CN114706130B - 一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，采用环状电极探杆测量含气泡沉积物的电阻率，通过对电阻率的解译得到垂向分布范围，基于当气泡型浅层气含气量小于某一临界值时电阻率不变，而高于该临界值时电阻率随含气量的增加而升高的特点，首先确定气泡型浅层气的绝对赋存区，然后根据当气泡型浅层气含气量小于某一临界值时电阻率不变的特征对绝对赋存区的顶界进行进一步的修正。本方案通过环状电极进行测量，具有无损性、抗干扰性和不受溶解气影响等优点，对于已探明的气泡型浅层气赋存区，实现对海底气泡型浅层气垂向分布范围的原位、快速、准确测量，为海洋地质调查与研究提供科学的理论指导和依据。

Description

一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法

技术领域

本发明属于海底浅层气测量技术领域，具体涉及一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法。

背景技术

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。海底赋存有分布广泛的大规模浅层气，其主要成分为甲烷，在海洋开发过程中，其动态变化会导致温室效应加剧，诱发海洋地质灾害，以及带来海洋工程建设等风险。

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”，这就出现了与传统认识中孔隙间相互连通型浅层气特征不同的气泡型浅层气。现有技术很少按照含气区浅层气赋存形态对浅层气地质调查进行细分。传统浅层气调查手段几乎均针对于联通型浅层气，对气泡型浅层气的调查具有怎样的探测效果尚待未可知。这导致以往浅层气调查工作中对于气泡型浅层气存在测不到、测不准等问题。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，鉴于此，发展能够准确描述气泡型浅层气的针对性调查手段亟待提上日程，以为海洋工程开发建设提供更有利的技术支持与理论支撑。

目前对于传统联通型浅层气的垂向分布范围定点调查手段主要包括海洋静力触探技术 (CPT)、钻探取样分析以及测井调查，但是针对气泡型浅层气本身的一些特点，现有方法并不适用于对气泡型浅层气的实践研究：

(1)集成孔隙水压力测量(CPTU)或甲烷化学测量(MIP-CPT)的CPT技术可以根据高压储气层对锥尖阻力、侧摩阻力、孔隙水压力以及甲烷浓度的改变来判定储气层顶底界，但在应用于气泡型浅层气调查时，气泡型浅层气由于不具备显著的阻力，因此不会引起锥尖阻力、侧摩阻力、孔隙水压力的提升，此外，气泡型浅层气含气区甲烷浓度提升弱于高压储气层，甲烷浓度测量更易受孔隙水中溶解态甲烷干扰，所以，CPT或集成式CPT应用于气泡型浅层气探测时无法有效判定含气区垂向范围；

(2)钻探取样分析主要分为保压取芯CT测试以及样品顶空气法化学测试：当保压取芯 CT测试单次仅能测试20cm左右的极小深度区段，应用于较大深度范围时，该方法具有极高的调查成本，不适用于原位大规模调查；顶空气法化学测试可获得地层甲烷浓度变化，因为地层中的甲烷既有气态也有溶解态，易受孔隙水中溶解态甲烷干扰，同样无法判别含气层的垂向分布范围；

(3)测井调查可根据浅层气引起的地层声速、电阻率变化进行含气层的含气量估算，但在开挖测井的过程中会对井壁周边的土层造成较大扰动，而气体具有高流动性，赋存状态不稳定，这就导致测量结果具有很大的不确定性和不准确性。

目前，普遍公认的是：气泡型浅层气的存在会改变沉积物的物质组成。但已有的建立土体物理性质与电阻率关系的电阻率模型均针对孔隙尺度，以孔隙空间为单位，进行孔隙空间内含水饱和度、含气饱和度的表征。气泡尺寸远超孔隙空间，是其3-4个数量级，与传统电阻率模型构建时的概念假设具有较大差异，因此无法用含气饱和度来表示其整体含气量。为了创新思维，发现新的解决思路，本方案申请人通过研究发现：气泡型浅层气依旧会增加沉积物电阻率，且具有特有的电阻率模型。鉴于此，本方案突破传统思维限制，提出通过测量探杆周围的一定直径圆柱形范围的沉积物的电阻率，根据电阻率变化判定气泡型浅层气垂向分布范围的新思路。

发明内容

本发明为解决现有技术中，针对气泡型浅层气探测，提出一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，对于已探明的气泡型浅层气赋存区，实现对海底气泡型浅层气垂向分布范围的原位、快速、准确测量。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，包括以下步骤：

步骤1、进行地质调查，确定存在气泡型浅层气的待测量工区；

步骤2、通过探杆探测待测量工区的沉积物电阻率；

步骤3、根据步骤2所探测的电阻率数据确定气泡型浅层气垂向分布范围，具体包括：

步骤31、确定气泡型浅层气的绝对赋存区；

(1)根据前期地质调查中的样品CT测试结果，基于样品中气泡尺寸分布判别确定临界含气量A；

(2)根据环电极探杆所得地层垂向电阻率数据，将地层垂向电阻率数据中电阻率升高后持续保持高值(不回落至背景电阻率)的区域判定为气泡型浅层气的绝对赋存区；

步骤32、对步骤31得到的气泡型浅层气绝对赋存区的顶界面进行修正；

(1)确定电阻率变化比ρ_r：

电阻率变化比ρ_r＝(含气泡区沉积物电阻率-背景电阻率)/背景电阻率；

将气泡绝对赋存区上部沉积物电阻率值作为背景电阻率，所述气泡绝对赋存区上部沉积物指从海水-沉积物界面到气泡型浅层气绝对赋存区顶界的范围；

(2)以电阻率变化比ρ_r为依据，对绝对赋存区的顶界进行延伸，得到修正后的气泡型浅层气的垂向分布范围；

步骤4、基于探杆探测深度、所获得的电阻率以及电阻率反演解译结果，得到沉积物深度与该深度处赋存的气泡型浅层气分布范围之间对应的关系。

进一步的，临界含气量A取值范围为1％-3％，考虑到原位沉积层因为孔隙度或组分分布不均存在较小的电阻率波动，将电阻率值在沉积层岩性不变的情况下异常升高3％以上且不再降低的区域判定为气泡型浅层气绝对赋存区。

进一步的，对绝对赋存区的顶界进行延伸时，由于海底产甲烷区位于硫酸盐反应区之下，因此气泡型浅层气不会赋存于其上表层沉积层中的硫酸盐反应区，且二者过渡位置的含气量自上至下逐渐升高，因此，以绝对赋存区顶界往下Hcm范围内的电阻率变化比是否超过C为判定标准；电阻率变化比低于C时，将绝对赋存区顶界向上延伸绝对赋存区总长度的5％，电阻率变化比超过C，则延伸绝对赋存区总长度的10％，得到含气泡型浅层气的垂向分布范围；其中，H的取值范围为环电极极距的1/2至3/2，C取值范围5％-15％。

进一步的，所述步骤2中，采用环状电极探杆探测沉积物电阻率；

所述环状电极探杆的探头主体31上设有环形电极序列33，电极序列33包括沿探头主体从上至下均匀布设的第一供电电极C1、第一测量电极P1、第二测量电极P2和第二供电电极 C2；所测得的沉积物电阻率ρ表示如下：

其中，ρ为沉积物电阻率，K为环状电极探杆装置系数，ΔU_P1P2为第一测量电极与第二测量电极之间的实时电位差，I为环状电极探杆装置中的恒流源电路输出至供电电极上的交变直流电流，b为电极环的半径，a为电极环的极距。

进一步的，所述电极序列33中四个电极环的水平角度与探头主体31相同，在探头主体 31处于竖直方向时，电极序列33也为竖直方向，从而，当探头主体竖直贯入沉积物中时，可以利用电极序列实现沉积物横向电阻率的测量。

进一步的，所述第一供电电极C1、第一测量电极P1、第二测量电极P2和第二供电电极 C2之间的间距为10cm-30cm，以平衡环电极间隔距离与探测结果分辨率之间的平衡关系。

进一步的，所述步骤1中，首先通过常规地质调查确定工区沉积层土体岩性分层，并基于样品CT测试确定是否存在气泡型浅层气，以对存在气泡型浅层气的待测量工区进一步确定其垂向分布范围。

进一步的，所述步骤4中，还包括通过加速度传感器确定出在不同时刻环状电极探杆贯入沉积物的深度，以获得沉积物深度与该深度处的沉积物电阻率之间一一对应的关系。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案基于环状电极探杆测量气泡型浅层气的垂向分布范围，基于当气泡型浅层气含气量小于某一临界值时电阻率不变(特征1)，而高于该临界值时电阻率随含气量的增加而升高(特征2)的特点，首先根据特征2确定气泡型浅层气的绝对赋存区，得到垂向分布范围的上、下界面，然后根据特征1对上界面进行进一步的修正；

而且，本方案设计环状电极探杆，其横向测量范围大，避免了由气泡型浅层气分布不均导致的含气泡区域垂向范围误判，抗干扰性较高；且是在含气泡沉积物旁侧测量含气泡沉积物电阻率，对探测区域不进行直接扰动，实现真正的原位无干扰测量；

另外，因为溶解气的存在并不会导致电阻率升高，而仅在气泡型浅层气的存在下沉积物电阻率出现升高，针对其特有的电阻率模型，基于电阻率结果的反演计算，不受溶解气的影响，为海洋地质调查与研究提供科学的理论指导和依据。

附图说明

图1为本发明实施例所述环状电极探杆结构示意图；

图2为图1中环状电极探杆的剖视结构示意图；

图3为图1中电极序列的结构示意图；

图4为图1中电极探杆测量原理图；

图5为基于本发明实施例测量气泡型浅层气垂向分布范围方法的流程示意图；

图6为基于本发明实施例方法理论上获得的电阻率及对应气泡型浅层气分布范围示意图；

其中，1、顶舱；2、杆体；3、探头；31、探头主体；32、头部；33、电极序列；4、配重块；5、导线；11、挂钩；12、电池舱；100、探杆。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

为了更好的理解本发明方案，首先对本发明的理论基础进行说明：

气泡型浅层气的存在会改变沉积物的物质组成，但气泡体积远超孔隙空间，申请人研究表明，气泡型浅层气依旧会增加沉积物电阻率，且具有特有的电阻率变化特征。对于含气泡型浅层气沉积物电阻率规律说明如下：

整体规律包括两个阶段：第一阶段，当气泡型浅层气含气量(气体体积在含气沉积物总体积中的占比)小于临界值时，电阻率随含气量升高不发生变化；第二阶段，当含气量超过临界值后，电阻率随含气量增加而升高。具体来说，对于第一阶段特征，临界含气量(临界值)在1-6％之间(6％为极端情况，一般在1％-3％之间)，临界含气量与气泡尺寸相关，气泡尺寸越小，临界含气量越高。

当含气量超过临界含气量后，电阻率变化主要与含气量相关且为正相关。虽然其也受气泡尺寸分布影响，但其影响较小且气泡尺寸的差异仅导致沉积物电阻率随含气量的增加速率不同。

可见，可基于含气泡沉积物电阻率变化特征反演解译得到气泡型浅层气垂向分布范围，本发明基于该理论，通过环状电极探杆测量海底气泡型浅层气的沉积物电阻率，基于电阻率进行反演解译得到气泡型浅层气的垂向分布范围，如图5所示，一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，包括下述步骤：

步骤1、进行地质调查，确定存在气泡型浅层气的待测量工区；

步骤2、基于环状电极探杆探测待测量工区的沉积物一维垂向电阻率；

步骤3、根据步骤2所探测的电阻率数据确定气泡型浅层气垂向分布范围，具体包括：

步骤31、确定气泡型浅层气绝对赋存区；

(1)原位气泡尺寸分布复杂，根据前期地质调查中的样品CT测试结果，基于样品中气泡尺寸分布判别确定临界含气量A，临界含气量A的范围在实际解译过程中不考虑极端情况，设定为1％-3％；

(2)根据环电极探杆所得地层垂向电阻率数据，将地层垂向电阻率数据中电阻率升高后持续保持高值(不回落至背景电阻率)的区域判定为气泡型浅层气的绝对赋存区。

本实施例将临界含气量定义为2％。实际判定过程中，在得到沉积层垂向电阻率探测数据后，虽然含气量低于2％的含气泡沉积物不会产生电阻率异常，但原位沉积层会因为孔隙度或组分分布不均存在较小的电阻率波动。因此，将电阻率值在沉积层岩性不变的情况下异常升高3％以上且不再降低的区域判定为气泡型浅层气绝对赋存区。

步骤32、对步骤31得到的气泡型浅层气绝对赋存区的顶界面进行修正；

对于步骤31所判定的气泡型浅层气绝对赋存区，由于其均为电阻率升高3％以上的沉积物，结合临界含气量，所以其通常只能揭示含气量在5％以上的气泡型浅层气赋存区。因此，这并不是最终给出的气泡型浅层气垂向分布范围，需要进一步结合海底甲烷气生成相关理论对绝对赋存区的顶界位置进行修正，具体包括：

(1)确定电阻率变化比ρ_r：

将气泡绝对赋存区上部沉积物电阻率值作为背景电阻率，所述气泡绝对赋存区上部沉积物指从海水-沉积物界面到气泡型浅层气绝对赋存区顶界的范围(图6中虚线以上，深度为深度0-6m)，通过不同时刻测得的含气泡区沉积物电阻率与背景电阻率之差比上背景电阻率确定电阻率变化比ρ_r；

电阻率变化比ρ_r＝(含气泡区沉积物电阻率-背景电阻率)/背景电阻率；

(2)以电阻率变化比ρ_r为依据，对绝对赋存区的顶界进行延伸；

由于海底产甲烷区位于硫酸盐反应区之下，因此气泡型浅层气不会赋存于其上表层沉积层中的硫酸盐反应区，且二者过渡位置的含气量自上至下逐渐升高，因此，以绝对赋存区顶界往下Hcm范围内的电阻率变化比是否超过C为判定标准，电阻率变化比低于C时，将绝对赋存区顶界向上延伸绝对赋存区总长度的5％，电阻率变化比超过C，则延伸绝对赋存区总长度的10％，得到含气泡型浅层气的垂向分布范围；其中H的取值范围为环电极极距的1/2 至3/2，C取值范围5％-15％。本实施例以绝对赋存区顶界往下20cm(即与本实施例给出的优选极距相同)范围内的电阻率变化比是否超过10％为判定标准，电阻率变化比低于10％时，将绝对赋存区顶界向上延伸绝对赋存区总长度的5％，电阻率变化比超过10％，则延伸绝对赋存区总长度的10％，得到含气泡型浅层气的垂向分布范围；

步骤4、基于所获得的一维垂向电阻率以及电阻率反演解译结果，得到沉积物深度与该深度处分布气泡型浅层气之间对应的关系。

具体的，步骤1中，前期首先通过常规地质调查确定工区沉积层土体岩性分层，并基于样品CT测试确定是否存在气泡型浅层气，该技术为比较成熟的技术手段，在此不做详述。

需要说明的是，步骤2中，授权公告号为【CN106645962B】的发明专利提出一种测量海洋沉积物电阻率的装置及方法。本实施例设计环状电极探杆，与已有专利的点状电极形式具有显著差别，其区别不限于电极形状本身，更使得电阻率测量过程中电场建立形式、规模以及电位采集形式产生明显区别，针对本实施例的探测需求，核心区别有二：

其一，探测范围不同，该类型电阻率法单次采集所得电阻率值代表的是横向一定区域范围内沉积物电阻率均值，对于该区域范围，点状电极探杆仅与其探杆直径正相关，而环状电极探杆与环电极间隔距离即极距相关。因此，点电极探杆受限于原位贯入过程中的探杆直径尺寸限制，难以进行大区域范围电阻率值表征，而环状电极探杆表征范围更加灵活可达点状电极探杆的十倍以上。这使得对于非均匀分布的气泡型浅层气而言，点电极探杆对于其垂向分布的判定具有显著的偏差，尤其对于气泡分布较为稀疏的含气泡区顶界区域，而环电极探杆可较好避免该误差，因而在含气泡区垂向范围的划分方面具有更好的应用前景。

其二，电极形式的不同使得两种探杆在将电流和电位差数据计算为电阻率数据的时候具有不同的计算方法。详见授权公告号为【CN106645962B】的发明专利及本实施例中的计算公式。

对于区别一所述的探测区域，两种探杆在贯入过程所探测的区域为空心圆柱型，即圆环柱。探杆本体以及紧邻探杆的区域并非探测范围，可认为是探测盲区，与探测过程中的沉积物扰动区重合，因此规避了扰动气泡型浅层气带来的误差。对于点电极探杆而言，探测区域最大为探杆直径的2/3。对于环电极而言，探测区域与探测盲区的横向范围与电极环极距相关(极距为相邻电极环的间隔距离，电极环等距分布)。探测盲区横向范围为探杆本体及周围紧邻的二分之一极距范围，即探测盲区为半径是探杆半径加二分之一极距的圆柱体；探测范围为以探杆为中心的半径1.5倍极距的圆柱体去掉探测盲区。

对含气泡型浅层气的沉积物电阻率进行探测，环状电极具有较宽的横向测量范围。对于环状电极的结构及测量原理，下面结合图1-图4进行详细说明：

本实施例所述环状电极探杆包括探杆100，探杆100包括顶舱1、杆体2和探头3，杆体 2连接顶舱1和探头3，所述探头3包括探头主体31，沿探头主体31上设有电极序列33，电极序列33包括沿探头主体从上至下均匀布设的第一供电电极C1、第一测量电极P1、第二测量电极P2和第二供电电极C2，这四个电极均以与外界相通的形式等距镶嵌在探头主体上，顶舱1的内部空腔中设有电池舱和电路板舱，顶舱1内的电路板上设有控制电路、恒流源电路、数据采集电路和传感电路等，两个供电电极分别通过杆体内的导线与顶舱中的恒流源电路连接，两个测量电极也分别通过导线与顶舱中的数据采集电路连接，顶舱1的顶端上形成有挂钩，利用该挂钩，可以连接缆绳，进而通过缆绳将整个探杆与船体相连，实现在船上方便地向海底抛探杆以及将海底的探杆拖回船上。

继续参考图4，控制电路分别与数据采集电路、传感电路及恒流源电路连接。此外，顶舱内还设有与传感电路连接的加速度传感器，控制电路能够按照和交变电流同步的频率通过传感电路对加速度传感器进行采样，并对加速度信号解算得到探杆贯入沉积物的实时深度。恒流源电路包括A/D转换电路、D/A转换电路、电流调节器、保护电路和采样电阻。数据采集电路包括A/D转换电路、抗混叠滤波电路、信号前端处理电路、负载电路及高速切换开关和滤波电路。但并不局限于该结构，还可以采用其他能够实现相同功能的结构来实现。

本实施例在探头主体的壳体上、等距套嵌四个环状电极，电极外直径与杆体外直径相同。第一供电电极C1和第二供电电极C2位于电极阵列首尾处，第一测量电极P1和第二测量电极P2形成一个测量电极组。当然，在其他可行方案中，测量电极也可以仅有两个，测量电极与供电电极的排布结构也可以为其他结构。而且，电极序列33中电极环的水平角度与探头主体相同。也即，在探头主体处于竖直方向时，电极序列也为竖直方向。从而，当探头主体竖直贯入沉积物中时，可以利用电极序列实现沉积物横向电阻率的测量。

另外，在探头内还设有姿态传感器，其通过导线5与顶舱内的传感电路连接。通过设置姿态传感器，能够判断出探杆在贯入沉积物过程中是否发生了倾斜以及倾斜角度的大小，进而能够对测量的电阻率数据进行辅助处理，提高测量数据的准确性。此外，还可以在舱中设置与传感电路连接的压力传感器，利用压力传感器对探杆所受的压力进行实时监测，避免贯入深度过大、压力过大而损坏探杆。

具有上述结构的装置在工作时，控制电路接受上位机发出的指令，由电流调节器接收D/A 转换电路的控制信号，通过保护电路后，采样电阻对电流信号采样并发送到A/D转换单元，完成恒流源电路的闭环反馈控制。数据采集电路通过高速切换开关及滤波电路，将恒流源电路输出的直流源转变为频率一定、如1KHz的交变电流，交变电流通过第一供电电极C1和第二供电电极C2为电极序列持续供电，电极序列中的第一测量电极P1、第二测量电极P2、第三测量电极P3及第四测量电极P4将持续输出电极电位。为了配合数据采集电路对微小信号的拾取，恒流源电路可以加入伪随机信号供数据采集电路提取有效信号。这一技术的应用有效地解决了海水中低电阻率环境下接收微小信号的难题。四个测量电极输出的电极电位经信号前端处理电路进行滤波和放大后，输出到抗混叠滤波电路中，对信号进行抗混叠处理，将输出的电平中混叠频率分量降到最低。最后，采集的电位信号经A/D转换电路传输至控制电路中。与此同时，控制电路按照和交变电流同步的频率对加速度传感器的检测数据进行取样，从而能够得到两条电阻率随深度变化的平行电阻率曲线，将两组电阻率数据一一对应计算均值，得到最终的电阻率曲线。测量过程中的数据均可通过控制电路上传到存储单元、如SD 卡中存储。

具体在测量含气泡型浅层气的沉积物电阻率时，包括以下步骤：

(1)将环状电极探杆向气泡型浅层气含气层贯入：

在需要测量某处海底气泡型浅层气垂向分布范围时，将携带有图1所示环状电极探杆的轮船开到对应位置处，然后，将环状电极探杆垂直抛入海底，使得探杆以自由落体的方式进入海底，在探杆的自身重量作用下，探杆向沉积物贯入；

需要强调的是，本实施例中在确认海床面位置时，将加速度首次明显降低的位置设定为海床面，但是部分海域海底表层沉积物呈流塑态，强度很低，因此环状电极探杆加速度不会在接触海床面的第一时间出现明显降低，这会导致含气量所对应的深度位置出现偏差。在实际应用过程中，可根据海洋声学手段探测海水深度，进而对贯入深度进行校正。

环形电极探杆对于含气层的横向测量范围与其环电极间隔距离呈正相关，但环电极间隔距离的增加会降低探测结果的分辨率。为平衡二者关系，本实施例中，杆体环电极间隔距离设置为10-30cm，优选20cm。本实施例方法对含气层顶界埋深较浅(一般<5m)的含气层具有更好的探测效果,可预先根据要测量的深度在环状电极探杆上配置合适的配重块4。

(2)获取海床面至探杆贯入终止位置的沉积层一维垂向电阻率数据

在探杆贯入过程中，利用恒流源电路为供电电极供电，利用数据采集电路采集测量电极之间的电位差；利用加速度传感器获取探杆贯入沉积物的实时深度。

在探杆的探头接触到沉积物时开始，利用顶舱中的恒流源电路为电极序列中的供电电极供电。供电电极产生电场，该电场作用于沉积物中，将在与沉积物相接触的一个测量电极组中的两个测量电极之间产生电位差，该电位差可以通过数据采集电路进行采集。

同时，利用装置中的加速度传感器的检测结果获取探杆贯入沉积物的实时深度，建立采集时刻与深度的转换关系。

(3)采集到的电极电位的大小不仅与供电电场的大小、电极之间的位置相关，还与沉积物的电阻率相关。供电电场的大小可以通过交变恒流源来确定，具体来说，如图4所示，通过高速切换开关将直流电转变为交变恒流源，交变直流电流通过C1、C2加到电极序列中。电极之间的位置是已知的，而电极电位可以通过数据采集电路采集到。

因此，以图3中的电极序列为例，根据下述公式计算出与所采集的电极电位一一对应的沉积物电阻率：

其中，ρ为沉积物电阻率，K为装置系数，ΔU_P1P2为第一测量电极与第二测量电极之间的实时电位差，I为装置中的恒流源电路输出至供电电极上的交变直流电流，b为电极环的半径，a为电极环的极距。且电极之间的距离在探杆固定之后也是固定的、且已知的，电流I和电极电位ΔU_P1P2均可以测量获得，因此，在获得实时的电流I和电极电位ΔU_P1P2之后，即可利用上述公式计算出实时的沉积物电阻率ρ，从而，获得一条与采集时刻相关的电阻率曲线。

探杆不断地向沉积物贯入的过程中，实时获得多个不同时刻，根据所建立的采集时刻与深度的转换关系，可获得不同深度的沉积物电阻率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、进行地质调查，确定存在气泡型浅层气的待测量工区；

步骤2、通过探杆探测待测量工区的沉积物电阻率；

步骤3、根据步骤2所探测的电阻率数据确定气泡型浅层气垂向分布范围，具体包括：

步骤31、确定气泡型浅层气的绝对赋存区；

(1)根据前期地质调查中的样品CT测试结果，基于样品中气泡尺寸分布判别确定临界含气量A，临界含气量A取值范围为1％-3％；

(2)根据探杆所得地层垂向电阻率数据，将地层垂向电阻率数据中电阻率值在沉积层岩性不变的情况下异常升高3％以上且不再降低的区域判定为气泡型浅层气绝对赋存区；

步骤32、对步骤31得到的气泡型浅层气绝对赋存区的顶界面进行修正；

(1)确定电阻率变化比ρ_r：

电阻率变化比ρ_r＝(含气泡区沉积物电阻率-背景电阻率)/背景电阻率；

将气泡绝对赋存区上部沉积物电阻率值作为背景电阻率，所述气泡绝对赋存区上部沉积物指从海水-沉积物界面到气泡型浅层气绝对赋存区顶界的范围；

(2)以电阻率变化比ρ_r为依据，对绝对赋存区的顶界进行延伸，得到修正后的气泡型浅层气的垂向分布范围；

步骤4、基于探杆探测深度、所获得的电阻率以及电阻率反演解译结果，得到沉积物深度与该深度处赋存的气泡型浅层气分布范围之间对应的关系。

2.根据权利要求1所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述步骤32中，对绝对赋存区的顶界进行延伸时，以绝对赋存区顶界往下Hcm范围内的电阻率变化比是否超过C为判定标准；电阻率变化比低于C时，将绝对赋存区顶界向上延伸绝对赋存区总长度的5％，电阻率变化比超过C，则延伸绝对赋存区总长度的10％，得到含气泡型浅层气的垂向分布范围；其中，H的取值范围为环电极极距的1/2至3/2，C取值范围5％-15％。

3.根据权利要求1所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述步骤2中，采用环状电极探杆探测沉积物电阻率；

所述环状电极探杆的探头主体（31）上设有环形电极序列（33），电极序列（33）包括沿探头主体从上至下均匀布设的第一供电电极C1、第一测量电极P1、第二测量电极P2和第二供电电极C2；所测得的沉积物电阻率ρ表示如下：

其中，ρ为沉积物电阻率，K为环状电极探杆装置系数，△U_P1P2为第一测量电极与第二测量电极之间的实时电位差，I为环状电极探杆装置中的恒流源电路输出至供电电极上的交变直流电流，b为电极环的半径，a为电极环的极距。

4.根据权利要求3所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述电极序列（33）中四个电极环的水平角度与探头主体（31）相同。

5.根据权利要求3所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述第一供电电极C1、第一测量电极P1、第二测量电极P2和第二供电电极C2之间的间距为10cm-30cm。

6.根据权利要求1所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述步骤1中，首先通过常规地质调查确定工区沉积层土体岩性分层，并基于样品CT测试确定是否存在气泡型浅层气。

7.根据权利要求1所述的原位测量海底气泡型浅层气垂向分布范围的方法，其特征在于：所述步骤4中，还包括通过加速度传感器确定出在不同时刻环状电极探杆贯入沉积物的深度，以获得沉积物深度与该深度处的沉积物电阻率之间一一对应的关系。