[发明专利]一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法

说明书

本发明公开一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法，针对气泡型浅层气的特点，首创性的将井地结合电阻率监测应用于气泡型浅层气释放监测，在海床面和井中并行紧邻布设供电电缆和采集电缆；供电电缆和采集电缆上的电极数量和位置均相同相对应；然后利用供电电流及测量电极电位组合形成的电位差，获得多组供电电流‑电位差数据，进而确定其视电阻率；并通过反演计算，获得真电阻率剖面图，结合气泡型浅层气特性和真电阻率剖面图特征，判定气泡型浅层气的分布范围及含量变化，实现对含气泡区分布范围及含气量变化进行长期连续实时监测，为海洋地质调查与研究提供科学的理论指导和依据。

技术领域

本发明属于海底浅层气监测技术领域，具体涉及一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法。

背景技术

海底赋存有分布广泛的大规模浅层气，其主要成分为甲烷。浅层气具有不同的赋存形态，而不同赋存形态浅层气识别特征、运动致灾机理皆有不同。在粗粒沉积物中，气体通过毛细侵入生长运移，在盖层圈闭作用下形成孔隙间气体联通的高压砂质储气层。而细粒沉积物由于其较大的孔喉毛细阻力使得气体难以进行毛细侵入，而是以劈裂沉积物的方式形成“气泡”。但近海海域海床表层多为粉质黏土等细粒沉积物，这种没有被足够重视的“气泡”广泛存在甚至是表层浅层气的主要赋存类型。

粘性土中的气泡型浅层气会随着气泡尺寸增长，直至达到气泡顶部撕裂沉积物而气泡底部在沉积物压力下闭合这一临界状态，在无需外力驱动的情况下，依靠这种“伪浮力”发生释放。自然条件下，气泡大规模释放主要由潮汐、风暴潮等环境荷载变化引发。但是，近年来填海造陆、跨海大桥等近海海洋工程项目的开发迎来了新一轮高潮。这些人为扰动带来的环境荷载变化同样会引发气泡大规模释放。在海洋开发过程中，含气泡区分布范围及含气量的动态变化会改变沉积物物理力学性质，进而诱发海洋地质灾害或带来海洋工程建设风险。

目前海底含气泡区分布范围及含气量的原位监测手段较为缺乏，相近技术为针对深海水合物开采所产生的甲烷气泄露所设计的监测技术，包括海洋地震监测技术、孔隙水压力探针技术、海床面甲烷浓度监测技术。其中，地震监测主要通过在同一测线位置进行重复采集实现，但地震监测难以识别含气泡区的底界，而且连续监测需要较高的成本，采集间隔通常为数月，难以对气泡型浅层气突发释放导致的含气泡区动态变化进行及时反馈；孔压探针仅能做到定点监测或一维垂向监测，无法反映含气泡区整体分布范围变化，且气泡引起的区域性孔压波动较小，监测难度较大；海床面甲烷浓度监测具有显著的滞后性，仅能定性判定气泡是否发生大规模释放，无法进一步给出含气泡区范围及含气量演化。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统及方法，对含气泡区分布范围及含气量进行实现长期连续实时的动态监测。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种井地结合的气泡型浅层气动态变化原位监测系统，包括采集站、供电系统、供电电缆、采集电缆、水声及卫星传输系统和终端主机，供电电缆和采集电缆与采集站相连，采集站通过水声及卫星传输系统与终端主机实现无线通讯；

所述供电电缆和采集电缆在海床面和井中并行紧邻布设，供电电缆为串行供电电缆，其上等距布设有多个供电电极，采集电缆为并行电位采集电缆，其上等距布设有多个测量电极，供电电缆和采集电缆上的电极数量和位置均相同相对应。

进一步的，所述采集站包括串行供电单元、并行电位采集单元、变频方波发射单元、主控CPU及电源单元；每个单元均由其对应的CPU管理控制，主控CPU接收终端主机的指令管理各单元协调工作，通过获取各单元采集数据加以整理运算处理，并反馈至终端主机。

进一步的，所述串行供电单元连接供电电缆上的各个供电电极，供电电极设置成正负两个状态，由微型继电器组成n*2阵列开关，n为供电电极个数。