[發明專利]一種大陸邊緣水合物環境地質動態監測系統及方法

有效

• 申請號: 202010155046.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111236896B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 孫治雷;張喜林;耿威;翟濱;曹紅;張現榮;徐翠玲;王利波;閆大偉;李鑫
• 申請（專利權）人: 青島海洋地質研究所
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B49/00;E21B47/00;E21B47/022
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 王丹丹;萬桂斌

本發明公開一種大陸邊緣水合物環境地質動態監測系統及方法，以海底多參數傳感器技術為基礎，對水體中泄漏來源的溶解態甲烷通量、溶解氧含量以及pH值和Eh值等參數進行監測；結合超聲波流量計監測以氣泡羽流形式泄漏的游離態甲烷通量；并基于分布式光纖技術對潛在不穩定斜坡的應力應變進行監測，實現對大陸邊緣賦存天然氣水合物的邊坡進行滑坡和環境變化的綜合監測；通過組建海底小型觀測網，統一供電和數據采集，對水合物儲層的動態活動以及造成的環境效應進行監測，形成原位、長期、連續的監測和預警能力，從而掌握水合物可能誘發的地質災害的機制和規律，為水合物開采進程提供技術支撐，實用價值高，可實施性強。

技術領域

本發明屬于海洋天然氣水合物環境效應評價工程技術領域，具體涉及一種大陸邊緣水合物引發的環境地質災害的動態監測系統及方法。

背景技術

全球海底普遍分布有天然氣水合物(以下簡稱“水合物”)，約占整個海洋面積的10％以上，其中大陸邊緣是最為富集水合物的位置。已經有確定的證據表明，當前正在進行的人為活動或自然過程均可導致水合物分解，在大陸邊緣很多地方引發海底滑塌。

水合物造成海底滑坡的機理是：如果暴露于較低壓力和/或較高溫度條件下，水合物發生分解，就可導致壓實程度較差的沉積物擾動，從而觸發滑坡。同時，在固態的水合物中，氣體高度濃縮，水合物的分解可以釋放出大量的氣體。在標準溫度和壓力下，1m³的水合物能釋放出164m³的甲烷氣體。這種體積膨脹導致孔隙流體的壓力急劇增加，使沉積物被劈開，其密實度降低，形成大量孔隙體積，從而有可能觸發沉積物滑坡。在積極進行在全球范圍內開展水合物資源勘探和試開采活動的同時，也要對海域水合物開展環境災害調查，保障該區域相關海洋工程設施和沿海經濟帶的環境安全。

大陸邊緣水合物失穩分解的環境地質災害主要包括滑坡、崩塌，大量甲烷溢出，海水缺氧、酸化等。尤其陸坡上埋深不超過50米的淺表層水合物，更容易受到各種因素的干擾，分解泄漏和發生滑坡的風險較大。但是，當前在海底進行水合物環境地質災害監測和預警仍處于萌芽狀態，僅見一些概念性的監測模型和算法(比如授權公告號為【CN 105674945B】的發明專利所公開的技術方案)，且均未充分考慮該監測對象復雜的環境效應，缺乏多參數、實時、原位監測的手段，也缺乏對海底環境下數據采集和傳輸方案的設計，難以形成成熟的技術體系，這導致難以準確評估水合物資源的勘探和開發過程中的環境風險，達不到提前預警和準確評估的功能，直接影響政府和有關部門的決策，阻礙天然氣水合物的產業化進程的推進。

發明內容

本發明針對現有技術難以準確評估水合物資源勘探和開發過程中的環境風險等缺陷，提出一種大陸邊緣水合物環境地質動態監測系統及方法，針對大陸邊緣賦存天然氣水合物的邊坡進行滑坡和環境變化的綜合監測，從而掌握水合物可能誘發的地質災害的機制和規律，為水合物開采進程提供技術支撐。

本發明是采用以下的技術方案實現的：一種大陸邊緣水合物環境地質動態監測系統，包括測斜單元、游離態甲烷監測單元、海水環境參數監測單元、數據采集單元以及原位數據接收單元；所述測斜單元、游離態甲烷監測單元和海水環境參數監測單元通過通訊光纜接入設置在海底的數據采集單元，數據采集單元通過浮球與通訊衛星進行數據傳輸，并通過通訊衛星與原位數據接收單元進行數據傳輸，實現地質動態數據原位監測；

所述測斜單元沿滑坡線設置，用以監測滑坡體的深部變形程度，以反演滑坡推力的分布形式和滑面位置，并輔助對滑坡體的安全狀態評價；所述游離態甲烷監測單元設置在滑坡線的上部開裂位置，用以對水合物分解釋放的游離態甲烷進行流量監測，獲得其在時間序列上的變化信息；所述滑坡線的位置基于海底微地貌上的特殊結構、并結合地層剖面上解譯出來的斷裂進行確定，所述特殊結構包括滑坡階步；所述海水環境參數監測單元設置在淺海區大陸坡位置，用以對氣泡羽流噴口附近的海水環境參數進行監測。