氣體和水化物形式之間的相界交叉的溫度)時，氣體水化物就存在。氣體-水化物相界示為線110，虛線112示出地熱梯度，而線114示出淡水-冰相界。在縱軸上，氣壓已轉(zhuǎn)換成地平面下的深度，假定正?？紫秹毫μ荻葹?00bar/km(10MPa/km)。陸地氣體水化物勘探計劃已在數(shù)個區(qū)域獲成功，如西伯利亞、加拿大北極地區(qū)、以及阿拉斯加北坡。
已有文獻記載了在大陸邊緣上和內(nèi)陸海域中發(fā)生一百多次氣體水化物，顯示出氣體水化物廣泛分布在深水海洋環(huán)境中。在大多數(shù)情況下，水化物沉積的位置和面積范圍是從存在有氣體水化物的特殊地震標志，稱為似海底反射層(BSR)，來估計的。在許多海洋地震圖像中都可見到BSR，其與海底平行地、并在海底下面數(shù)百米伸展，并且與氣體水化物穩(wěn)定帶的基底大致符合。對世界各地發(fā)現(xiàn)的似海底反射層的勘測顯示，存儲在海下氣體水化物中的有機碳的數(shù)量非常大。一個廣泛引用的估計預測，在氣體水化物中的有機碳可能是所有可回收和不可回收的常規(guī)礦物燃料源，包括天然氣、煤和石油中有機碳的兩倍。此外，海洋氣體水化物被認為主要在大陸坡上被發(fā)現(xiàn)，它們通常是在沿海國家的專屬經(jīng)濟區(qū)內(nèi)并靠近美國、日本、印度和其它地方的消費者。
但是，存儲在海洋沉積物中的氣體水化物的實際數(shù)量是極不確定的。雖然已有數(shù)次重大的鉆探活動(例如在南卡羅來納和俄勒岡的近海區(qū)域)，且在有限的深度區(qū)間已發(fā)現(xiàn)了少數(shù)幾個值得注意的濃度，但在已鉆探的大多數(shù)位置上在整個氣體水化物穩(wěn)定帶中氣體水化物一般都是稀薄的。
對氣體水化物的地震響應的另一特征是在氣體水化物穩(wěn)定帶內(nèi)的振幅消隱。“消隱“是指在地震圖像中具有低振幅反射的深度區(qū)間，例如，如圖3所示。參閱圖3，在海底100和似海底反射層118之間可以看見具有低振幅反射的區(qū)域116。在地震圖像中區(qū)域116的出現(xiàn)稱為振幅消隱。已提出了各種解釋來解釋消隱。獲得廣泛支持的一種解釋認為水化物，它增加了松散沉淀物的聲速度，最可能形成在高孔隙度(即低速度)地層中，因而降低了與鄰近地層的聲對比度。消隱還被解釋為在被認為隱匿水化物沉積的海洋環(huán)境中沉積地層學的破壞。另一解釋提出來自菲涅耳地帶內(nèi)垂直移位反射層的破壞性干涉降低了地震反射的振幅。第四種解釋將消隱歸因于存在有通過可連接到更深斷層的管道而向上遷移的液體和氣體。雖然這些解釋中的任何一種都看似合理，但要建立它們中任一個與勘探策略之間的聯(lián)系卻都證明很困難。
許多理論研究已說明了海底電磁勘測的原理。但這類工作的重點大部分是放在傳導率僅隨深度改變的一維地球模型上。電磁場研究已在溫哥華近海和俄勒岡近海進行，此處的地震和鉆探計劃以前已表明有氣體水化物的存在。但對所有水化物勘測的數(shù)據(jù)處理都假定是水平分層的地球，其中在每一水平層中電導率都是各向同性的。

發(fā)明內(nèi)容
日益明顯的是常規(guī)的地震和電磁水化物勘探計劃，其假定存在有水平的、橫向的廣泛水化物聚集，可能遺漏了在大陸坡上氣體水化物的顯著聚集。按照本發(fā)明的實施例，提出了一些方法和系統(tǒng)，它們包含了可至少部分基于特定水化物沉積聚集機制的勘探范例。似海底反射層未能作為大量水化物的可靠指示器，以及有時觀測到的與氣體水化物穩(wěn)定帶相符合的地震振幅消隱，都符合水化物可在垂直或接近垂直的巖脈中聚集的模型。其它機制不太可能產(chǎn)生大量的水化物聚集，這是由于有限的原地有機碳、一旦水化物形成就對游離氣體或溶解氣體的滲透率降低、以及水化物不能通過向高孔隙度貯藏巖遷移而集中的原因，如下所述。該勘探范例的實施例可將勘探策略擴展到專門依靠傳統(tǒng)指示器之外，并可結(jié)合地質(zhì)和地質(zhì)力學的論證。
按照一個實施例，要考慮以下因素，并且這些因素可增加發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟上值得注意的數(shù)量的氣體水化物的可能性1)適合的溫度和氣壓條件。具體地說，氣體水化物僅可在氣體水化物穩(wěn)定帶內(nèi)形成，如上所述。
2)豐富的氣體源。如下所述，只靠原地有機物質(zhì)的微生物破壞來供給的儲集層會生成足夠的甲烷以產(chǎn)生充實的水化物沉積是不大可能的。所以，更適合的是在存在有其它氣體源的區(qū)域中尋找水化物。
3)穿過氣體水化物穩(wěn)定帶的斷層或斷裂，或是原始的地殼構(gòu)造或是由來自下面氣體聚集的孔隙壓力而引起，都可與值得注意的水化物沉積相關(guān)聯(lián)。連續(xù)不斷或階段性的氣體流可產(chǎn)生一系列平行的水化物巖脈，如下所述。在構(gòu)建用于檢測和/或表征水化物沉積的系統(tǒng)或方法時可以考慮此幾何條件。
4)沉淀物類型也會影響發(fā)現(xiàn)水化物的可能性。具體地說，粗粒度孔隙沉淀物可能是水化物最合適的儲集層，因為它們適合于常規(guī)的石油和氣體沉積。
本發(fā)明的實施例考慮了這些因素，并構(gòu)建用于發(fā)現(xiàn)和量化水化物沉積的系統(tǒng)和方法，這些系統(tǒng)和方法比主要基于似海底反射層的傳統(tǒng)勘探計劃更精確和/或更可靠。
按照一個實施例，提供了一種檢測氣體水化物的方法，所述方法包含使用垂直地震剖面技術(shù)收集有關(guān)一個區(qū)域的地震數(shù)據(jù)、并至少部分基于該地震數(shù)據(jù)表征至少一個水化物巖脈巖層。在一個實例中，表征至少一個水化物巖脈巖層可包括，估計水化物巖脈的傾角和走向中的至少一項。在另一實例中，收集地震數(shù)據(jù)可包括將至少一個地震接收器設置在該區(qū)域內(nèi)的一個井中、在距井第一距離的第一位置處激活海底地震源以產(chǎn)生入射到至少一個水化物巖層的波、用至少一個接收器記錄從至少一個水化物巖脈巖層所反射的波能量、將海底地震源移動到距井第二距離的第二位置、并重復激活地震源和記錄所反射的波能量。在另一實例中，收集地震數(shù)據(jù)可包括將至少一個地震接收器設置在該區(qū)域內(nèi)的一個井中、在距井第一距離的第一位置處激活海底地震源以產(chǎn)生入射到至少一個水化物巖脈巖層的波、用至少一個接收器記錄從至少一個水化物巖脈巖層所反射的波能量、在井中垂直移動至少一個接收器，其移動量要足以實現(xiàn)預定的空間采樣分辨率、并重復激活地震源和記錄所反射的波能量。可在重復激活地震源和記錄所反射的波能量的步驟之前或之后移動接收器。此外，該方法還可收集有關(guān)區(qū)域的地質(zhì)信息，并至少部分基于該地質(zhì)信息確定該區(qū)域中有值得注意的水化物存在的可能性。收集地質(zhì)信息例如可包括以下任一項或所有項標識氣體水化物穩(wěn)定帶的位置、確定在氣體水化物穩(wěn)定帶下面存在有相當大的氣體源、以及確定存在至少一個斷層或斷裂從氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到氣體水化物穩(wěn)定帶中。
按照另一實施例，一種檢測氣體水化物的方法可包含使用電磁勘測技術(shù)收集有關(guān)一個區(qū)域的數(shù)據(jù)、并至少部分基于該數(shù)據(jù)表征至少一個水化物巖脈巖層。在一個實例中，收集數(shù)據(jù)可包括使用適合于檢測宏觀海底下電各向異性的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行該區(qū)域的電磁勘測。在另一實例中，在該地點執(zhí)行電磁勘測可包括使用包括有天線的交叉偶極-偶極陣列的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行該區(qū)域的電磁勘測。在另一實例中，收集數(shù)據(jù)可包括例如估計該區(qū)域中最大水平應力的方向、在該地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向平行于最大水平應力方向的第一方向拖曳以收集第一數(shù)據(jù)、在該地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向垂直于第一方向的第二方向拖曳以收集第二數(shù)據(jù)、并比較第一和第二數(shù)據(jù)以檢測在表面下的宏觀電各向異性的證據(jù)。此外，該方法還可包含收集有關(guān)該區(qū)域的地質(zhì)信息，并至少部分基于該地質(zhì)信息確定在該區(qū)域中有值得注意的水化物存在的可能性。收集地質(zhì)信息例如可包括以下任一項或所有項標識氣體水化物穩(wěn)定帶的位置、確定在氣體水化物穩(wěn)定帶下面存在相當大的氣體源、以及確定存在至少一個斷層或斷裂從氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到氣體水化物穩(wěn)定帶中。
用于檢測海洋氣體水化物的勘探方法的一個實施例可包括基于可能存在水化物巖脈的地質(zhì)指示選擇勘探地點、使用地震勘測技術(shù)和電磁勘測技術(shù)中的至少一個勘測該勘探地點以收集有關(guān)該勘測地點的數(shù)據(jù)、并基于說明可能存在水化物巖脈的地球模型來處理數(shù)據(jù)。選擇勘探地點例如可包括基于存在氣體水化物穩(wěn)定帶的地質(zhì)指示、位于氣體水化物穩(wěn)定帶下的氣體源、以及至少一個能將高流量氣體輸送到氣體水化物穩(wěn)定帶中的通道，來選擇勘探地點。在一個實例中，勘測勘探地點可包括使用變偏(walk-away)垂直地震剖面技術(shù)來勘測勘探地點。在另一實例中，勘測勘探地點可包括使用適合于檢測宏觀海底下電各向異性的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行勘探地點的電磁勘測。這種發(fā)射器和接收器可例如包括天線的交叉偶極-偶極陣列。備選的是，發(fā)射器和接收器系統(tǒng)可包括水平電偶極天線陣列，包括至少兩個發(fā)射器天線和至少兩個接收器天線；且其中天線布置成提供至少四對發(fā)射器-接收器，包括橫向電對和橫向磁對。在另一實例中，勘測勘探地點可包括激活最接近海底的地震源，該地震源適合于產(chǎn)生斯通利波和剪切波；且其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括分析沿海底折射的斯通利波和剪切波，以檢測方位角各向異性的證據(jù)。
按照另一實施例，一種檢測海洋氣體水化物沉積的方法可包含基于可能存在相當大量的氣體水化物而不是存在似海底反射層的地質(zhì)指示來選擇要勘測的地點，并對該地點執(zhí)行電磁勘測和地震勘測中的至少一項以獲得海底下水平傳導各向異性的證據(jù)。在一個實例中，該方法可包括確定該地點的應力張量，且執(zhí)行電磁勘測可包括基于應力張量，估計該地點表面下的最大水平應力的方向、在該地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向平行于最大水平應力方向的第一方向拖曳以收集第一數(shù)據(jù)、在該地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向垂直于第一方向的第二方向拖曳以收集第二數(shù)據(jù)、并比較第一和第二數(shù)據(jù)以檢測表面下的宏觀電各向異性的證據(jù)。在另一實例中，執(zhí)行地震勘測可包含使用變偏垂直地震剖面技術(shù)勘測地點。此外，選擇地點可包括基于存在海底下氣體水化物穩(wěn)定帶、以及存在斷層和斷裂中的至少一個從氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到氣體水化物穩(wěn)定帶中來選擇地點。
另一實施例針對一種適合于在海洋環(huán)境中檢測氣體水化物巖脈的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包含配置成從勘探地點收集數(shù)據(jù)的勘測設備，以及配置成按照說明存在有氣體水化物巖脈的地球模型來分析來自勘探地點的數(shù)據(jù)的處理器。在一個實例中，勘測設備可包含配置成檢測海底下水平傳導各向異性證據(jù)的電磁勘測系統(tǒng)，例如發(fā)射器和接收器天線的交叉偶極陣列。在另一實例中，勘測設備可包含地震勘測系統(tǒng)，地震勘測系統(tǒng)包括最接近于海底的地震源以及至少一個地震接收器，且其中該數(shù)據(jù)是地震反射數(shù)據(jù)。例如，至少一個地震接收器可位于在勘探地點內(nèi)所設置的鉆孔中，且地震勘測系統(tǒng)可配置成執(zhí)行變偏垂直地震剖面勘測。在另一實例中，地球模型可說明存在有一系列平行氣體水化物巖脈，且其中該地震勘測系統(tǒng)配置成工作在為實現(xiàn)足夠分辨率所選擇的頻率下，以檢測在該系列平行水化物巖脈中各個水化物巖脈的寬度和在該系列平行水化物巖脈中各個水化物巖脈之間的間距中的至少一項。


以下參閱附圖對本發(fā)明的各種實施例和方面作詳細說明。應理解附圖不是按比例畫出的。在附圖中，示于各個圖中的相同或幾乎相同的組件用相同的數(shù)字來代表。為清晰起見，在每個圖中沒有標注每個組件。附圖包括圖1為相位圖，示出在海下環(huán)境中甲烷-水化物穩(wěn)定性的氣壓-溫度關(guān)系；圖2為氣體-水化物相位圖，定義在陸地北極環(huán)境中的氣體水化物穩(wěn)定帶；圖3為地震圖像，示出振幅消隱的發(fā)生和似海底反射層；圖4為按照本發(fā)明各方面的一種類型的海洋氣體水化物沉積的結(jié)構(gòu)實例圖；圖5為按照本發(fā)明一個實施例用聲波檢測氣體水化物巖脈的反射幾何學實例圖；圖6示出按照本發(fā)明各方面平行水化物巖脈引起的波導效應圖；圖7示出按照本發(fā)明各方面對聲波起波導作用的人字形水化物巖脈的實例圖；圖8示出按照本發(fā)明一個實施例用于成像水化物巖脈的獲取幾何學圖；圖9A為來自可用于本發(fā)明實施例中的一個源實例的頻譜；圖9B為來自與圖9A中同一源的另一頻譜；圖10是包括一個發(fā)射器和一個或多個共線接收器的常規(guī)海洋電磁勘測的方法圖；圖11A示出按照本發(fā)明的實施例在發(fā)射器天線和接收器天線之間方位角關(guān)系的實例圖；圖11B示出按照本發(fā)明的實施例在發(fā)射器天線和接收器天線之間徑向關(guān)系的實例圖；
圖11C示出按照本發(fā)明的實施例在發(fā)射器天線和接收器天線之間平行關(guān)系的實例圖；圖11D示出按照本發(fā)明的實施例在發(fā)射器天線和接收器天線之間垂直關(guān)系的實例圖；以及圖12為按照本發(fā)明另一實施例的電磁勘測系統(tǒng)的一個實例圖。
具體實施例方式
研究顯示出陷入在近海表面下氣體水化物中的碳氫化合物氣體總量可能非常巨大。如果確實如此，那么這對于尋求礦物燃料資源和對于全球氣候變化都有重大意義。此外，已顯示出氣體水化物是對海底不穩(wěn)定性起作用的一個動因，所以它們的定位和量化都很重要。預期在大陸坡上氣體水化物很豐富，并且對于非常大的近海氣體水化物沉積已有廣泛的地震證據(jù)。所以，在有希望區(qū)域的鉆探活動僅發(fā)現(xiàn)非常少的氣體水化物確實令人驚奇。海洋氣體水化物勘探計劃直至今日令人失望的結(jié)果顯示出或是大陸坡上的氣體水化物遠比所預期的要少，或是常規(guī)的勘探范例不夠有效。
按照常規(guī)，海洋氣體水化物的勘探前景由地震勘測所定義，似海底反射層(BSR)被認為在理論上是有水化物存在的最可靠指示。但實際上，BSR常常似乎是水化物出現(xiàn)的不良預測元素。例如，在南卡羅來納近海布萊克海嶺上的一個鉆探地點，在鉆探到強BSR的井中只發(fā)現(xiàn)極少的水化物，而在沒有BSR的一個地方鉆探的井中卻發(fā)現(xiàn)有水化物。而且，雖然BSR通常被認為是在氣體水化物穩(wěn)定帶的基底處、由陷入在因水化物聚集而相對不能滲透呈現(xiàn)的沉淀物下的游離氣體聚集而引起的，但在BSR常不能發(fā)現(xiàn)游離氣體，至少不是電纜測井工具可檢測的量。在解讀BSR的意義時，有兩個原則應牢記在心。首先，可能只需要非常少的氣體就可產(chǎn)生強地震反射層，其次，看起來是連續(xù)的反射層并不意味著是連續(xù)的氣體飽和介質(zhì)。高分辨率處理已揭示，在低分辨率看來是連續(xù)的強BSR實際上可由不連續(xù)的小氣窩產(chǎn)生。這些因素可能對BSR作為有氣體水化物存在的指示器的明顯不精確起了作用。
當前的勘探計劃可能遺漏了在大陸坡上氣體水化物的值得注意的聚集。按照本發(fā)明的各方面和實施例，提供了一種基于水化物沉積聚集模型的水化物勘探范例，它包括用于檢測水化物沉積的電磁和/或地震技術(shù)。按照該模型的實施例，至少在一些儲集層中，氣體水化物可聚集在垂直或接近垂直的巖脈陣列中。應理解，在本文中使用的術(shù)語“巖脈”定義為侵入先前存在巖石的侵入體，通常為垂直或幾乎垂直切割先前存在巖層的板狀形狀。該模型顯示出，似海底反射層可能是有大量水化物的錯誤肯定指示器，而沒有似海底反射層則可能是錯誤否定指示器。此外，該模型與在氣體水化物穩(wěn)定帶中所觀測到的振幅消隱相符合，如下所述。這種垂直或接近垂直的水化物巖脈用通常使用的常規(guī)地震獲取和處理方法不能可靠地檢測。所以，本發(fā)明的各方面和實施例提供的勘探技術(shù)考慮了水化物巖層的這種模型，并能夠檢測使用目前所用的勘探地球物理學的常規(guī)技術(shù)很難或不可能定位的氣體水化物巖脈。
按照一個實施例，提出了許多適合于發(fā)現(xiàn)平行水化物巖脈陣列的地震技術(shù)。按照其它實施例，電磁(EM)技術(shù)也可用于發(fā)現(xiàn)和表征氣體水化物沉積。氣體水化物類似于冰，所以是絕緣體。它與通常被鹽水飽和且具有典型為1S/m左右傳導率的海洋沉淀物形成強對比。其強傳導率對比以及近海底的發(fā)生使氣體水化物成為海洋EM勘測的幾乎理想目標。所以，本發(fā)明的一些實施例針對適合于檢測氣體水化物巖脈的EM勘測方法和系統(tǒng)，如下所述。特別是，這種EM方法可包括基于以下這種地球模型的數(shù)據(jù)處理即這種地球模型說明可能存在水化物巖脈，且不假定是水平各向同性的地球，如下詳述。
應理解，本發(fā)明在其應用方面不限于以下說明書中所闡述的或附圖中所示的組件的構(gòu)建和布置細節(jié)。本發(fā)明能夠有其它實施例，且能以各種方式實踐或完成，而且本發(fā)明不限于所提出的實例，除非在權(quán)利要求中特別引述。此外，應理解，本文使用的措辭和術(shù)語是為了說明的目的，而不應被認為是限制性的。詞語“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”、以及本文中它們變體的使用，意思是包含其后所列的項目和其等效物，以及附加項目。
從經(jīng)濟觀點來看，可能最重要的是，對具有和不具有生產(chǎn)潛力的氣體水化物沉積加以區(qū)別。從水化物中釋放氣體要求增加溫度、降低氣壓、或使用抑制劑，當水化物為低濃度時，不論總資源有多大，以上各項都不切實際。為了開發(fā)較少模糊不清的勘探方法，重要的是要理解氣體水化物沉積形成的機制。給出適合的溫度和氣壓條件，氣體可用性是控制水化物沉積的量和分布的主要因素，且沉積的性質(zhì)可能取決于氣體是如何輸送到水化物生產(chǎn)的地點的。氣體可以三種方式之一提供到氣體水化物穩(wěn)定帶，即在氣體水化物穩(wěn)定帶中就地生產(chǎn)氣體、氣體通過沉淀物中的孔隙空間遷移到氣體水化物穩(wěn)定帶中、以及氣體通過斷層或斷裂遷移到氣體水化物穩(wěn)定帶中。
就地生產(chǎn)甲烷是由有機物質(zhì)的微生物破壞而引起的。氣體水化物穩(wěn)定帶中的生物氣體在產(chǎn)生后會立即形成水化物。不像石油和氣體，氣體水化物一旦在其穩(wěn)定帶中形成，就不會遷移到能達到值得注意的濃度的儲集層。所以，在沒有外部氣體源時，可以預期氣體水化物的濃度與原來當?shù)赜袡C源材料的存在相關(guān)，且在這種沉積中水化物的最終濃度可能受總有機碳濃度限制。在小于3000米的水深中對海洋沉淀物的一些勘探已表明，最大總有機碳濃度，常規(guī)以總沉淀物的重量百分比表示，大約可為2％，且平均的總有機碳濃度大約可為0.55％。只有一小部分這種總有機碳被轉(zhuǎn)換成甲烷，因此在原地生物生產(chǎn)甲烷是唯一氣體源的沉積中，水化物濃度可以預期是非常低的，例如，不大于總沉淀物體積的百分之幾。雖然這種生物沉積可能在空間上分布廣泛，但由于水化物的低濃度，它們不可能在經(jīng)濟上令人感興趣。
在一些地域，氣體源可能處于氣體水化物穩(wěn)定帶基底之下。氣體可能溶解于孔隙水中，或游離在氣泡中，且可源自一種或多種源。例如，氣體可源自微生物活動(生物產(chǎn)生)，或源自深石油的高溫裂解(熱產(chǎn)生)。氣體也可因沉淀而產(chǎn)生，在它穿過其基底從氣體水化物穩(wěn)定帶中出來時，導致先前存在的氣體水化物分解。這種氣體可以向上移動，穿過沉淀的孔隙進入氣體水化物穩(wěn)定帶，在此它形成水化物。但是，不像石油和氣體在通過儲集層向上遷移時仍保持可移動性，氣體水化物是不動的，并且一旦形成就不會自由遷移。還有，因從下向上移動的溶解氣體而產(chǎn)生的水化物聚集可由于孔隙堵塞以及隨后的水力滲透性的降低而有自身限制。此外，不一定會阻塞水流的沉淀物卻可由于毛細管壓力效應而阻塞游離氣體的向上遷移。因此，如果通過孔隙空間的輸送是氣體可遷移穿過氣體水化物穩(wěn)定帶的唯一方式，則可勘探的(例如大量高濃度)氣體水化物沉積就不大可能被創(chuàng)建出來。
如上所述，按照本發(fā)明的一些實施例，提出在至少一些儲集層中，氣體水化物可主要形成為垂直或接近垂直的巖脈，其走向平行于最大水平應力的方向。多個巖脈可以平行，或發(fā)展成人字形，但不一定是等間距，這取決于例如水化物沉積形成于其中的沉淀物的性質(zhì)。按照一個實施例，氣體水化物沉積可能與從氣體水化物穩(wěn)定帶基底下面的地域延伸到氣體水化物穩(wěn)定帶中的斷層或斷裂相關(guān)聯(lián)，其中可能有游離氣體的相當大的聚集。隨著氣體水化物穩(wěn)定帶中這種斷層或斷裂內(nèi)的氣體變成水化物，它就會緩慢地填充通道，形成水化物巖脈，如下所述。
地球中的斷層是平面或滑移地帶。在地震記錄上斷層很容易標識為地層在其上是不連續(xù)的線條。延伸到并穿過氣體水化物穩(wěn)定帶的連續(xù)斷層可能是將氣體分布到整個氣體水化物穩(wěn)定帶的有效通路。但是，對此觀念的接受卻因以下認識被推遲了氣相甲烷不能與氣體水化物穩(wěn)定帶內(nèi)的過剩水成熱動態(tài)平衡而存在。不論如何，海洋水化物聚集的優(yōu)勢看起來與斷層系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，溶解的或氣態(tài)甲烷可以通過該斷層系統(tǒng)快速向上移動。例如，水化物與黑海中、北美太平洋沿岸、墨西哥灣中、以及其它地方的天然氣排氣口和滲漏層相關(guān)聯(lián)。甚至位于被動陸緣上的布萊克海嶺沉積也與從似海底反射層下面延伸到海底的斷層相關(guān)聯(lián)。這些斷層可構(gòu)成甲烷輸送的有效管道，而甲烷可為氣相態(tài)，因而與周圍沉淀物不處于熱動態(tài)平衡。
張力斷裂是地球中流體通路的開口，不一定與顯著的滑移相關(guān)聯(lián)(如有斷層的情況)。當孔隙壓力超過沉淀物中的最小形成應力時，斷裂即可發(fā)生。斷裂平面一般與最小應力方向正交。當穿過軟的松散沉淀物的游離氣體流量不太高時，張力斷裂可能是瞬時的，且在空間上是緊密的。曾有人提出，氣體是作為隔離的盤狀物向上移動穿過松散泥濘的沉淀物，盤狀物的直徑比其厚度大得多。在沒有構(gòu)造應力時，盤狀物的平面是垂直的或接近垂直的。在到達陷入的氣窩后，這些盤狀物可將其氣體釋放給氣窩并且消失。而已知氣體要遷移許多公里向上到常規(guī)碳氫化合物儲集層，可以預期氣體的這種薄遷移盤狀物在進入氣體水化物穩(wěn)定帶后很快就可形成固態(tài)水化物。確實，在將甲烷、海水和沉淀物的混合物有力地混合在一起的海底實驗中，水化物在幾分鐘內(nèi)即形成。所以，從氣體的隔離移動盤狀物形成的水化物沉積很可能集中在氣體水化物穩(wěn)定帶基底附近。
相反，當游離氣體的流量很大時，氣體管道(例如斷裂)可保持開放，并允許氣體移動相當大的距離，穿過氣體水化物穩(wěn)定帶。水化物可在斷裂或斷層表面迅速形成，使通道變硬，并允許氣體流過通道而不接觸液體水。這種行為在將甲烷注入到淤泥柱底部的實驗中被觀測到，在Brewer等人的文章(“Deep ocean field test of methane hydrateformation from a remotely operated vehicle”，Geology 25，407-410(1997))中作了說明。在這些實驗中，沉淀物完全被氣體流替代的通道逐漸被固態(tài)水化物填充。此外，氣體遷移的煙囪狀物在布萊克海嶺的氣體水化物穩(wěn)定帶中已被觀測到。這些水化物硬化的通道可將游離氣體與液態(tài)水隔離開，且可行進相當大的距離，穿過氣體水化物穩(wěn)定帶，假定通道(例如斷層或斷裂)連續(xù)。
在地球中，斷層可能是平面的，其走向平行于最大水平應力的方向。按照庫倫理論，斷層或斷裂的傾角是45度加上/2，其中是在沒有水化物時海洋沉淀物的摩擦角，可通常等于大約20度。傾角大約為50-60度的不連續(xù)性通常在淺海洋沉淀物中被觀測到，與上述形成理論相符合。當游離氣體氣壓超過上面沉淀物的強度時，游離氣體的聚集可在其上的沉淀物中引起斷層。水化物填充的斷層的傾角和走向可分別由沉淀物巖體中的最大水平應力摩擦角和方向來控制。通過對稱，這些水化物巖脈能以人字形(V形結(jié)構(gòu))存在。相反，水化物填充的張力斷裂可具有由最小應力和最大水平應力方向控制的獨特傾角和走向。這些斷裂不會形成人字形。一旦管道填充有水化物，它就可成為沉淀物中最強的特征，不大可能再次斷裂或斷層。游離氣體可代之以發(fā)現(xiàn)具有和以前自身引起的斷裂或斷層相同的(或幾乎相同的)傾角和走向的另一路徑。因此，一系列平行水化物填充的巖脈可形成在海洋環(huán)境中豐富氣體源上方的氣體水化物穩(wěn)定帶中。
參閱圖4，圖中示出在海面126下面氣體水化物穩(wěn)定帶108中形成的一系列平行水化物巖脈120的實例。如上所解釋的，游離氣體源可存在于氣體水化物穩(wěn)定帶108的基底。124下面的區(qū)域122中。水化物巖脈系統(tǒng)一般會橫切通過地層邊界。但是，當斷層或斷裂與滲透阻擋層下的粗沙層相交時，例外情況可發(fā)生。在這種情況下，氣體會水平擴散，以產(chǎn)生與當?shù)氐貙酉喾系乃飳游弧４送?，當斷層傾角繞最大水平應力軸對稱時，水化物人字形可向上開放。還應指出，非常高流量的質(zhì)量和能量可阻礙平行水化物巖脈系統(tǒng)的形成。而是，氣體通路保持開放，穿過氣體水化物穩(wěn)定帶，允許氣體突破海底，并排放到海洋中。因此，最豐富有用的氣體水化物沉積會出現(xiàn)在這樣的區(qū)域中，即氣體流量既不太高又不太低，但又足夠高以將氣體充分帶到氣體水化物穩(wěn)定帶中，形成巖脈，如上所述。
常規(guī)海洋地震勘測使用拖曳到海面附近的水聽器的源和浮纜。這種幾何條件對于檢測水平或接近水平的聲異常是最佳的，而且一般被認為是適合于發(fā)現(xiàn)水化物的，因為許多水化物聚集模型是一維的(即，諸如水化物飽和度等儲集層特性是深度的函數(shù)，沒有橫向變化)。但是，常規(guī)海洋地震勘測用在存在有陡峭傾斜的水化物巖脈時具有重大限制。首先，很少或沒有能量可從巖脈反射回常規(guī)接收器，如下詳述。其次，大的橫向速度改變是常規(guī)地震處理算法不能確認的。第三，根據(jù)與地震波前相比較的巖脈橫向伸展，以及它們是否形成為人字形，水平反射層可能會變形，且在地震勘測中不易解讀。
大塊氣體水化物具有的壓縮聲速大致為3800米/秒(m/s)，剪切聲速大致為1950m/s，且密度大致為920千克/立方米(kg/m3)。形成對比的是，松散的或輕度凝固的高孔隙度海洋沉淀物具有的壓縮速度大致為2000m/s，水飽和密度大致為2000kg/m3。如果巖脈由水化物粘結(jié)的沉淀物組成，則可以看到壓縮和剪切速度差不多加倍，而密度則保持和周圍的水飽和沉淀物幾乎相同。因此，這種巖脈會呈現(xiàn)出與水飽和沉淀物的大聲阻抗對比，且對于適合的射線路徑幾何條件可產(chǎn)生強地震反射(如下詳述)，這暗示了良好的可檢測性。另一方面，由純(或幾乎純)水化物而沒有沉淀物所組成的巖脈可呈現(xiàn)出與鄰近水飽和沉淀物的強速度對比(例如，大約3800m/s對2000m/s)，而不是大聲阻抗對比。這是因為純水化物的密度可大致為水飽和沉淀物的一半，因而與周圍水飽和沉淀物相比，對水化物中大致加倍的聲速進行了補償。結(jié)果，以法線入射的地震波不會被強反射，但以較大入射角的波就可能會被強反射。
按照本發(fā)明的一個實施例，地震技術(shù)可用來檢測一個或多個氣體水化物巖脈。為了能夠分辨來自水化物巖脈前后的反射，源的波長λ不得大于巖脈厚度的四倍?；驌Q句話說，巖脈的厚度應大致等于或大于地震源工作頻率的四分之一波長。為簡單起見，以下的討論假定巖脈厚度為1米。但應理解，這個實例只是為了作解釋，而非為了作限制。巖脈可具有各種各樣的厚度，其直徑可接近或不接近于1米。對于巖脈中大致4000m/s的速度，大約1kHz的源頻率意味著巖脈具有大約四分之一波長的厚度。在海底下沉淀物中，壓縮波的衰減在大約0.01和0.20dB/米/千赫茲(dB/m/kHz)之間變化，且剪切波的衰減在大約1和100dB/m/kHz之間變化。這樣，1kHz壓縮波振幅傳播200米會減少大致2dB到40dB。這種振幅反射在可用設備的檢測范圍內(nèi)，并表明這種大小巖脈的檢測是可行的。但是，為了確保檢測，可能重要的是將沉淀物內(nèi)的傳播距離保持到最小。
海洋地震源按常規(guī)在水中起爆，且所發(fā)射的能量在海床被轉(zhuǎn)換成壓縮和剪切波。所傳輸?shù)膲嚎s能量因傳播速度從水中的大約1500m/s增加到海底沉淀物中的大約2000m/s而失散。Snell定律表明只有在頂角為90度的錐體內(nèi)在水中輻射的能量能作為壓縮能量穿透海底。Snell定律還暗示，以與垂線成0到30度之間的角度從源傳輸?shù)哪芰繉⒁耘c垂線成0到45度之間的角度傳輸通過海底，而以與垂線成大約30和45度之間的角度在源處發(fā)射的能量會在其余的立體角上從45度到90度擴散通過海底下。對于超過45度的傳播角度，海底下中的波能量有強下降。所以，海洋源通常不是全方向的，而是可設計成將它們的大部分能量傳輸在“穿透錐體”內(nèi)，即在能量能穿透海底的立體角內(nèi)。在此錐體外傳輸?shù)哪芰靠赡苁遣幌Ｍ械?，因為它可能被陷入在水柱中，而且可能是信號帶寬中的噪聲源。結(jié)果，從海洋源傳輸?shù)挠杏媚芰客ǔ性诒?5度小很多的入射角上。
參閱圖5，圖中示出按照本發(fā)明一個實施例用聲波檢測水化物巖脈的反射幾何學實例。當與垂線成α角傳播的射線128(來自地震源)到達與垂線成β角傾斜的平面130時，反射射線132會以與垂線成角γ＝180°-(α+2β)返回來，如圖5所示。γ值小于90°意味著射線132將被反射回海底。所以，檢測要求α＞90°-2β。如上所述，可將氣體帶入氣體水化物穩(wěn)定帶中的斷層或斷裂的傾角通常可為45°加上/2，其中為沒有水化物時海洋沉淀物的摩擦角，典型為可等于約20°。因此，氣體水化物巖脈可形成為具有大致55°的傾角(距地平線的角度)，對此β＝35°。β＝35°時，γ+α＝110°。如上述，為了在巖脈平面上有顯著的能量撞擊，入射角應為α＜45°，暗示γ＞65°。但γ值越大，在海底射線132的出現(xiàn)距反射點越遠。穿過沉淀物的傳播距離越長意味著到達接收器的能量越少，是由吸收和波場擴展引起的。如上所述，為檢測可靠，理想的是穿過沉淀物的傳播距離應減到最小。易于檢測到的反射波可在γ＜45°的方向上傳播。因此，對于常規(guī)的海洋或海底地震源和接收器，所需的入射和反射角是互斥的，使得水化物巖脈的檢測很困難或不可能。
例如，已經(jīng)用于水化物勘探活動的深拖聲學/地球物理學系統(tǒng)(DTAGS)一般適合于檢測與垂線成小于約30°角入射到海底的聲波，雖然該幾何條件沒考慮更寬的角度獲取孔徑。DTAGS設計用于近海底下目標，并在15Hz和650Hz之間的頻率下進行地震測量。但由于水化物巖脈的傾角預期為從大約50°到大約90°的范圍，因此非常少的能量會從巖脈反射回海面，可由拖曳的接收器記錄，使檢測不大可能進行。
常規(guī)的洋底地質(zhì)勘測使用拖曳到或接近海面的源，并且將多組件接收器放在海底上或植入海底中。雖然洋底系統(tǒng)允許估計海底沉淀物的更多聲學彈性特性，但系統(tǒng)的獲取孔徑在深拖系統(tǒng)上并未顯著增加。這就是說，對于記錄來自陡峭反射層的反射的同樣限制也適用于洋底地震系統(tǒng)。
除了與檢測上述各個水化物巖脈相關(guān)聯(lián)的問題之外，當存在有多個巖脈時還有些問題會出現(xiàn)。例如，如果平面水化物反射層的角度分布是隨機的，散射就會破壞下行波前的一致性，并從而破壞在氣體水化物穩(wěn)定帶內(nèi)和下來自地層邊界的反射的一致性。在儲集層同時存在陡峭傾斜的巖脈和水平的水化物飽和沙時，就會發(fā)生這種情況。
由于沉淀物和水化物巖脈之間的剛性和密度不同，一連串的平行巖脈就可創(chuàng)建方位角各向異性，通過分析沿海底折射的斯通利波和剪切波就可對其進行檢測。應預期，這些波在垂直于巖脈傳播時具有較小的有效速度。雖然沒有剪切和斯通利方位角各向異性可能是對于水化物巖脈存在的強否定指示，但這種各向異性可能是由于其它的原因。另外應理解，由于諸如斯通利和折射剪切等表面波的低頻性質(zhì)及因此其低分辨率性質(zhì)，人們只能看到集合效應而非各個巖脈的效應。
在另一實例中，一系列平行巖脈可起波導的作用。參閱圖6，圖中示出在平行水化物巖脈120之間傳播的導向射線134的幾何圖。穿過氣體水化物穩(wěn)定帶的波前，例如導向射線134，可在鄰近巖脈120的表面之間被反射多次。由于反射的原因，下行波前在其運行距離大于具有相同入射角的未導向波所運行的距離后，會出現(xiàn)在氣體水化物穩(wěn)定帶的下面。
為了估計導向波運行距離的增加，考慮兩個與垂線成β角傾斜的平行巖脈120，如圖6所示，以及沉淀物中以α角入射的地震波前。當導向射線134從上巖脈的下表面(點136)運行、在下巖脈的上表面反射出去、并返回到上巖脈的下表面，它運行的距離為2s，而前進的垂直距離為z，如圖6所示。距離s可以從下式1計算，且距離z可以從下式2計算s=dsin(α+β)---(1)]]>z=2s·cos(α+β)·cosβ=2dcosβtan(α+β)---(2)]]>在垂直距離D上導向射線134運行的距離，與未導向射線以相同入射角在相同垂直距離上運行的距離相比，由下式給出Δ=2sN-Dcosα---(3)]]>式中N為導向射線從波導上邊界反射的次數(shù)。N由下式給出N=Dz=D2s·cos(α+β)·cosβ---(4)]]>然后，將N插入公式(3)，導向射線運行距離之差為Δ=D[1cos(α+β)·cosβ-1cosα]---(5)]]>
對于以法線入射(α＝0)的波以及以55°(β＝35°)傾斜的巖脈，Δ/D等于約0.49。因此，導向射線運行的距離可以是未導向射線的大約一倍半，部分因為導向射線會被巖脈120水平偏置。
除了增加運行距離外，巖脈作為波導還可降低穿過它們傳播的聲波的垂直速度。在橫向穿過垂直距離D時，導向射線134運行的距離為2s(D/z)。所以，如果在沉淀物中未導向波的速度以Vu表示，則導向波速度的垂直分量由下式給出VGzVu=z2s=cos(α+β)cosβ---(6)]]>對于以法線入射(α＝0)的波以及以55°(β＝35°)傾斜的巖脈，導向波速度的垂直分量大致可為未導向波速度的67％。應指出，這些結(jié)果(距離和速度兩方面的差異)可與平行水化物巖脈120之間的距離無關(guān)，假定地震波前的橫向伸展比巖脈間距大得多。
此外，如果地震波前的橫向伸展小于巖脈陣列的橫向伸展，波前可在巖脈中和巖脈下保持一致，并可從地層邊界給出一致的反射。但由于波前的傳播時間和曲率會因巖脈的存在而改變，與更深反射相關(guān)聯(lián)的雙向傳輸時間就會增加，且反射會被從其真實位置水平偏置。對于窄范圍的傳播角，水化物帶的效應可能是有效地一個延時，導致更深反射層圖像的下推。如果巖脈陣列小于地震波前的橫向伸展，則導向波反射會與未導向波反射相干擾，產(chǎn)生斷裂或變形的地震剖面。
如上所述，水化物填充的斷層的傾角和走向可分別由沉淀物巖體中的摩擦角和最大水平應力方向來控制。通過對稱，這種水化物填充的斷層可形成如圖7所示的人字形巖脈。每組平行巖脈可形成一個波導，其將能量引導到氣體水化物穩(wěn)定帶中和下的反射層，并從反射層中引出，如上所述。沉淀物巖體可被反復不定地照射，導致水平偏置以及在各個反射層上的振幅和運行時間的變化。有可能這些效應對有時觀測到的振幅消隱與氣體水化物穩(wěn)定帶相符合起了作用。此外，雖然氣體可聚集在巖脈的根部，但這些氣窩不一定會在地震記錄中產(chǎn)生似海底反射層。另一方面，陷入在廣泛但稀薄的水化物沉積下，例如由原地生物活動而生產(chǎn)的小量氣體，確實會產(chǎn)生強似海底反射層。所以，對于相當大量的水化物聚集而言，存在似海底反射層可能是個錯誤肯定，而沒有它可能是個錯誤否定。
按照一個實施例，在軟海洋沉淀物中的高對比度陡峭傾斜的水化物巖脈可以通過“側(cè)向”觀看它們，例如，通過使用在垂直井中收集的聲反射數(shù)據(jù)進行檢測。這種數(shù)據(jù)可以例如使用具有一個或多個海底源的變偏垂直地震剖面(VSP)技術(shù)來收集。參閱圖8，圖中示出實施例的一個實例圖，其中接收器138可設置在垂直井140中?？僧a(chǎn)生地震波的一個或多個地震源142可位于海底100上。在一個實例中，源1 42應定位和配置成，從巖脈120反射的波能量(例如射線144)可撞擊到接收器138上，如圖8所示。一個或多個處理器(未示出)以及可選的一個顯示器(未示出)可耦接到接收器，以處理所接收的信號并產(chǎn)生(以及可選地顯示)地震圖像。當?shù)卣鹪催h離鉆孔140移動時，在巖脈120上被照射點會沿巖脈斜面向下移動。所以，需要在距井口146的不同偏置處使用數(shù)次拍攝，以定義水化物巖脈120的傾角和走向。應指出，在至少一個實施例中，海底源可能為優(yōu)選，因為其射線路徑比來自表面源的會被更多約束，所以可較少受到多路徑的影響。此外，海底源可在源處產(chǎn)生直接剪切波。但應理解，本發(fā)明并不要求使用海底源，許多源選項都可使用。
本發(fā)明的一個實施例可包括高分辨率成像的能力。在一個實例中，按照本發(fā)明實施例的一種設備能夠以大致0.5到1.0m的分辨率來分辨特征。常規(guī)處理的VSP可具有大致為10到50Hz的帶寬。用陸地振動器、高Q巖石和專門的處理，可以達到高達250Hz的帶寬。一般假定，人們可以分辨相互分隔開超過信號頻率四分之一波長的結(jié)構(gòu)/特征。在水飽和沉淀物速度大致為2000m/s時，100Hz壓縮波的波長為大致20m，意味著這種信號可以用來分辨大約相隔開5m的結(jié)構(gòu)/特征。水化物巖脈間距可比這更小。所以，為實現(xiàn)能夠區(qū)分各個巖脈的高分辨率成像，能夠產(chǎn)生大約1kHz的相當大能量的源是最優(yōu)選的。1kHz信號可用來分辨大約相隔開0.5m的結(jié)構(gòu)/特征，假定水飽和沉淀物如上述。此外，可能還需要分辨巖脈厚度。假定巖脈厚度為大約1m，且水化物中壓縮波速度為大約4000m/s，使用來自源的1kHz信號也可實現(xiàn)。
最廣泛使用的海洋地震勘測源是氣槍。但在可發(fā)現(xiàn)氣體水化物的大水深處，將氣槍設置在海底附近并不可行，因為當氣槍的槍眼打開時需要有高氣壓以產(chǎn)生陷入空氣的爆炸性膨脹。可用于本發(fā)明實施例的源實例在2005年5月11日提交的、授予Sanders的、題目為“SeismicImaging and Tomography Using Seabed Energy Sources”的美國專利申請11/127,014中作了說明，其內(nèi)容通過引用結(jié)合在本文中。Sanders源使用爆聚玻璃球體(即在大氣壓下的空氣室被允許在周圍高壓水下崩潰塌陷)，且在任何水深都是有效的地震源。氣槍能源隨深度增加變得越來越不太有效，這是因為在氣槍室中的高壓空氣和周圍水壓之間的壓差減小的原因。相反，當將內(nèi)部為大氣壓的玻璃球體設置在海洋中時，壓差隨深度而增加。海洋可提供在深水玻璃球體爆聚后面的幾乎無限的氣壓儲集層。所以，爆聚可進行得比氣槍爆破更快，結(jié)果是能量輸出的頻率更高。Sanders源可產(chǎn)生高達1kHz和超過1kHz的相當大的能量，使之成為用于高分辨率成像的適合源，如上所述。
在某些環(huán)境中很重要的另一源其特征在于源的爆聚標志的再現(xiàn)性。源的再現(xiàn)性傳統(tǒng)上是通過對一系列重復拍攝的相似頻譜進行測量。相似頻譜測量信號能量對總能量之比。參閱圖9A和9B，圖中示出來自Sanders源的一個實施例的頻譜。圖9A示出從1.25秒(s)到1.35s的組合信號和噪聲頻譜，而圖9B僅示出從4.25s到4.35s的背景噪聲。這些頻譜表明Sanders源可具有可擴展到高達1kHz頻率的高相似值，再次顯示出該源對于本發(fā)明的實施例是一個適合的選擇。
如上所述，本發(fā)明的實施例可以使用位于鉆入海底沉淀物巖體的垂直井中的接收器。適用接收器的一個實例可包括Schlumberger多用途地震成像器(VSI)TM。VSITM可包含可變數(shù)量的三組件地震檢波器，將它們設置在鉆孔中，并可夾緊到鉆孔壁上。但應理解，本發(fā)明不限于使用VSIM接收器，其它接收器也可使用。為了記錄高達1kHz的頻率，可使用0.5ms數(shù)字采樣。所以，按照一個實施例，可將標準VSIM改為允許它以0.5ms或其它的時間間隔進行數(shù)字采樣，視其所用的源頻率而定。此外，所收集地震數(shù)據(jù)的處理可采用能說明可能存在有陡峭傾斜水化物巖脈的地球模型，并解讀結(jié)果，此時要牢記在心可能存在這種類型的結(jié)構(gòu)。
在一個實施例中，VSITM或另一接收器可以沿鉆孔移動以允許作空間采樣。接收器可以對應于所需空間采樣分辨率的時間間隔移動。接收器移動的次數(shù)可取決于各個地震檢波器之間的間距。例如，如果接收器包含相距15m的地震檢波器，且需要1m的空間采樣，則接收器陣列可以每步1m移動14步，以適當?shù)拈g距覆蓋接收器陣列的總孔徑。在每步，可激活地震源，并在每個接收器地震檢波器記錄波形。
除檢測水化物的地震技術(shù)之外或備選，本發(fā)明的各方面還針對使用電磁感測來定位和/表征水化物沉積。如上所述，氣體水化物是絕緣體，并可對通常被鹽水飽和的、并可具有1S/m左右傳導率的海洋沉淀物呈現(xiàn)出強對比。此外，水化物會聚集在海底附近，使其成為海洋電磁勘測的良好候選物。
如上所述，對以前所標識的(例如從地震或鉆探計劃)含有水化物的地區(qū)進行過一些現(xiàn)有技術(shù)的海洋電磁勘測工作。水化物地域的一些電磁勘測使用了水平電偶極發(fā)射器，其具有一個或多個共線(“同線”)水平電偶極接收器，如圖10所示。發(fā)射器148和接收器150可用船152沿海底拖曳。發(fā)射器148在海水中和平行于其偶極的海底100下創(chuàng)建水平電流。到達接收器150的二次信號，它對平行于其偶極的電流最敏感，取決于其周圍環(huán)境的導電率。其它勘測使用了偶極發(fā)射器和多組件接收器。測量物理學類似于同線配置，但原則上非共線(如船側(cè))偶極對海底下面的傳導率各向異性很敏感。但是，對所有現(xiàn)有水化物勘測的數(shù)據(jù)處理都假定是水平分層的地球，其中在每個水平層中導電率是各向同性的。這種處理對于檢測垂直或接近垂直的水化物巖脈是不適合的。雖然對于隔離的垂直傳導巖體已作了一些有限的理論工作，應用于金屬礦物的陸地探礦，但這些工作與檢測和表征海洋下環(huán)境中垂直和接近垂直的電阻性巖脈陣列并不直接相關(guān)。
沒有水化物的海洋沉淀物的電阻率Rt(0)可以從Archie定律估計Rt(0)=αRwφm---(7)]]>式中Rw是孔隙水的電阻率，φ是巖層孔隙度，而a和m是以經(jīng)驗確定的常數(shù)，通常可具有a＝1和m＝2的值。海洋沉淀物的孔隙水一般可具有低電阻率(即是導電的)，而水化物是絕緣體。當孔隙空間部分被氣體水化物占據(jù)時，電阻率變?yōu)镽t(Sh)=αRwφm(1-Sh)n---(8)]]>式中水化物飽和度(孔隙空間的體積分數(shù))為Sh，假定孔隙空間的余下部分填充有水，且一般n＝2。如上所述，水化物有時會形成巖脈，例如在斷裂的斷層中，其中所有(或幾乎所有)沉淀物都被推出。在這種情況下，水化物巖脈會是完全或接近完全的絕緣巖體。此外，如果有連續(xù)的液體水路徑穿過水化物巖脈，則也可存在有導電通道。
參閱圖4，圖中示出包括有一系列平行水化物巖脈120的示例水化物儲集層的示意圖。這些水化物巖脈對普通的海洋沉淀物可呈現(xiàn)出相當大的電對比。如果巖脈由固態(tài)水化物組成(例如，如上所述具有一些水化物填充的斷層或斷裂的情況)，沒有連續(xù)的液體路徑來導電，它可代表一個對低頻電流流動的完全(或接近完全的)阻擋層。如果在沉淀物的孔隙空間中水化物增長了，其飽和度可能小于1，且?guī)r脈的電阻率可由以上公式(8)給出。如果水化物代替晶粒，但傳導路徑仍保持連續(xù)，則電阻率很可能具有中間值。
如上所述，至今所進行的水化物區(qū)域中的電磁勘測都是假定一個橫向各向同性的地球來進行處理的。為了檢測陡峭傾斜的水化物巖脈，可以使用對海底下面宏觀傳導各向異性敏感的不同方法。在一個實施例中，可采用特別設計成說明這種海底下傳導各向異性的獲取和處理方法。
按照一個實施例，在軟海洋沉淀物中陡峭傾斜的水化物巖脈可以用以下過程檢測。首先，可勘測一個區(qū)域，以確定其地質(zhì)特征是否使其成為相當大量水化物聚集的可能地點。在一個實例中，這種勘測可包括確定表面下環(huán)境是否滿足氣體水化物穩(wěn)定性的溫度和氣壓條件的步驟。勘測還可包括確定有豐富的氣體源存在、從中可形成大量水化物的步驟。這可以通過使用氣體滲漏勘測，如所屬領(lǐng)域已知的，或通過定位在適合于氣體水化物形成的水深下的大的氣體儲集層(例如使用所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的標準氣體檢測技術(shù))來實現(xiàn)。此外，在一個實例中，還可包括確定高流量氣體可以從深氣體源輸送到氣體水化物穩(wěn)定帶的步驟。這例如可以這樣實現(xiàn)通過直接地震檢測氣體煙囪狀物、發(fā)現(xiàn)泥火山或露出海底的水化物巖層、或通過當?shù)氐臄鄬訋еR?？蛇x的是，還可包括確定或估計區(qū)域性應力張量的另一步驟。區(qū)域性應力大部分是已知的，并可從結(jié)構(gòu)和地殼構(gòu)造運動推出來。此外，海底多成分地震數(shù)據(jù)，或聲測工具也可用來測量巖層應力?？梢允褂脩埩康闹R例如來估計該區(qū)域中水化物巖脈的取向，這可用于裝配地震或電磁檢測設備。
應理解，上述步驟不需要按以上給出的順序執(zhí)行，并且勘測可以采用與在該實例中所述的不同技術(shù)。區(qū)域性勘測的目的在于，將可增加發(fā)現(xiàn)大量集中氣體水化物可能性的地質(zhì)和地質(zhì)力學特征結(jié)合到水化物檢測的方法中。因此，勘測可采用各種步驟和技術(shù)來達到這個目的。一旦已標識一個區(qū)域作為水化物勘探的候選地，就可使用地震或電磁技術(shù)來檢測和/或表征該區(qū)域中的水化物沉積。例如，就可實現(xiàn)如上所述的垂直地震成像過程。備選的是，或此外，也可采用一種或多種電磁方法，以下詳述。
按照一個實施例，可將電磁發(fā)射器和接收器的組合系統(tǒng)拖曳到已標識的關(guān)注區(qū)域上。在一個實例中，發(fā)射器和接收器系統(tǒng)可首先向平行于最大水平應力方向的方向拖曳。一旦在此方向的勘測完成，就將發(fā)射器和接收器系統(tǒng)向垂直于最大水平應力方向的方向拖曳。導航系統(tǒng)可用來在勘測期間確定發(fā)射器和接收器系統(tǒng)的位置。然后可對在每個方向上勘測所收集的數(shù)據(jù)進行比較和處理，以檢測表面下宏觀電各向異性的證據(jù)。數(shù)據(jù)的任何處理都可基于能說明可能有水平各向異性的地球模型，特別是可能存在有電阻性巖脈，這和假定是水平各向同性地球的常規(guī)處理不同。應理解，進行平行和垂直勘測的順序是任意的，本發(fā)明不限于先完成平行方向檢測的情況。此外，應理解，總的勘測可以在許多遍(pass)中完成，這些遍可以用任何方便的順序進行。例如，發(fā)射器和接收器系統(tǒng)對所有遍都可以先向一個方向(例如平行或垂直方向)拖曳，或可一遍一遍地在方向之間交替。而且應指出，應力張量的先驗知識可有助于估計最大水平應力的方向。
在一個實施例中，上述過程可以使用例如一對或一個陣列的同線偶極-偶極發(fā)射器和接收器來實現(xiàn)。各種電磁天線對按照本發(fā)明原理的海底勘測都有用，且本發(fā)明不限于任何一種類型的天線。一些可以使用的天線實例包括垂直電偶極子(VED)、水平電偶極子(HED)、垂直磁偶極子(VMD)、以及水平磁偶極子(HM)。這些天線類型中的每一種，或它們的組合，都可用于海底電磁系統(tǒng)中的發(fā)射器和/或接收器。而且，天線的相互定向可以各不相同。例如，發(fā)射器和接收器HED的軸不需要是共線的，而且不需要是平行的。參閱圖11A-D，圖中示出按照本發(fā)明實施例可以使用的數(shù)個天線配置實例。圖11A示出在發(fā)射器天線154和接收器天線156之間的方位角關(guān)系。圖11B示出徑向配置，圖11C示出平行配置，且圖11D示出垂直配置。對電場和/或磁場的不同極化敏感的一對發(fā)射器和接收器可能在感測海底中的傳導各向異性方面特別有用，下面將進一步討論。
按照另一實施例，電磁勘測技術(shù)可以使用對各向異性固有敏感的發(fā)射器和接收器組合來進行。在一個實例中，該技術(shù)可在所關(guān)注區(qū)域上僅使用一遍，相比起來上述實例要使用兩遍，一遍平行于、另一遍垂直于最大水平應力方向，并要比較來自兩遍的數(shù)據(jù)以檢測表面下各向異性。有許多發(fā)射器-接收器組合可對傳導各向異性敏感。一個實例是交叉偶極-偶極陣列，其中發(fā)射器例如可以是一個HED，而接收器可以是互成90°定向的一對HED。在一個實施例中，接收器對可以放置在海底上，并將偶極發(fā)射器拖曳到它們上面，例如使發(fā)射器天線的極化沿航行方向。在一個實例中，在相互垂直的方向在場上進行兩遍可以對海底下各向異性的估計給出更好的約束。
電磁特性可以在頻域或時域測量。在第一種情況下，相移和衰減可以在一個頻率或作為頻率的函數(shù)進行測量。在第二種情況下，在發(fā)起脈沖或步驟及其接收之間的時延可以和衰減一起測量。原則上，這些方法在數(shù)學上都由傅里葉變換相聯(lián)系，但實際上可能一個或另一個證明是更優(yōu)越。在穿過海水和海底的平行傳播中所固有的多路徑效應顯示出，時域信息常常更易于解讀，且有關(guān)海底電磁勘測的數(shù)種現(xiàn)有技術(shù)出版物也優(yōu)選時域方法。但頻域技術(shù)也曾用于例如商用低頻控制源電磁學(CSEM)，用來確定在深海洋環(huán)境中碳氫化合物支承巖層的傳導率。海底CSEM實現(xiàn)方案使用通常在1Hz或低于1Hz工作的源，并通過反演電磁擴散公式來映射低至海底下面數(shù)千米的巖層傳導率。對于有關(guān)氣體水化物探測的深度，也可使用CSEM技術(shù)，但也可采用在更高得多的頻率下工作的源?；旌霞夹g(shù)即同時使用時域和頻域處理，例如小波分析，也很有用，可以捕獲在所接收電磁信號中可用的更多信息。
除了使用具有變動極化的天線外，在一個實施例中，發(fā)射器和接收器之間的距離也是可變的，并可使用發(fā)射器和/或接收器的空間分布陣列。這種發(fā)射器和/或接收器陣列可以是靜止的，或者一個或多個天線可以移動，以勘測比陣列范圍更大的地域。
按照一個實施例，電磁(EM)發(fā)射器-接收器系統(tǒng)可適配成使用低頻信號，具有相對較長的波長。可注意到，在陸地勘測中沒發(fā)現(xiàn)其有用的EM發(fā)射器-接收器組合卻在海中應用中很有用。這是因為低頻EM信號穿過空氣傳播最快，穿過土壤和海洋沉淀物傳播較慢，而穿過海水傳播最慢。在陸地勘測中，空氣信號最先到達，后面跟著是穿過地面?zhèn)鞑サ妮^弱信號。因此，對基于陸地的勘探地球物理學最為關(guān)注的信號會較為難以提取。但在海底，情況卻相反，穿過沉淀物傳播的所需信號比穿過海水傳播的信號會更快到達。因此，在至少一些實施例中，優(yōu)選使用低頻EM信號來映射海底下特征。
在一個實例中，源頻率可至少部分由沉淀物的電磁集膚深度來控制。集膚深度由下式給出δ=1πfσμ---(9)]]>式中δ是集膚深度、f是頻率、σ是海底傳導率，其可具有大約1S/m的典型值，且μ是沉淀物的電滲透率，其通?？删哂写笾?π×10-7H/m的值。一般來說，可優(yōu)選將發(fā)射器和接收器之間的間距d限制在不大于約5個集膚深度(d＜5δ)。此外，在一些實施例中，在沉淀物中的探測深度可取決于發(fā)射器和接收器之間的間距。一般的經(jīng)驗法則認為，探測深度可大致為發(fā)射器和接收器之間間距的一半。這些參數(shù)可用來選擇發(fā)射器-接收器間距和工作頻率。
如上所述，水化物巖脈的上端可終止在海底下面的某一距離，該距離由水化物支承斷層或斷裂的范圍以及近海底地球化學所控制。巖脈的下端不比氣體水化物穩(wěn)定帶基底的深度更深，通常在海底下面小于約1米。所以該知識可指導發(fā)射器-接收器間距的設定。而且，將條件d＜5δ用于公式(9)中的集膚深度，有用頻率的估計可由下式給出
f<25πd2σμ---(10)]]>例如假定所需發(fā)射器-接收器間距大約為100m，公式(10)顯示出工作頻率大約為633Hz。但應理解，發(fā)射器和接收器之間可允許的集膚深度數(shù)可取決于許多因素，例如包括發(fā)射器強度、接收器敏感度、陣列相對海底的幾何條件、陣列在海底上方的距離等等。所以，上述計算僅說明控制頻率選擇的某種原則，并非意欲局限于此。
按照另一實施例，發(fā)射器和接收器之間的間距和/或在各發(fā)射器和接收器中的天線振子數(shù)也可至少部分基于所需檢測類型來選擇。例如，如果天線陣列與巖脈間距相比很小，則有可能對各個巖脈成像。如果天線陣列與巖脈間距相比很大，則該陣列可感測電各向異性，但不能對各個巖脈成像。這兩種方案都有用，且在一個實施例中，這兩種方案都可用具有變動振子間距的單個天線陣列來實現(xiàn)。如上所述，天線間距和極化的許多配置都有用，并可用于不同的實施例中，以不同的方式檢測海底下電各向異性。對所有實施例共有并對檢測垂直或接近垂直水化物巖脈具有特殊重要性的一個特性是和常規(guī)系統(tǒng)不同，對于數(shù)據(jù)處理不假定是水平(橫向)各向同性傳導率和地層學。
參閱圖12，圖中示出可用于檢測一系列平行傾斜水化物巖脈的發(fā)射器-接收器配置的一個實例。在此實例中，可假定巖脈120之間的間距相對可用于感測它們的HED天線的長度來說較小。在此情況下，作用在導電率為σ的介質(zhì)上的電場E將產(chǎn)生電流J＝σE(11)絕緣巖脈附近的電流趨向于平行于巖脈表面，且電流的幅度與投射到該表面上的電場成比例。該電流產(chǎn)生二次場，二次場保留有關(guān)傳導率各向異性的信息。該二次場可由接收器檢測。
此概念實現(xiàn)方案的一個實例示于圖12的頂視圖，向下看海底。應指出，水化物巖脈120可不與海底相交，但此處這樣示出是為了解釋和清晰起見。HED天線陣列示意為在虛線框158內(nèi)。按照一個實施例，發(fā)射器T1和T2可被交替激活，且接收器R1和R2可接收來自兩個發(fā)射器的信號。所得到的四個數(shù)據(jù)集表示為T1R1、T1R2、T2R1和T2R2。橫向電(TE)對T1和R1可具有垂直于移動方向160的公共軸。橫向磁(TM)對T2和R2可具有平行于移動方向160的公共軸。T1R2和T2R1組合是交叉偶極(分別為TX1和TX2)對。如圖12所示，移動方向可與巖脈120的走向成α角。
在一個實施例中，用TE極化可收集一條線或一組線，而用TM極化可收集另一條線或另一組線。傳導各向異性的幅度和方向可通過繪制TE響應對TM響應的曲線圖來確定。如果各向異性是相當大的，則主要傳導率方向α可由下式求出tanα=TETM---(12)]]>在另一實施例中，可以勘測一個網(wǎng)格(即可從所有四對發(fā)射器-接收器收集幾條數(shù)據(jù)線)，且所得的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化用于來自四個圖像的表面下散射電勢，即一個TE圖像，一個TM圖像和兩個TX圖像。
概言之，已對用于氣體水化物的勘探范例作了說明，這些范例至少部分基于特定的水化物聚集模型。具體地說，氣體水化物可形成在垂直或接近垂直的巖脈中，這些巖脈的走向平行于最大水平應力方向，且其傾角在沒有水化物時由摩擦角控制，或由儲集層最小水平應力方向控制。多個巖脈可以平行，或可形成人字形，但可以不等距。平行巖脈即使在間距不均時也可以起到波導作用，如上所述，其可使常規(guī)的地震勘測結(jié)果失真。此外，對于數(shù)據(jù)處理，常規(guī)EM勘測假定在海底中是各向同性的水平傳導率，這樣在存在有這種巖脈巖層時就很難或不可能正確解讀EM信號。本發(fā)明的實施例針對地震和/或電磁勘測技術(shù)，這些技術(shù)能夠檢測氣體水化物巖脈，并還考慮了地質(zhì)和地質(zhì)力學論證，以便提高發(fā)現(xiàn)商業(yè)上有用的水化物沉積的可能性。一個實例包括能夠?qū)r脈成像的海底變偏垂直地震剖面方法，如上所述。另一實例包括適合于檢測表面下水平各向異性的EM勘測技術(shù)，如上所述。這些技術(shù)可單獨或組合使用以檢測和/或量化海洋氣體水化物的聚集。
至此已對本發(fā)明的數(shù)個方面和實施例作了說明，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，修改和/或改進是顯而易見的，而且應是本公開內(nèi)容的一部分。應理解，本發(fā)明不限于本文所述的具體實例，且本發(fā)明的原理可用于各種各樣的應用中。所以，上述說明僅是用舉例的方式說明，且包括對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的修改和改進。本發(fā)明的范圍應由所附權(quán)利要求及其等效物的正確構(gòu)建來確定。
權(quán)利要求
1.一種檢測氣體水化物的方法，所述方法包含使用垂直地震剖面技術(shù)收集關(guān)于區(qū)域的地震數(shù)據(jù)；以及至少部分基于所述地震數(shù)據(jù)表征至少一個水化物巖脈巖層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中表征所述至少一個水化物巖脈巖層包括估計水化物巖脈的傾角和走向中的至少一項。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中收集所述地震數(shù)據(jù)包括將至少一個地震接收器設置在所述區(qū)域內(nèi)的井中；在距所述井第一距離的第一位置處激活海底地震源，以產(chǎn)生入射到所述至少一個水化物巖層上的波；用所述至少一個接收器記錄從所述至少一個水化物巖脈巖層反射的波能量；將所述海底地震源移動到距所述井第二距離的第二位置；以及重復激活所述地震源和記錄反射的波能量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中收集所述地震數(shù)據(jù)包括將至少一個地震接收器設置在所述區(qū)域內(nèi)的井中；在距所述井第一距離的第一位置處激活海底地震源，以產(chǎn)生入射到所述至少一個水化物巖脈巖層上的波；用所述至少一個接收器記錄從所述至少一個水化物巖脈巖層反射的波能量；在所述井中垂直移動所述至少一個接收器，其移動量足以實現(xiàn)預定的空間采樣分辨率；以及重復激活所述地震源和記錄反射的波能量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中收集所述地震數(shù)據(jù)還包括將所述海底地震源移動到距所述井第二距離的第二位置；以及再次重復激活所述地震源和記錄反射的波能量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中移動所述至少一個接收器是在移動所述海底地震源之前執(zhí)行的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含收集有關(guān)所述區(qū)域的地質(zhì)信息；以及至少部分基于所述地質(zhì)信息確定在所述區(qū)域中值得注意的水化物存在的可能性。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息包含標識氣體水化物穩(wěn)定帶的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息還包含確定在所述氣體水化物穩(wěn)定帶下面存在相當大的氣體源。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息還包含確定存在至少一個斷層或斷裂從所述氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到所述氣體水化物穩(wěn)定帶中。
11.一種檢測氣體水化物的方法，所述方法包含使用電磁勘測技術(shù)收集關(guān)于區(qū)域的數(shù)據(jù)；以及至少部分基于所述數(shù)據(jù)表征至少一個水化物巖脈巖層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中收集所述數(shù)據(jù)包括使用適合于檢測宏觀海底下電各向異性的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行所述區(qū)域的電磁勘測。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中在該地點執(zhí)行所述電磁勘測包括使用包括交叉偶極-偶極天線陣列的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行所述區(qū)域的電磁勘測。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中收集所述數(shù)據(jù)包括估計所述區(qū)域中最大水平應力的方向；在所述地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向平行于所述最大水平應力方向的第一方向拖曳，以收集第一數(shù)據(jù)；在所述地點上將所述發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向垂直于第一方向的第二方向拖曳，以收集第二數(shù)據(jù)；以及比較第一和第二數(shù)據(jù)，以檢測表面下的宏觀電各向異性的證據(jù)。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含收集有關(guān)所述區(qū)域的地質(zhì)信息；以及至少部分基于所述地質(zhì)信息確定所述區(qū)域中值得注意的水化物存在的可能性。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息包含標識氣體水化物穩(wěn)定帶的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息還包含確定在所述氣體水化物穩(wěn)定帶下面存在相當大的氣體源。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中收集所述地質(zhì)信息還包含確定存在至少一個斷層或斷裂從所述氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到所述氣體水化物穩(wěn)定帶中。
19.一種用于檢測海洋氣體水化物的勘探方法，包含基于可能存在水化物巖脈的地質(zhì)指示選擇勘探地點；使用地震勘測技術(shù)和電磁勘測技術(shù)中的至少一種來勘測所述勘探地點，以收集關(guān)于所述勘探地點的數(shù)據(jù)；以及基于說明所述可能存在水化物巖脈的地球模型來處理所述數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的勘探方法，其中選擇所述勘探地點包含基于存在氣體水化物穩(wěn)定帶的地理指示、位于所述氣體水化物穩(wěn)定帶下的氣體源、以及至少一個能將高流量氣體輸送到所述氣體水化物穩(wěn)定帶中的通道，來選擇所述勘探地點。
21.如權(quán)利要求19所述的勘探方法，其中勘測所述勘探地點包括使用變偏垂直地震剖面技術(shù)來勘測所述勘探地點。
22.如權(quán)利要求19所述的勘探方法，其中勘測所述勘探地點包括使用適合于檢測宏觀海底下電各向異性的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行所述勘探地點的電磁勘測。
23.如權(quán)利要求22所述的勘探方法，其中勘測所述勘探地點包括使用包括交叉偶極-偶極天線陣列的發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行所述勘探地點的電磁勘測。
24.如權(quán)利要求22所述的勘探方法，其中勘測所述勘探地點包括使用發(fā)射器和接收器系統(tǒng)執(zhí)行所述勘探地點的電磁勘測，所述發(fā)射器和接收器系統(tǒng)包含水平電偶極天線陣列，包括至少兩個發(fā)射器天線和至少兩個接收器天線；并且其中所述天線布置成提供至少四對發(fā)射器-接收器，包括橫向電對和橫向磁對。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其中勘測所述勘探地點包括激活最接近海底的地震源，所述地震源適合于產(chǎn)生斯通利波和剪切波；并且其中處理所述數(shù)據(jù)的步驟包括分析沿所述海底折射的所述斯通利波和剪切波，以檢測方位角各向異性的證據(jù)。
26.一種檢測海洋氣體水化物沉積的方法，所述方法包含基于可能存在相當大量的氣體水化物而不是存在似海底反射層的地質(zhì)指示，來選擇要勘測的地點；以及對所述地點執(zhí)行電磁勘測和地震勘測中的至少一項，以獲得海底下水平傳導各向異性的證據(jù)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包含確定所述地點的應力張量。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中執(zhí)行所述電磁勘測包含基于所述應力張量，估計所述地點表面下的最大水平應力方向；在所述地點上將發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向平行于所述最大水平應力方向的第一方向拖曳，以收集第一數(shù)據(jù)；在所述地點上將所述發(fā)射器-接收器系統(tǒng)向垂直于第一方向的第二方向拖曳，以收集第二數(shù)據(jù)；以及比較第一和第二數(shù)據(jù)以檢測所述表面下的宏觀電各向異性的證據(jù)。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中執(zhí)行所述地震勘測包含使用變偏垂直地震剖面技術(shù)勘測所述地點。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，其中選擇所述地點包括基于存在海底下氣體水化物穩(wěn)定帶以及存在斷層和斷裂中的至少一個從所述氣體水化物穩(wěn)定帶下面延伸到所述氣體水化物穩(wěn)定帶中，來選擇所述地點。
31.一種適合于在海洋環(huán)境中檢測氣體水化物巖脈的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含勘測設備，配置成收集來自勘探地點的數(shù)據(jù)；以及處理器，配置成按照說明存在所述氣體水化物巖脈的地球模型來分析來自所述勘探地點的數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述勘測設備包含配置成檢測海底下水平傳導各向異性證據(jù)的電磁勘測系統(tǒng)。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述電磁勘測系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器天線的交叉-偶極陣列。
34.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述勘測設備包含地震勘測系統(tǒng)，所述地震勘測系統(tǒng)包括最接近于所述海底的地震源和至少一個地震接收器，并且其中所述數(shù)據(jù)是地震反射數(shù)據(jù)。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個地震接收器位于設置在所述勘探地點內(nèi)的鉆孔中；并且其中所述地震勘測系統(tǒng)配置成執(zhí)行變偏垂直地震剖面勘測。
36.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述地球模型說明存在一系列平行氣體水化物巖脈，并且其中所述地震勘測系統(tǒng)配置成工作在為實現(xiàn)足夠的分辨率而選擇的頻率下，以檢測所述一系列平行水化物巖脈中各個水化物巖脈的寬度和所述一系列平行水化物巖脈中各個水化物巖脈之間的間距中的至少一項。
全文摘要
一種利用電磁或地震勘測檢測和/或表征氣體水化物沉積的勘探范例，它說明氣體水化物可聚集在垂直或接近垂直的巖脈中的可能性。諸如存在有氣體水化物穩(wěn)定帶、在氣體水化物穩(wěn)定帶下面存在有(或存在過)豐富氣體源的指示、以及高流量氣體能被輸送到氣體水化物穩(wěn)定帶中的指示等地質(zhì)因素可考慮作為勘探策略的一部分。可使用地震技術(shù)，例如變偏垂直地震剖面技術(shù)，或適合于檢測存在有垂直或接近垂直巖脈的電磁勘測，來收集數(shù)據(jù)。在一個實例中，數(shù)據(jù)處理和獲取技術(shù)可適合于檢測水化物巖脈，并且不假定水平各向同性的地球模型。
文檔編號G01V1/38GK101071177SQ200710106318
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者R·克萊因伯格, J·B·U·哈爾多森 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司