音频大地电磁测深(AMT)是以岩石的电性差异为基础来研究地层电性结构的有效探测方法。冻土区水合物具有显著的高阻特征，与围岩存在电性差异，AMT方法可用于冻土区水合物勘探评价。基于祁连山冻土区水合物储层的实际赋存地质特征，结合电阻率测井建立水合物储层的地电模型，采用有限单元法和非线性共轭梯度法数值模拟了AMT方法探测水合物储层的适用范围和最佳采集参数设置方案。当水合物储层孔隙度小于5%、水合物饱和度大于70%、赋存规模小于50 m、埋深超过500 m时，AMT方法难以识别与圈定水合物储层；在水合物可能赋存区域，效果最佳的采集参数为3倍区域宽度的测线长度、11个测点数、4个高频段(100～1000 Hz)的频点数。研究结果可为祁连山冻土区水合物电法勘探提供理论依据和技术支撑。

水合物饱和度参数的准确计算对于水合物资源量的评价至关重要。本文提出利用超声波测井资料与等效介质模型相结合的方法,可有效评价祁连山冻土区孔隙型水合物储层水合物饱和度变化特征,并在典型孔隙型水合物钻孔DKXX-13进行了应用。基于等效介质理论的弹性波速度模型正演模拟的纵波速度相比基于双相介质理论的弹性波速度模型更加吻合实际测井纵波速度,可用于分析孔隙型水合物储层的纵波速度特征;通过正演模拟的纵波速度与实际测井纵波速度的对比,识别出X30.0～X30.2m、X30.3～X30.4m、X31.1～X31.6m、X31.7～X31.9m、X32.0～X32.2m井段存在水合物,水合物赋存井段地层的水合物饱和度变化范围为13.0%～85.0%,平均值为61.9%,与标准阿尔奇公式估算结果和现场岩芯测试结果基本一致。研究结果可为祁连山冻土区水合物地层测井评价与地震勘探提供理论依据和技术支撑。

本文综合木里地区已有地质、地震、钻井、测井资料,对冻土区天然气水合物储层进行了识别与预测。综合裂缝指示因子(the factor of fissure,FF)、有机质指示因子(the factor of carbon,FC)、钙质指示因子(the factor of calcareous matter,FCa)和水合物指示因子(the factor of gas hydrate,FH、FHD)4种指示因子,形成了利用测井资料进行冻土区天然气水合物识别的方法;根据地震资料频谱分析计算能力系数,在能量系数剖面上,含天然气水合物层段能量系数表现为"高—低—高"的特征。测井资料水合物储层指示因子和地震资料能量系数在冻土区天然气水合物储层识别中的应用,为冻土区天然气水合物资源评价提供技术支撑。

冻土厚度是影响永冻区天然气水合物形成及分布的重要因素,准确地划分多年冻土层底板深度对东北冻土区天然气水合物资源勘查具有重要意义。文中利用温度测井曲线对冻土层的响应特征,建立了地温模型,并对研究区的8个天然气水合物勘查孔的实测温度曲线进行了研究,结果表明:(1)温度测井曲线在冻土层底板处存在明显的拐点,拐点以上曲线斜率小于拐点以下曲线斜率,可用于准确划分冻土层底板深度;(2)钻孔涌水或井液平衡时间太短,会影响温度测井的准确性;(3)日照时间长短影响冻土层发育深度。

自2008年首次在中低纬度带青海木里地区发现天然气水合物以来,开展了一系列的地球物理与地球化学勘查工作,但该区的水合物储层呈现低孔低渗的特征,给勘探工作带来了诸多挑战。为了研究冻土区的天然气水合物模型的电性响应特征,开展了冻土区天然气水合物AMT正演模拟研究。针对木里地区天然气水合物薄层分布的特点,结合该区天然气水合物层测井电阻率值分布特征构建了砂岩与泥岩两类模型,通过对不同参数的两类模型开展AMT正演模拟与反演研究,得到了两类模型的电性响应特征,结果表明:当水合物层的厚度/埋藏深度和水合物层/围岩电阻率比值满足一定条件时,无论是砂岩模型还是泥岩模型,可通过一维反演曲线分辨水合物层;在木里地区水合物稳定带内,无论是砂岩模型还是泥岩模型,对于水合物层的电阻率为含水合物砂岩层、泥岩层的均值时,当其厚度/埋藏深度≥10%时,可通过一维反演曲线分辨水合物层;而当水合物层厚度/埋藏深度≤5%,则无法分辨水合物层。

基于青藏高原多年冻土区三个钻孔的地球物理测井数据和钻孔编录资料,我们对多年冻土厚度和多年冻土层内地下冰与地球物理测井数据之间的关系进行了相关的分析研究.研究表明,当地层为土壤类型时,可以使用井径和侧向测井曲线来判断多年冻土层厚度;而当地层为致密的基岩时,不能使用上述两种测井曲线来判断多年冻土层厚度.此外,还可以使用长源距伽马-伽马曲线和侧向测井曲线来识别多年冻土层内部分地下冰层的位置,其前提条件是地下冰层具有一定的厚度,或即使厚度较薄,但连续出现.这一研究结果对于利用地球物理测井曲线来调查多年冻土情况具有一定的应用价值.

岩性识别是天然气水合物储层测井评价的基础,准确的岩性识别结果可以为天然气水合物的勘探提供可靠的依据,在寻找天然气水合物和评估天然气水合物储量方面发挥着巨大的作用。针对漠河冻土区天然气水合物科学钻探-2孔(MK-2孔)的钻探情况,利用已钻井段地层的岩心资料和常规测井资料,分别采用交会图法和支持向量机法对研究区的地层开展了岩性识别研究。结果表明:研究区内有砂岩、泥岩、石灰岩、糜棱岩和泥质板岩5种岩石,其不同岩性的测井响应差异能够定性识别岩性;自然电位与电阻率测井参数的交会,能够有效的、定量识别研究区地层的岩性;支持向量机法所建立的岩性识别模型,对研究区地层的岩性识别率可达96.67%。所建立的测井识别方法较好地解决了该区地层岩性识别问题,也为类似地区的天然气水合物地层测井评价提供了一种重要的手段。

利用木里煤田聚乎更矿区四井田、哆嗦公马和雪霍立三个矿区53个孔的测井资料对该煤田季节冻土(岩)、多年冻土(岩)厚度、底(顶)界深度及分布特征进行研究,确定了季节冻土(岩)、多年冻土(岩)在井温曲线上的2种形态:"U"型及"L"型,并对其影响测井解释精度的因素进行了分析。根据简易井孔测温解释成果,绘制了3个区的多年冻土(岩)层等厚度三维图,总面积达72.54k㎡。三个研究区多年冻土(岩)厚度三维示意图显示,多年冻土(岩)在这3个井田内均有分布,在空间上呈连续似层状分布,但厚度变化较大。

祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程中采用电缆测井识别水合物储层,使用了三侧向、声波速度、自然伽马、长源距伽马伽马、井温、井径、井斜7种测井仪器,所获参数有利于确定天然气水合物的赋存位置。根据DK-1钻孔中获得水合物样品层段的测井曲线总结出水合物测井响应的特征,并参考国外的相关资料,对DK-1地层的孔隙度和天然气水合物饱和度进行了初步评价。结果表明,电阻率方法求出的地层孔隙度与岩心分析值较为接近,而用标准阿尔奇方程和修正的阿尔奇方程计算出的天然气水合物的饱和度值相差较大。因此,尚需对水合物岩心进行深入的分析测试,建立适当的岩石物理模型,来指导中国天然气水合物的测井评价。

在评价永久冻土区天然气水合物资源量时,沉积层孔隙中水合物饱和度的确定至关重要。总结了冻土区水合物饱和度评价方法,主要介绍了直接测试估算法、孔隙水地球化学估算法和地球物理测井估算法。在水合物饱和度估算过程中,每种方法都存在缺陷。因此,在对复杂的冻土沉积体系中水合物饱和度进行估算时,应根据实际情况选用一种以上的方法相互验证,以提高估算精度。