海底沉积物声学原位测量方法与南海天然气水合物勘探的应用研究.pdf

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1、第30卷第4期2011年12月海洋技术OCEANTECHNOLOGYV01．30．No．4Dee，2011海底沉积物声学原位测量方法与南海天然气水合物勘探的应用研究邹大鹏1．一．阎贫1(1．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，广东广州510301；2．广东工业大学机电学院。广东广州510006)擒耍：研究原位测量技术中表层沉积物声学原位测量技术、声波测井技术和OBS测量技术的特点和差异，得出3种技术的分辨率虽然依次降低，但测量尺度依次增大。可以应用不同深度和结构层序的海底沉积物声学物理性质研究

2、。3种原位测量技术基于海底原位状态，可以测得海底沉积物的纵波和横波特性，通过比较纵波特性、纵横波速比和计算泊松比可以提高沉积物中分辨出天然气水舍物的精度。基于OBS测量技术可以同时实现水舍物的勘探与监测．基于表层沉积物声学原住测量技术和声波测井技术可以同时实现原位测量和采样，3种技术结合可以促进南海天然气水合物勘探与监控的实际应用。关t词：原住测量；声波测井；沉积物；天然气水合物；海底地震仪中圈分类号：P736：P733．23文献标志码：A文章编号：1003—2029(2011)04．0109—05海底沉积物是水声

3、传播的下边界，又是海底声波传播的上边界，其声学特性研究在海洋军事环境、海洋工程建设、海底资源勘探开发以及海底环境监测等领域具有重要的应用价值。目前，在南海主要通过声学遥测方法和海底沉积物取样样品的实验室测量方法获得海底沉积物的声学特性fl-41。其中。声学遥测方法透过海水获得海底沉积物的反射和折射特征，其声学特性的分析基础依据于实验室测鼍数据。实验室测量方法由于采集和运输等振动引起沉积物结构变化，以及脱离海底原位状态环境，温度和压力等环境发生很大变化，存在的测量误差不可估计删。为了获得海底沉积物原位声学特性。将原位

4、测量技术应用于海底测量海底沉积物声学特性Mn，从而消除实验室测量存在的扰动误差，为声学遥测方法分析和反演提供原位声学数据。本文研究原位声学测量法中表层沉积物声学原位测量技术、声波测井技术和OBS测量技术的特点、差异和应用，并着重探讨3种技术在天然气水合物勘探与监控方面的应用，为不断提升海底沉积物的声学测量精度、更好地应用于资源勘探等服务。1海底沉积物声学原位测量方法声学原位测量方法通过将声学测量仪器沉放到海底沉积物原位环境状态进行直接测量，获取沉积物最小扰动状态下的声学性质。原位声学测量要求测量仪器具有密封性、能够

5、承受测量深度上的水压、一发多收、具有一定自控功能。根据海底沉积物声学特性测量方式和方法的差异，已经发展了多种测量仪器和技术。在狭义上，声学原位测量方法是指表层沉积物声学原位测量技术的应用方法，在广义上还包括地球物理勘探方法中的声波测井和海底地震仪(OBS)测量法。1．1裹层沉积物声学原位测量技术表层沉积物声学原位测鼍技术通常用于海底表层声学性质探测。按照声波换能器的布置方式，可分为原位声学竖直测量法和原位声学水平测量法。前者发射和接收换能器沿沉积物纵深方向排列，而后者则沿同一水平面排列，如图1。声学长矛[a-]ol

6、属于竖直排列声波换能器，通常可以测量不超过10m的纵深方向沉积物声学特性，用来研究沉积物的纵深声速梯度、分层性和资源的埋深分布。SAPPA【7}、ISSAMS[1-al、声学原位测量系统阳11等属于水平测量仪器，测量深度不超过2m，用来研究同一层面上的沉积物声学特性和均匀分布性。根据声学换能器承载体压入沉积物的方式不同，分为自重压人式和机械压人式。自重压入式㈣主要通过调节配莺来适应不同底质的沉积物测量，设备在沉入沉积物过程中因惯收稿日期：201l—07—22基金项目：中国科学院创新课题资助项目(Kzcx2-yw-2

7、28-1)；中国科学院声场声信息国家重点实验室资助项目(SKLOA201003)；国家自然科学基金资助项目(41106030)作者筒介：邹大鹏(1977一)，男，博士后，主要从事沉积声学、海洋工程的研究。E删lil：anthonyzou@126．c咖求·F布置声学换能器阵垃射换能群接收换能器海水海底沉积物(b)表层原位声学竖直测量法围l沉积物裹层原位声学水平和竖直测■法海洋技术性摩擦作用对沉积物产生了一定程度的扰动。液压压人式原位设备m1是机械压人式中的一种，其着底稳定后，通过液压力匀速缓慢推动声波换能器压人，对测

8、量iggl,物的扰动最小。按照声波激发频率多样性可分为多频测量和单频测量。多频测量嗍可以研究当前沉积声学中普遍探讨的速度和衰减随着测量频率不同而具有的频散现象。12海底沉积袖声波测井技术声波测井是油气勘探开发的重要手段f】¨41。海底沉积物声波测井是利用声波在海底沉积物中传播时，其幅度、速度和频率等声学特性的变化来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测