[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

说明书

本发明属于天然气水合物对环境影响的评价技术领域，公开了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及系统，通过建立研究区真实的天然气水合物体系分布模型，利用数值模拟方法预测当水合物稳定条件发生变化时，BSR的上移深度，确定水合物分解区域和体积；基于孔压计算模型，并考虑BSR下伏游离气在水合物分解前后随压力发生的体积变化，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及有效应力的变化；并以摩尔‑库伦强度准则为指导，采用有限元强度折减法来计算斜坡的稳定性安全系数，从而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。本发明在其他天然气水合物发育区具有普适性。

技术领域

本发明属于天然气水合物对环境影响的评价技术领域，尤其涉及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。具体涉及一种当天然气水合物稳定条件发生改变而导致水合物稳定底界上移时，计算水合物分解释放的游离气是否能够诱发海底滑坡的数值模拟预测方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

天然气水合物主要存在于海洋浅层沉积物和高原冻土带，由于其存储的巨大资源量和其清洁性，成为未来重要的替代能源，其估算地质储量超过了全球陆地已知天然气地质储量的总和。另外，天然气水合物体系还可能由于其不稳定性和释放的大量甲烷等气体而造成海底地质灾害，以及气候和生态等方面的环境影响和灾害风险。

天然气水合物的稳定性对环境具有很高的要求，主要受温度、压力、盐度、气体组分以及其在孔隙流体中的溶解度等因素影响。因此，在地质历史时期水合物易受到冰期-间冰期旋回气候变化、地热场改变以及海洋中一系列沉积和构造作用(如地震、火山等)的影响，导致水合物系统在不同的时间尺度和构造位置上呈现出不同的动力学反映。当稳定条件改变时，水合物分解会释放出约为自身体积164倍的甲烷和水，从而使沉积物剪切强度降低，孔隙压力升高，造成沉积物的不稳定性，甚至诱发海底滑坡等地质灾害。而海底滑坡还可能毁坏海底工程设施，如石油钻井平台等，威胁海洋工程的安全，造成生命和财产损失。除造成海底地质和工程灾害外，水合物分解释放的甲烷如果进入海水中，与溶解氧发生反应，可导致海洋缺氧，海水酸化，影响海洋生态环境，甚至会造成海洋生物的灭绝；如果甲烷气体迅速而剧烈地释放，还可能进入大气中，短期内使气温大幅度上升，影响全球气候，给全球带来灾难。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)目前国内外针对水合物分解造成海底沉积物失稳、诱发海底滑坡等方面的研究尚处于起步阶段，发表的大量文献虽然阐述了不同地质历史时期的海底滑坡、古气候和古环境灾变事件等均可能与水合物分解、释放大量甲烷有关，但大多以定性研究其诱发因素为主，定量研究和模型研究较少。

(2)前人研究通常假设天然气水合物的均质分布模型，而真实的水合物分布应该是非均质的；

(3)现有技术通常分析假设的一定百分比的水合物分解量是否会诱发海底滑坡，而未考虑引起水合物分解的沉积、海平面下降或热流异常等具体地质事件，以及这些事件造成的水合物稳定底界上移的深度和相应的水合物分解体积。

解决上述技术问题的意义：

本发明通过建立研究区真实的非均质的天然气水合物体系分布模型，利用数值模拟方法预测当水合物稳定条件发生变化时，BSR的上移深度，确定水合物分解区域；在此基础上，对Grozic提出的孔压计算模型进行了修正，考虑了BSR下伏游离气随压力变化而发生的体积变化，来计算BSR上移后天然气水合物分解后的沉积物中孔隙超压及有效应力变化，进而求取斜坡的稳定性安全系数，从而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。

发明内容