[发明专利]海域天然气水合物分解诱发海底滑坡的数值模拟预测方法

权利要求书

1.一种海域天然气水合物分解诱发海底滑坡的数值模拟预测方法，其特征在于，所述海域天然气水合物分解诱发海底滑坡的数值模拟预测方法通过建立研究区的天然气水合物体系分布模型，包括含水合物层和下伏游离气，利用数值模拟方法预测当水合物稳定条件发生变化时，BSR的上移的深度，确定水合物分解区域和体积；基于孔隙压力计算模型，并分析BSR下伏游离气随压力变化而发生的体积变化，计算BSR上移后天然气水合物分解造成的沉积物中有效应力的变化；并以摩尔-库伦强度准则为指导，采用有限元强度折减法计算斜坡的稳定性安全系数，定量预测稳定条件发生变化时发生的水合物分解是否能够诱发海底滑坡；

所述海域天然气水合物分解诱发海底滑坡的数值模拟预测方法具体包括

步骤①，在天然气水合物发育区选择具体的海底斜坡剖面，通过对地震剖面进行解释，识别出代表天然气水合物稳定底界的似海底反射层及下伏游离气区；

步骤②：根据剖面或邻区的钻测井信息，结合地震属性或反演结果，确定天然气水合物和下伏游离气FGZ的饱和度、垂向分布厚度、横向延伸距离，以及沉积物的孔隙度参数，建立斜坡上天然气水合物和下伏游离气FGZ的分布模型；

步骤③：根据研究区的气体组分信息，选择水合物相平衡曲线，对天然气水合物稳定底界进行数值模拟；对于纯甲烷水合物，相平衡稳定曲线及相关参数通过以下公式求取：

Log₁₀P_bsr＝aT_bsr²+bT_bsr+c；

式中，P_bsr和T_bsr分别为甲烷水合物的稳定底界处的压力和温度条件；a、b、为经验常数，分别为a＝0.000309℃^-2,b＝0.040094℃^-1and c＝0.478626；

P_bsr＝ρ_swg H_bsr；

式中，ρ_sw为海水密度，ρ_sw＝1028kg/m³，g是重力加速度，g＝9.81m/s²；H_bsr为BSR距离海平面的深度，单位是m；

T_bsr＝T_sb+G(H_bsr–H_sb)＝T_sb+G V_s(TWT_bsr–TWT_sb)/2；

式中，T_sb为海底各点的温度值；G为地区的地温梯度，H_sb为海底的深度，单位是m；V_s为沉积物速度，V_s＝1700m/s；TWT_bsr和TWT_sb分别为BSR和海底的双程走时，单位是s，通过地震剖面读取；

步骤④，模拟不同地温梯度背景下的BSR位置，除地温梯度G外海水密度、BSR深度、海底各点温度值、海底深度、沉积物速度参数均为确定参数；

步骤⑤，模拟当发生沉积、海平面下降或热流异常等地质过程时，新条件下天然气水合物稳定底界的位置，确定BSR上移后将分解的水合物的体积V_GH；

步骤⑥，基于步骤②建立的天然气水合物和下伏游离气FGZ的分布模型，对Grozic提出的孔压计算模型进行修正，利用BSR下伏游离气随压力变化而发生的体积变化，计算BSR上移后天然气水合物分解造成的沉积物中孔隙超压的变化，公式如下：

Δσ＝M*ΔV＝M*(ΔV_GH+ΔV_FG2)

式中，Δσ为水合物分解后的孔隙超压值的变化；M为岩土压缩模量，ΔVΔV为总体的沉积物体积变化，包括水合物分解导致的体积变化ΔV_GH和下伏游离气在不同压强下的体积变化ΔV_FGZ；

式中，T₂为分解后天然气水合物的平衡温度，单位为K；P₂为分解后水合物的平衡压力，单位为MPa；为孔隙度；S_GH为天然气水合物的饱和度；V_GH为水合物分解前的初始体积；

式中，V_FGZ2为天然气水合物分解后的温压条件下的下伏游离气的体积；V_FGZ为天然气水合物分解前下伏游离气的体积；P_FGZ1为天然气水合物分解前初始温压条件下的下伏游离气的压力值；T₁为天然气水合物分解前的平衡温度；为孔隙度；S_GH为天然气水合物的饱和度；V_GH为水合物分解前的初始体积；水合物分解后的孔隙超压值的变化表示为：

步骤⑦，沉积物与天然气水合物带服从摩尔-库伦强度准则，采用有限元强度折减法计算斜坡的稳定性安全系数F，当Fs＝1时表示材料处于临界破坏状态；求取F的公式如下：

式中，C为含水合物沉积物粘聚力，τ为抗剪强度，这些参数均通过沉积物力学特性试验获得；θ为含水合物层的内摩擦角，σ为有效应力，在天然气水合物分解后，σ＝静水压力-孔隙超压＝P_bsr-Δσ；

步骤⑧，在其他天然气水合物发育区，均通过步骤①-⑦来预测，当水合物稳定条件发生改变而引起水合物稳定底界上移时，发生的水合物分解而伴生的孔隙超压是否会诱发海底滑坡。