CN111044430A - 一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，包括：S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，沿轴向以一定间距制取多个样品；S2、测量出该样品的表面积；S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型；S4、利用沉积样品孔隙大小计算模型，计算出每个样品的孔隙平均直径，得到海洋沉积层的孔隙分布。本发明实现了简便有效计算海洋沉积层孔隙分布，丰富了海洋沉积层分析方法，并可应用于分析海底稳定性、分析海洋工程安全性、预测海底滑坡和海啸的发生、预测海底流体通道、预测天然气水合物等新型矿产资源的聚集成藏，对相关科学和技术分析有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及海洋沉积学领域，具体涉及一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法。
背景技术
海洋沉积层的孔隙分布是非常重要的参数，准确获得海洋沉积层的孔隙分布对于分析海底稳定性、分析海洋工程安全性、预测海底滑坡和海啸的发生、预测海底流体通道、预测天然气水合物等新型矿产资源具有重要的意义。
传统的分析更多在于测量海洋沉积层的孔隙度和沉积物的粒度分布，对于其孔隙分布并没有重视。目前，海洋沉积层孔隙常以其粒度组份的占比多少而定性判断其孔隙大小。而海洋沉积层组份复杂，其主要组成成分为粘土(<3.9μm)，极细粉砂(3.9-7.8μm)，细粉砂(7.8-15.6μm)，中粉砂(15.6-31μm)，粗粉砂(31-63μm)，极细砂(63-125μm)，细砂(125-250μm)，中砂(250-500μm)，粗砂(0.5-1mm)，极粗砂(1-2mm)，……(更粗的组份通常比较少见，在此不再列出)。由于组份多，只能给出多组份的统计数据，且通常肉眼无法识别地层粒度、颜色、孔隙等较小的岩性区别，从而不能定量化地科学认识海洋沉积层孔隙分布及其作用。
在当前国家大力支持大洋钻探、对能源需求不断增长、对海洋安全有更高的要求的背景下，如何获得海洋沉积层孔隙分布，亟需简便有效的新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，可简便有效的确定海洋沉积层的空隙分布。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，包括如下步骤：
S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，沿轴向以一定间距制取多个样品；
S2、测量出样品的表面积；
S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型，具体包括：
将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型，则单位质量沉积样品的孔隙体积和空隙表面积可分别表示为：
S＝πdL (2)
其中，Vφ为单位质量沉积样品的孔隙体积，S为单位质量沉积样品的空隙表面积，可通过S2的样品表面积换算得到，d为孔隙平均直径，L为孔隙模型总长度；
同时，单位质量沉积样品的孔隙体积与孔隙度存在以下关系：
其中，φ为样品孔隙度，ρs为样品干密度；
综合公式(1)至(3)，得到沉积样品孔隙大小计算模型：
S4、利用沉积样品孔隙大小计算模型，计算出每个样品的孔隙平均直径，得到海洋沉积层的孔隙分布。
作为本发明的一种改进，所述S2中，在测量样品表面积的同时，还测量出样品粒度分布。粒度分布可补充/对比表面积，用以分析海洋沉积层粒度如何影响其孔隙分布，还可结合现有技术的定性判断，验证本申请计算方法的准确度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明依据海洋沉积层的钻探取芯样品，通过实验测量、建立模型、公式推导，实现了简便有效计算海洋沉积层的孔隙分布。
2、本发明通过容易获得的数据以合理的模型推导出了样品的孔隙大小，实现了定量计算海洋沉积层的孔隙分布，使得海洋沉积层孔隙分布得到了直观量化显示。
3、本发明丰富了海洋沉积层分析方法，并可应用于分析海底稳定性、分析海洋工程安全性、预测海底滑坡和海啸的发生、预测海底流体通道、预测天然气水合物等新型矿产资源的聚集成藏，对相关科学和技术分析有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例提供的计算海洋沉积层孔隙分布的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例的一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，包括如下步骤：
步骤一：制备样品。准备海洋沉积层钻探岩芯(从海底到海底以下几百米)，需根据精度要求，在海洋沉积层目标区域的不同位置进行钻探采样。对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，根据精度和目标要求以一定间距(通常每2cm、或每5cm、或每10cm……等)制取代表各目标层位的样品，构成代表海洋沉积层的三维样品点阵。
步骤二：样品粒度参数测量。进行样品预处理，将其浸润于纯净水中，置于超声波浴或加入六偏磷酸钠分散剂使得所有沉积物颗粒尽可能悬浮于无离子水中。预处理好的样品经粒度测量仪给出样品颗粒大小的分布(即粒度分布)。
步骤三：样品表面积参数测量。对步骤二预处理好的样品(分出一部分)进行干燥处理。根据吸附和脱附能力、BET方法应用表面积测量仪，测量获得样品的表面积参数。基于步骤二和步骤三的结果，两参数可对比分析样品粒度组份对表面积的影响，结合后面还可分析对海洋沉积层孔隙分布的影响。
步骤四：建立沉积层孔隙模型，由表面积参数、孔隙度等参数，推导计算出海洋沉积层的孔隙分布。
首先将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型。因此，单位质量沉积样品的孔隙体积和孔隙表面积可以由沉积层孔隙模型给出：
S＝πdL (2)
其中，Vφ为单位质量沉积样品的孔隙体积，S为单位质量沉积样品的空隙表面积，可通过S2的样品表面积换算得到，d为孔隙平均直径，L为孔隙模型总长度。
其次，单位质量沉积样品的孔隙体积还可以由孔隙度给出：
其中，φ为样品孔隙度(本申请方法基于海洋沉积层钻探岩芯样品，因此，孔隙度可在钻探取芯过程中测量得到)，ρs为样品干密度(样品干密度为样品排除掉孔隙水及其溶解质后的密度，可通过单独的实验测量得到，或根据实际资料引用已有数据，在此不再赘述)。
综合上述三个公式，可推导出沉积样品孔隙大小计算模型：
显然由公式(4)可见，沉积孔隙的大小由孔隙度、沉积颗粒密度、表面积决定。在海洋沉积层中，特别是浅层未固结的沉积层，其范围一般比较小，孔隙度变化不大，可由钻探测井获得。因此，沉积孔隙的大小由沉积颗粒的表面积决定，且两者呈反比关系。上述模型对真实的沉积孔隙做了合理的简化处理，模型给出了平均的孔隙大小。
最后，根据公式(4)，依次计算出每个样品的孔隙平均直径，从而对目标区域的海洋沉积层的孔隙大小给出了平面展布和垂直方向综合的三维变化情况，实现了简便有效计算海洋沉积层的孔隙分布。
综上所述，本发明在海洋沉积层钻探取芯取得样品后，样品经过预处理，粒度测量，获得样品粒度分布，用以分析海洋沉积层粒度如何影响其孔隙分布；样品通过表面积测量，获得表面积分布；以海洋沉积物的孔径与孔隙度、表面积的关系为基础建立抽象模型；推导获得以表面积、孔隙度为参数的海洋沉积层孔隙大小的表达式，实现了简便有效的计算海洋沉积层的孔隙分布。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、获取目标区域不同位置的柱状海洋沉积层钻探岩芯，对每一个柱状海洋沉积层钻探岩芯，沿轴向以一定间距制取多个样品；
S2、测量出样品的表面积；
S3、构建沉积样品孔隙大小计算模型，具体包括：
将沉积样品的孔隙抽象为圆柱体模型，则单位质量沉积样品的孔隙体积和空隙表面积可分别表示为：
S＝πdL (2)
其中，Vφ为单位质量沉积样品的孔隙体积，S为单位质量沉积样品的空隙表面积，可通过S2的样品表面积换算得到，d为孔隙平均直径，L为孔隙模型总长度；
同时，单位质量沉积样品的孔隙体积与孔隙度存在以下关系：
其中，φ为样品孔隙度，ρs为样品干密度；
综合公式(1)至(3)，得到沉积样品孔隙大小计算模型：
S4、利用沉积样品孔隙大小计算模型，计算出每个样品的孔隙平均直径，得到海洋沉积层的孔隙分布。
2.根据权利要求1所述的一种计算海洋沉积层孔隙分布的方法，其特征在于：所述S2中，在测量样品表面积的同时，还测量出样品粒度分布。
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