冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统

1.本发明涉及地球化学地球物理勘探领域，特别是涉及一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统。


背景技术：

2.目前，气候变暖已经引起青藏高原冻土层的减薄和冻融层加厚，导致冻土层通透性等物理特性改变，使得原本冻土层封闭的一些温室气体(ch4)的释放，加速全球气候变暖。目前，在多年冻土区已经发现有大量的天然气水合物，其稳定性已经发生过局部变化且还正处于一种临界稳定状态，在全球变暖的背景下，此种状态下的天然气水合物将对环境构成一种致命的威胁，已成为国际上天然气水合物资源环境研究的一个重要内容。因此，开展冻土层对天然气水合物分解烃的封盖性研究已成为冻土区环境效应研究的一个重要方面。
3.关于天然气水合物分解烃的研究主要集中海域，如南海、墨西哥湾、北极等地区。采用的方法主要包括声学探测、地震探测等地球物理方法，主要围绕麻坑或泥火山等特殊地貌，开展地貌形态测量、渗漏有关的地震反射特征等。此外，利用钻井取芯分析实验，测定沉积柱样中沉积物吸附气体和孔隙水中的溶解气体的成分、ch4的δ
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c值、孔隙水中so2等离子的浓度随深度的变化等对流体渗漏进行分析。
4.陆域冻土区，由于上覆沉积物成岩作用持续时间长，岩石致密、渗透率低，地表相对缺乏烃类渗漏相关的典型地貌标志，有学者尝试采用astetr卫星遥感波段比值技术开展油气渗漏相关的地表影像异常信息提取。此外，由于水合物分解烃类逸散的速率较慢、与地表和浅地层的微生物和细菌发生生物化学和化学作用不强烈，与渗漏有关的次生矿物在地表富集现象不明显，主要在钻孔中天然气水合物层段中可见多种碳酸盐、黄铁矿等。在地表主要通过检测近地表土壤中是否有热解成因的甲烷，证明深部烃源岩形成的烃类物质沿断裂构造垂向迁移至近地表。
5.综上所述，现阶段的针对烃类渗漏的方法主要采用油气地球化学、遥感等方法，主要是识别是否存在热成因烃类渗漏，但未将烃类逸散的路径、冻土层厚度的封盖性等方面进行考虑，因此，亟需提出一种冻土层对天然气水合物分解烃类的封盖性评估方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统，可快速评估冻土层对水合物分解烃类封盖性能。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.第一方面，本发明提供了一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，包括：
9.步骤1：获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；
10.步骤2：确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂
构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；
11.步骤3：在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；
12.步骤4：利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；
13.步骤5：若有，则确定热成熟烃混入的深度；
14.步骤6：根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。
15.可选的，所述步骤1中，利用音频大地电磁探测仪确定研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征。
16.可选的，所述音频大地电磁探测仪采用五分量张量观测，采样点距为50～100m，采样频段为10000～1hz，电极距为50～100m，记录时长大于40分钟，测量施工选择夏季阴天或多云天气，测量施工在中午12点后进行。
17.可选的，所述步骤2中利用探地雷达的波场不连续性确定冻土层浅部断裂构造特征。
18.可选的，所述探地雷达基于hht方法的弱信号提取技术进行数据处理，中心工作频率为5～15mhz，采样率为100mbps，收发方式为光纤同步，收发距为2～10m，测量方式为点测或连续测量，采样点数为256～4096，采样频率为0.5ghz。
19.可选的，所述步骤3中利用浅钻从腐殖层以下开始取样，取样间隔设置为50-200cm，样品放置于试剂瓶。
20.可选的，利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入具体包括以下步骤：
21.将粘土样品风干后，置于索式抽提中连续抽提72小时；
22.利用硅胶氧化铝柱进行柱色层分离，得到饱和烃组分；
23.采用气相色谱-质谱联用仪进行测试，色谱柱为hp-55熔融石英毛细管柱，进样口温度为310℃，连接线温度为280℃，柱起始温度50℃，以15℃/min升至100℃，以4℃/min升至300℃，恒温20min；载气为氦气，不分流进样，恒流模式，柱流速1ml/min；质谱分析采用ei电离方式，离子源温度310 ℃，扫描方式为全扫描和选择离子扫描。
24.第二方面，基于本发明中的上述方法，本发明另外提供了一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定系统，所述系统包括：
25.冻土层厚度及深部断裂构造特征获取模块，用于获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；
26.冻土层浅部断裂构造特征确定模块，用于确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；
27.取样模块，用于在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；
28.判断模块，用于利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；
29.热成熟烃混入的深度确定模块，用于若有时，则确定热成熟烃混入的最小深度；
30.封盖性确定模块，用于根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、热成熟烃混入的最小深度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。
31.第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据上述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法。
32.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法。
33.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
34.本发明所提供的一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统，综合地球物理探测技术、浅钻、分子地球化学分析技术等，确定天然气水合物分解烃的逸散路径，实现了快速评估冻土层对水合物分解烃类封盖性能；本发明所有测量过程均采用地面测量识别技术，测量成本低，测量操作简单易行；本发明方法为评估冻土层封盖性提供了新思路，有利于高原冻土层厚度变化的环境效应监测，为青藏高原生态管护提供了技术支撑。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明所提供的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法流程图；
37.图2为本发明所提供的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定系统结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统，可快速评估冻土层对水合物分解烃类封盖性能。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1所示，本发明中的提供了一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法所述方法包括：
42.步骤1：获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征。
43.具体的，首先选取调查研究区，开展音频大地电磁测深调查，点距100-200米，进行反演获得研究区的冻土底板厚度图和500米以浅的断裂构造特征，分析研究区内冻土层的发育情况及分布特征，确定深部断裂构造是否对冻土层底板具有控制作用。
44.音频大地电磁探测仪采用五分量张量观测，采样点距为50～100m，采样频段为
10000～1hz，电极距为50～100m，记录时长大于40分钟，测量施工应选择夏季阴天或多云天气，测量施工应在中午12点后进行。
45.步骤2：确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性。
46.低频探地雷达基于hht方法的弱信号提取技术进行数据处理，中心工作频率为5～15mhz，采样率为100mbps，收发方式为光纤同步，收发距为2～10m，测量方式为点测或连续测量，采样点数为256～4096，采样频率为0.5ghz。
47.步骤3：在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品。
48.具体的利用浅钻从腐殖层以下开始取样，取样间隔设置为50-200cm，样品放置在试剂瓶。
49.步骤4：利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入。
50.步骤5：若有，则确定热成熟烃混入的最小深度。
51.具体的，是利用地球化学指标明确热成熟烃向上混入的最小埋深或最小深度，从而计算未发生热成熟烃混入的那一段的动图的厚度（即，地表至开始出现热成熟烃的深度）
52.取样完毕后，将粘土样品风干后，置于索式抽提中连续抽提72小时，然后用硅胶氧化铝柱（硅胶：氧化铝为4：1）进行柱色层分离，得到饱和烃组分后，采用气相色谱-质谱联用仪（6890n/5995msd，gc-ms）进行测试，色谱柱为hp-55熔融石英毛细管柱（30m
×
0.25mm
×
0.25μm），进样口温度310℃，连接线温度：280℃，柱起始温度50℃，以15℃/min升至100℃，以4℃/min升至300℃，恒温20min；载气为氦气，不分流进样，恒流模式，柱流速1ml/min；质谱分析采用ei电离方式，离子源温度310℃，扫描方式为全扫描和选择离子扫描。
53.步骤6：根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。
54.为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定系统，如图2所示，本发明中的系统包括：
55.冻土层厚度及深部断裂构造特征获取模块201，用于获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；
56.冻土层浅部断裂构造特征确定模块202，用于确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；
57.取样模块203，用于在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；
58.判断模块204，用于利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；
59.热成熟烃混入的深度确定模块205，用于若有时，则确定热成熟烃混入的最小深度；
60.封盖性确定模块206，用于根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、热成熟烃混入的最小深度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。
61.另外，本发明实施例还提供一种计算机刻度存储介质，其存储有计算机程序，该计
算机程序被处理器执行时实现上述实施例的一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定系统方法。
62.基于上述描述，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的计算机存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
63.综上所示，本发明提出了一种冻土层对天然气水合物分解烃类的封盖性评估方法，综合地球物理探测技术、浅钻、分子地球化学分析技术等，确定天然气水合物分解烃的逸散路径，实现了快速评估冻土层对水合物分解烃类封盖性能；本发明所有测量过程均采用地面测量识别技术，测量成本低，测量操作简单易行；本发明方法为评估冻土层封盖性提供了新思路，有利于高原冻土层厚度变化的环境效应监测，为青藏高原生态管护提供了技术支撑。
64.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
65.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，包括：步骤1：获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；步骤2：确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；步骤3：在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；步骤4：利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；步骤5：若有，则确定热成熟烃混入的最小深度；步骤6：根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、热成熟烃混入的最小深度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。2.根据权利要求1所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，所述步骤1中，利用音频大地电磁探测仪确定研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征。3.根据权利要求2所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，所述音频大地电磁探测仪采用五分量张量观测，采样点距为50～100m，采样频段为10000～1hz，电极距为50～100m，记录时长大于40分钟，测量施工选择夏季阴天或多云天气，测量施工在中午12点后进行。4.根据权利要求1所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，所述步骤2中利用探地雷达的波场不连续性确定冻土层浅部断裂构造特征。5.根据权利要求4所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，所述探地雷达基于hht方法的弱信号提取技术进行数据处理，中心工作频率为5～15mhz，采样率为100mbps，收发方式为光纤同步，收发距为2～10m，测量方式为点测或连续测量，采样点数为256～4096，采样频率为0.5ghz。6.根据权利要求1所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，所述步骤3中利用浅钻从腐殖层以下开始取样，取样间隔设置为50-200cm，样品放置于试剂瓶。7.根据权利要求1所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法，其特征在于，利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入具体包括以下步骤：将粘土样品风干后，置于索式抽提中连续抽提72小时；利用硅胶氧化铝柱进行柱色层分离，得到饱和烃组分；采用气相色谱-质谱联用仪进行测试，色谱柱为hp-55熔融石英毛细管柱，进样口温度为310℃，连接线温度为280℃，柱起始温度50℃，以15℃/min升至100℃，以4℃/min升至300℃，恒温20min；载气为氦气，不分流进样，恒流模式，柱流速1ml/min；质谱分析采用ei电离方式，离子源温度310 ℃，扫描方式为全扫描和选择离子扫描。8.一种冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定系统，其特征在于，所述系统包括：冻土层厚度及深部断裂构造特征获取模块，用于获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；冻土层浅部断裂构造特征确定模块，用于确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰
减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；取样模块，用于在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；判断模块，用于利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；热成熟烃混入的深度确定模块，用于若有时，则确定热成熟烃混入的最小深度；封盖性确定模块，用于根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、热成熟烃混入的最小深度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至7中任一项所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的冻土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法。

技术总结
本发明公开一种土层对天然气水合物分解烃封盖性确定方法及系统，涉及地球化学地球物理勘探领域，包括，获取研究区中冻土层厚度和冻土层深部断裂构造特征；确定研究区中浅层雷达波横向的连续性和衰减特征，确定冻土层浅部断裂构造特征，并确定深部断裂构造与浅部断裂构造的连通性；在所述研究区中，沿冻土层厚度自小增大间隔进行浅钻取样，得到样品；利用气相色谱-质谱联用仪对所述样品进行分析，判断冻土层中是否有热成熟烃的混入；若有，则确定热成熟烃混入的最小深度；根据混入热成熟烃区域的冻土层厚度、热成熟烃混入的最小深度、深部断裂构造特征和浅部断裂构造特征，确定冻土层的封盖性。本发明中的上述方法能够有效识别冻土层的封盖性。冻土层的封盖性。冻土层的封盖性。


技术研发人员：张鹏辉 何大双 杜炳锐 何梅兴 王小江
受保护的技术使用者：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/9/9