[发明专利]水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型与方法

说明书

本发明提出了一种水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型与方法，属于海洋地质的技术领域。本发明的可视化物理模型包括透明海洋软黏土层和天然气水合物层，天然气水合物层位于透明海洋软黏土层的内部，透明海洋软黏土层是由硅酸锂镁和蒸馏水按照质量比为3.5～6.5:100经过混合搅拌制备而成，天然气水合物层是由三氯一氟甲烷和蒸馏水按照体积比为1:2～1:4在常压下制备而成的。本发明的可视化物理模型在常压下制备而成，无需高压，制备方法简单，条件温和，对设备没有特殊的要求，成本低；其内部的流体运移通道可见，地形垂向变化可有效记录，实现了模型试验的可视化，简化了物理模型试验的条件，性价比高，便于推广。

技术领域

本发明涉及海洋地质的技术领域，特别是指一种水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型及其建立方法。

背景技术

海底天然气水合物分解产生甲烷气体和水，形成超压，可以在海床内部形成流体迁移通道，进而在海床表面形成海床隆起(如泥火山、海底丘状体等)与海床塌陷(如海底麻坑等)等地形垂向变化，甚至可以导致海底滑坡等地质灾害。物理模型试验是探究天然气水合物分解形成流体迁移与海床面变形机制的重要研究手段。对含有天然气水合物层的地质模型进行物理模型试验研究采集试验过程中的孔隙压力、海床表面变形等试验数据，可以揭示天然气水合物的分解所诱发流体迁移与海床面垂向变形的过程与机制。

现有技术中含有天然气水合物的沉积物的样品主要通过原位生成法和混合压制法制备而成，这些原位生成法和混合压制法均是在高压和低温条件下完成的。例如：中国专利CN104949870A公开了一种含甲烷水合物的岩心样品压制方法，并给出了该压制方法包括首先确定实际物理模型基本特征，进行沉积物复配，沉积物预处理，水合物与沉积物低温搅拌混合，人工岩心压制，最后进行岩心脱模。这种含甲烷水合物的岩心样品压制过程需要高压条件，压力达到MPa级别，而且还需要低温条件，温度为-30℃，并且在特殊的带有液压系统的设备中压制而成。重要的是，这种方法压制而成的含甲烷水合物的岩心样品无法透视，天然气水合物分解形成的流体运移通道不可见；现代数字图像技术也只局限于测量样品的宏观或边界变形，不能实现对样品内部变形的可视化；利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)以及磁共振成像技术(MRI)虽然可以用来测量样品内部的连续变形，但是，其昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。

发明内容

本发明提出一种水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型与方法，解决了现有技术中含有天然气水合物的海底沉积物物理模型试验只能在高压、低温和特殊设备中完成并且其内的流体运移通道不可见的问题。

本发明的一种水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型，其技术方案是这样实现的：包括透明海洋软黏土层和天然气水合物层，所述天然气水合物层位于所述透明海洋软黏土层的内部，所述透明海洋软黏土层包括下伏层和上覆层，所述下伏层位于所述天然气水合物层的底部，所述上覆层位于所述天然气水合物层的顶部；所述透明海洋软黏土层是由硅酸锂镁和蒸馏水按照重量比为3.5～6.5:100经过混合搅拌制备而成，所述天然气水合物层是由三氯一氟甲烷和蒸馏水按照体积比为1:2～1:4在常压下制备而成的。

在海底高压低温环境下，天然气水合物储层保持稳定；当温压条件改变，天然气水合物出现分解时，产生大量气体与水，孔压升高，海底沉积物的强度降低，从而导致海洋地质灾害。本发明采用透明海洋软黏土模拟海底沉积物中的软黏土层，采用天然气水合物替代材料模拟海底沉积物中的天然气水合物，透明海洋软黏土透明度高，可视化程度高，天然气水合物替代材料在常压下随着温度的升高可以分解出气体和水。该可视化物理模型可以在常压下模拟天然气水合物分解过程，直接观察天然气水合物分解在地层内部形成的流体运移路径和裂纹扩展等试验现象，实现了模型试验的可视化，得到了一种水合物分解诱发地形垂向变化的可视化物理模型，简化了物理模型试验的条件，并且可以采集实验过程中的海床表面地形变化，地层内部温度压力数据，为海洋地质灾害防控提供科学理论指导，性价比高，便于推广。