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深水拖曳式大功率时频发射与多链缆多分量电磁探测系统

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地球物理学报 2022年第9期65卷 3664-3673页

作者：王猛邓明余平殷长春陈凯罗贤虎中国地质大学(北京) 北京100083 广州海洋地质调查局广州511458 吉林大学长春130026

海洋可控源电磁探测方法是目前海洋油气资源勘探和海底地质构造调查中不可或缺的物探手段之一.本文研究的深水拖曳式大功率时频电磁发射与多链缆多分量电磁探测系统,是深水双船拖曳式可控源海洋电磁勘探系统的关键组成部分.发射系统利... 详细信息

海洋可控源电磁探测方法是目前海洋油气资源勘探和海底地质构造调查中不可或缺的物探手段之一.本文研究的深水拖曳式大功率时频电磁发射与多链缆多分量电磁探测系统,是深水双船拖曳式可控源海洋电磁勘探系统的关键组成部分.发射系统利用深拖缆实现了电能在复杂海洋环境下长距离、大功率和低损耗传输,基于大功率变流拓扑结构攻克了2000 A量级、0.01~16 Hz可控的时频域大电流冲击脉冲发射;接收系统建立了主节点与最多5个从节点的数据链接,单个从节点记录到了三轴正交的电磁场分量以及运动姿态信息.海洋试验表明,深水双船拖曳式海洋可控源电磁勘探系统借助发射系统与接收系统之间的时间同步、时频观测、可变收发距和观测装置等技术优势,显著提升了数据质量和有效的数据数量,为后续处理和反演提供了硬件支撑.经过海上试验,整套系统的技术性能得到多次验证,未来有望在深水油气、天然气水合物和海底硫化物等资源勘查以及海底地质构造调查领域获得广泛应用.

关键词：海洋可控源电磁法系统设计大功率电磁发射系统多链缆多分量电磁采集系统海洋试验

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海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

地球物理学报 2017年第11期60卷 4262-4272页

作者：陈凯景建恩赵庆献罗贤虎涂广红王猛中国地质大学(北京) 北京100083 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室北京100083 广州海洋地质调查局广州510760

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发... 详细信息

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.

关键词：海洋可控源电磁法海底可控源电磁接收机天然气水合物琼东南盆地

新型坐底式海洋可控源电磁发射系统及其海试应用

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地球物理学报 2017年第11期60卷 4253-4261页

作者：王猛邓明伍忠良罗贤虎景建恩陈凯中国地质大学(北京) 北京100083 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室(中国地质大学北京) 北京100083 广州海洋地质调查局广州510075

利用拖曳式海洋可控源电磁发射系统在探测埋藏较浅的天然气水合物资源时,会遇到一些新问题.如拖曳式轴向发射偶极源不能贴紧海底,发射偶极源和海底间海水的电磁衰减,使得10 Hz以上的相对高频能量难以导入至海底以下介质;发射偶极源有可... 详细信息

利用拖曳式海洋可控源电磁发射系统在探测埋藏较浅的天然气水合物资源时,会遇到一些新问题.如拖曳式轴向发射偶极源不能贴紧海底,发射偶极源和海底间海水的电磁衰减,使得10 Hz以上的相对高频能量难以导入至海底以下介质;发射偶极源有可能出现水平或垂向摆动;拖曳式发射时,时间窗口内叠加的数据有限;拖曳路线可能与海底构造走向平行,不利于揭示探测目标体的异常形态.新型坐底式发射系统有望解决上述问题.坐底式发射系统的硬件部分包括甲板端供电和监控单元、长距离电力和数据通信单元,以及水下发射机主体.新型坐底式发射系统的发射电极紧贴海底,没有海水层衰减,有利于相对高频的人工源电磁信号经过海底以下介质传输至接收端;通过超短基线信标更容易精确定位发射机拖体,利用姿态方位参考系统确定发射电极的供电方向,可以精确校正电偶源水平偏角的影响;增加单点供电时间,提高接收信号信噪比;提供两对电偶极源,从两个相互垂直的方向对异常体进行人工源激发.2015年海洋试验的结果表明,坐底式与拖曳式发射系统联合作业,可从多角度对海底异常体进行宽频带电磁激发,为数据采集提供丰富的场源信息.

关键词：海洋可控源电磁法坐底式发射系统水平正交电偶极源天然气水合物海洋试验

琼东南盆地天然气水合物及其成藏模式的海洋可控源电磁研究

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地球物理学报 2018年第11期61卷 4677-4689页

作者：景建恩赵庆献邓明罗贤虎陈凯王猛涂广红中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 广州海洋地质调查局广州510760 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室(中国地质大学北京)北京100083

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射(BSR, bottom simulating reflector)的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水... 详细信息

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射(BSR, bottom simulating reflector)的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究,本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验,将自主研发的10台接收机以500 m的间距,投放至水深约为1360 m的海底,完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维(2D)反演,获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示,研究区海底60～330 mbsf (meter bottom of seafloor)的地层中,存在多个横向不连续分布的高阻异常体,电阻率介于2～10Ωm之间;在海底330 mbsf之下,横向上发育了电阻率为2～4Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件,本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带(GHSZ, gas hydrate stability zone)厚度,结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上,对反演的电阻率断面进行解释,推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明,勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件,其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型",水合物的气源为生物成因气.

关键词：南海琼东南盆地天然气水合物成藏模式海洋可控源电磁法 2D反演

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系列化的海洋地热流探测技术获得突破

中国地质 2017年第3期44卷 621-622页

作者：徐行罗贤虎彭登陈爱华广州海洋地质调查局

海洋地热流表征地壳的活动性及发生于其中的各种能量转化制约着海底各个不同尺度圈层之间的地质、地球化学和地球物理过程。因此，研究地热流值的时空分布特征不仅是认识地球内部热状态的重要地学研究方法，也是认识石油、天然气和天然... 详细信息

海洋地热流表征地壳的活动性及发生于其中的各种能量转化制约着海底各个不同尺度圈层之间的地质、地球化学和地球物理过程。因此，研究地热流值的时空分布特征不仅是认识地球内部热状态的重要地学研究方法，也是认识石油、天然气和天然气水合物资源形成、演化状态与评价其资源的关键依据。自“十五”以来，中国地质调查局广州海洋地质调查局局地热流探测科研团队与国内高校科研机构合作，致力于研发海洋地热流探测技术。以海洋地质区调、深海油气和天然气水合物资源调查中的技术需要为导向，开展技术创新，先后研发多通道海底原位热流探测系统（简称“剑鱼”探针）、微型温度记录仪（简称“飞鱼”探针）、八通道海底沉积物热导率测量仪（简称“章鱼”热导率仪）和海底机器人（HOV和ROV）专用的地热流探针（简称“针鱼”探针），形成了具有我国自主知识产权的、系列化的海洋地热流探测技术，如图1和图2所示。

关键词：广州海洋地质调查局技术创新地热流探测天然气水合物资源海底机器人中国地质调查局时空分布特征

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海底流体渗漏区的热流探测技术与方法

地球科学（中国地质大学学报） 2016年第10期41卷 1794-1802页

作者：陈爱华徐行罗贤虎彭登于彦江国土资源部海底矿产资源重点实验室广东广州510760 中国地质调查局广州海洋地质调查局广东广州510760

海底流体渗漏区往往伴随着丰富的海底资源,但具有区域较小、流体渗漏比较活跃、地质背景复杂等特点.为了更好地研究流体流动特征和富集资源等复杂问题,需要精细测量海底流体渗漏区的热流.通过总结各种热流探针的技术特点及海底流体渗漏... 详细信息

海底流体渗漏区往往伴随着丰富的海底资源,但具有区域较小、流体渗漏比较活跃、地质背景复杂等特点.为了更好地研究流体流动特征和富集资源等复杂问题,需要精细测量海底流体渗漏区的热流.通过总结各种热流探针的技术特点及海底流体渗漏区的热流特征,并结合最新的海洋地质调查发现,由机械手操控的热流探针,可以快速、准确地测量地质背景复杂的海底流体渗漏区的热状态.

关键词：海底热流测量机械手操控的热流探针常规热流探针海底流体渗漏区海洋地质

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南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

地球物理学报 2010年第9期53卷 2161-2170页

作者：李亚敏罗贤虎徐行杨小秋施小斌中国科学院边缘海地质重点实验室中国科学院南海海洋研究所广州510301 中国科学院研究生院北京100049 广州海洋地质调查局广州510760

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐... 详细信息

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3和99.9℃·km,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m^(-2);白云凹陷中部区域1 3个站位测得表层地温梯度变化于58.5～100.7℃·km^(-1),热流值除4个站位低于70 mW·m^(-2)外,其余都变化于75土2～101±4 mW·m^(-2)范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.

关键词：南海北部陆坡海底原位热流热导率地温梯度天然气水合物

南海北康盆地热流分布特征及其构造控制因素探讨

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地质学报 2017年第8期91卷 1720-1728页

作者：陈爱华徐行罗贤虎廖开训彭登广州海洋地质调查局国土资源部海底矿产资源重点实验室广州510760

热流是天然气水合物储量估算和油气资源评价的基础数据。南海实测热流数据虽然多,但分布不均。为深入认识北康盆地的热流特征,本文首先利用北康盆地获得的实测热流数据和前人研究成果,绘制了北康盆地热流分布图;根据热流和地温梯度变化... 详细信息

热流是天然气水合物储量估算和油气资源评价的基础数据。南海实测热流数据虽然多,但分布不均。为深入认识北康盆地的热流特征,本文首先利用北康盆地获得的实测热流数据和前人研究成果,绘制了北康盆地热流分布图;根据热流和地温梯度变化特征,重点讨论了北康盆地热流异常区的成因机制,并根据区域地质构造背景,对北康盆地热流分布主要的控制因素进行了简要分析。数据统计结果表明:北康盆地热流变化范围为43.0~115.0mW/m^2,平均为76.8±21.7 mW/m^2;地温梯度变化范围为49.0~133.1℃/km,平均地温梯度为82.2±22.4℃/km。热流整体偏高,具有西高东低,南部高、东南部热流最低的热流特征,且在盆地西北部具有明显的热流异常。分析认为:(1)热流异常区中B区是由于海底高导层埋深影响,A区和C区是由海底流体渗漏区的地下水循环导致热流异常,推测A区为补给区,C区为排泄区;(2)北康盆地热流分布明显受构造作用的控制。西北部及南部受廷贾断裂控制,而东南部为古俯冲带及古洋陆过渡带,西高东低的热流分布特征还与盆地经历的3次快速沉降作用有关,但北康盆地拉张的构造背景引起整体热流值偏高。这对北康盆地油气和天然气水合物的研究均有重要意义。

关键词：北康盆地海底热流地温梯度流体渗漏区拉张南海

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中国首次试采天然气水合物成功

中国地质 2017年第3期44卷 620-621页

作者：徐行罗贤虎彭登陈爱华广州海洋地质调查局

天然气水合物是甲烷和水分子在低温高压下结合的化合物，1m3的天然气水合物分解后，可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，能量密度高，资源潜力巨大。据估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，甚至认为它是能够满足... 详细信息

天然气水合物是甲烷和水分子在低温高压下结合的化合物，1m3的天然气水合物分解后，可释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，能量密度高，资源潜力巨大。据估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，甚至认为它是能够满足人类使用1000年的新能源，是今后替代石油、煤等传统能源的首选。2017年5月10—18日，中国地质调查局在中国南海北部神狐海域首次对天然气水合物（可燃冰）进行工业化试采。试采地点水深1266m，天然气水合物储层位于海底以下203~277m。天然气最高产量达3.5万m3/d，平均日产超过1万m3，其中甲烷含量最高达99.5%，连续7d零19h稳定产气，天然气水合物试采成功。试采安全评估和环境监测结果显示，监测结果显示，周围地层无明显变化，海水及周边大气等甲烷浓度无异常，环境无污染，未发生地质灾害。取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。

关键词：天然气水合物中国地质调查局试采环境安全甲烷含量监测结果能量密度资源潜力