天然气动态仿真真实数据分析研究进展情况_天然气管网仿真系统

1.GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

2.国内外研究现状

3.Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用

4.天然气发电的现状与前景如何？

5.求中国液化天然气(LNG)行业投资分析及前景预测报告

6.我国研究现状

7.国外天然气水合物沉积学研究进展——以马利克和日本南海海槽为例

天然气概念股龙头一览据《天然气发展“十三五”规划》，至2020年天然气产量达到2070亿立方米，综合保供能力要求达到3600亿方以上，供需缺口约为1，530亿立方米。今年来环保高压之下，“煤改气”政策将继续推广加速。其中工业锅炉改造和城市燃气取代烧煤供暖将带来天然气需求的主要增量。常规天然气开采量稳步提升，非常规天然气带来边际增量。

国内天然气上游开采仍然由三大石油国企牢牢把控。国家政策导向和原油价格上涨大环境之下，三桶油将持续加大上游勘探开发资本开支。2017年全国常规天然气产量1338.7亿立方米，同比增长8.1%，未来将延续低速增长态势。随着开采技术进步以及成本降低，非常规气的开采量也在迅速扩大。未来页岩气、煤层气、煤制气和进口LNG百花齐放，为我国天然气带来边际增量。

东方证券指出，国家管网公司成立将加速管网建设，天然气行业发展进入黄金时期。预计石油天然气管网公司将于今年下半年成立，将提高天然气管道集输效率、丰富上游天然气供应渠道，建立起下游充分竞争的销售市场。天然气行业发展将加速，同时18到20年还需新建天然气管道2.7万公里，利好油服建设公司。

深圳燃气2018年年报点评：天然气销量增长带动业绩提升

深圳燃气601139

研究机构：上海证券分析师：冀丽俊撰写日期：2022-04-28

天然气销量增长带动业绩提升

公司主营业务为城市管道燃气供应、液化石油气批发、瓶装液化石油气零售及燃气投资业务。截止2018年底，公司管道燃气用户总数达326.37万户，其中深圳地区205.88万户，深圳以外地区120.49万户。全年管道燃气用户净增36.94万户，其中深圳地区净增17.35万户，深圳以外地区净增19.59万户。

2018年，公司实现营业收入为127.41亿元，较上年同期增15.22%;归属于母公司所有者的净利润为10.31亿元，较上年同期增16.24%。收入和利润增长主要是由于天然气销量的增长。

2018年，公司天然气销售收入79.71亿元，同比增长26.31%;销售量27.67亿立方米，同比增长25.39%。其中，管道天然气25.94亿立方米，同比增长27.24%。

深圳地区管道天然气销售18.11亿立方米，同比增长18.59%;主要是电厂天然气销售量增长所致，全年电厂天然气销售量为8.56亿立方米，同比增长30.47%。

公司液化石油气批发销售收入25.60亿元，与去年基本持平;销售量63.73万吨，同比下降10.10%。

毛利率稳定

公司整体毛利率为20.95%，较上年同期提高了0.22个百分点。

公司主营业务成本100.71亿元，同比上升16.62%;其中管道燃气、天然气批发、石油气批发、瓶装石油气业务，成本增幅分别为30.95%、15.84%、1.1%、13.63%。毛利率分别为23.74%、5.80%、3.43%、35.62%，分别变化了-2.35、1.38、-1.24、-1.91个百分点。

储备与调峰库即将投产

公司投资兴建的深圳市天然气储备与调峰库，年周转能力为10亿立方米，预计将在今年投入运营，有利于增强公司的调峰和周转能力，错峰储备也有利于降低购气成本，提升公司盈利能力。

一季度业绩小降

一季度，公司天然气销售量为6.32亿立方米，较上年同期6.36亿立方米下降0.63%，其中：电厂天然气销售量为0.67亿立方米，较上年同期1.10亿立方米下降39.09%;非电厂天然气销售量5.65亿立方米，较上年同期5.26亿立方米增长7.41%。由于电厂天然气销量大幅下降，一季度业绩小幅下滑。

风险提示

天然气销量低于预期、油价波动、能源供应风险等。

投资建议：

未来六个月内，维持“谨慎增持”评级。

我们预测2022-2021年每股收益为0.41元、0.45元和0.48元，对应的动态市盈率为14.47倍、13.24倍和12.28倍，公司估值低于行业平均估值，维持公司“谨慎增持”评级。

新天然气：财务费用拖累一季报增速，看好煤层气量价持续齐升

新天然气603393

研究机构：申万宏源分析师：刘晓宁，王璐撰写日期：2022-04-29

因合并亚美能源，营业收入大幅增长。气价成本及财务费用增加拖累业绩增速。因2018年期末合并亚美能源，公司今年一季度实现营业收入6.95亿元，同比大幅增加111%。因供暖季天然气采购成本增加，公司一季度营业成本3.92元，同比增长62.59%。且因购气成本未全部传导至下游用气户，拖累公司在新疆的燃气分销业务盈利能力。公司2018年4月新增15亿银行贷款用于收购亚美能源，本期一季度较上年新增利息支出。气价成本及财务费用影响公司归母净利润增速低于营业收入增速，一季度实现归母净利润7723万元，同比增长4.79%。

亚美能源持续新增钻井，开发规模长期具备成长空间。2018年潘庄区块完成钻井63口，较2017年增加8口。因历史原因原由中联煤层气运营的34口井，于2018年11月起，正式划转至亚美，每天为潘庄增加6万m3产量。近年来亚美能源持续新增钻井，产气规模可持续提升。去年10月发改委核准马必区块南区煤层气开发方案。最新发改委政策将煤层气对外合作项目开发方案由审批制变更为备案制，利好公司开拓新区块，长期具备成长空间。

国际油价上涨支撑煤层气气价，有望提升亚美能源盈利能力。2018年12月以来，布伦特原油价格持续上涨，至74美元/桶左右，涨幅超过45%。国内煤层气价由市场供需决定，与国际能源价格具有一定的联动性。国际原油价格持续上涨可支撑煤层气气价，有望提升亚美能源盈利能力。

盈利预测与估值：参考一季报情况，我们下调预测公司2022-2021年业绩为4.54、5.59和6.60亿元（调整前为5.33、6.29和7.44亿元）。对应当前股价PE分别为14、11和10倍。天然气消费持续高增长，煤层气开发新政有利于公司长期扩张。公司估值低于行业平均，维持“买入”评级。

盈利预测：调整公司19-20年归母净利润为608.84/605.81亿元（原值为626.06/626.59亿元），新增2021年利润643.90亿元，对应PE为12/12/11倍，维持“买入”评级。

风险提示：宏观经济下行、油价大幅下行、炼油行业景气下行

蓝焰控股：年报符合预期，一季度气量增长

蓝焰控股000968

研究机构：国信证券分析师：陈青青，武云泽撰写日期：2022-04-24

2018年业绩增长39%符合预期，2022Q1业绩增长15%

公司2018年营业收入+22.57%至23.33亿元，归母净利润+38.66%至6.79亿元，位于业绩预告6.2-6.9亿元的上半区间，业绩承诺完成率104.33%。公司2022Q1营业收入+17.55%至4.07亿元，归母净利润+14.87%至1.26亿元。

老区块销量微降、售价明显提升、成本持续下行;期待新区块进展

2018年公司煤层气产量+2.16%至14.64亿方，利用量+5.50%至11.50亿方，销售量-1.86%至6.87亿方。我们测算公司2018年平均不含税气价+0.12元/方至1.72元/方，平均采气营业成本-0.04元/方至0.46元/方。在老区块销售量微降、排空率略增的同时，2017年中标的4个新区块已经有3个点火出气，柳林石西/武乡南/和顺横岭完钻34/13/3口井，压裂18/10/1口井。我们期待2022年内有新区块从探矿权阶段转入采矿权阶段，贡献气量与业绩。

19Q1新气井投运带动气量增长，期待后续新区块进展

2022Q1，公司营业收入+17.55%至4.07亿元，主因是售气量价齐升;营业成本+24.55%，主因是在建工程转固带来折旧增长，我们判断当期有新气井投运。公司当期其他收益+16.22%至7009.69万元，判断主要为售气补贴提升贡献。

工程业务体量扩张，占毛利比重上升至32%，为年报增长主因

全年新建气井收入+79.64%至8.43亿元，毛利率+4.49pct至40.17%，主因施工量增加;气井维护收入-0.18%至2.82亿元，毛利率-10.82pct至16.77%。工程业务占总毛利（含补贴）比重+7.45至31.78%，为年度业绩上升的主因。

山西燃气集团推进重组，有望为上市公司对接更多资源

山西正推动国企改革，新成立的山西燃气集团拟成为公司控股股东，构建上、中、下游全产业链整合优化。公司作为其旗下唯一上市平台，有望借助燃气集团的资源，快速发展煤层气开采主业，加快管网互通，促进煤层气产业链完善。

投资建议：期待新区块进展及山西燃气集团资源对接，维持“买入”

预计公司2022-2021年归母净利润为7.97/10.69/13.67亿元，对应动态PE为17x/13x/10x，维持“买入”评级，合理估值16.48-16.58元。

风险提示：勘探开采不达预期，山西燃气集团整合不达预期，气价下行。

广汇能源：18年业绩符合预期，19年业绩增量有保障

广汇能源600256

炼油板块业绩大幅下滑，成品油需求弱势板块业绩承压：一季度炼油板块原油加工量同比增长2.7%，达到6178万吨，成品油产量同比增长3.8%达到3944万吨，但经营收益仅为119.63亿元，同比下滑37.06%（去年同期为190.07亿元）。从财报上看，联营及合营企业业绩下滑导致投资收益下降20.70亿元，此外非套期衍生金融工具浮亏增加23.52亿元也拖累炼油板块业绩。从油品消费上看，柴油产量、消费双双负增长，汽油增长较为稳定，整体需求一般。从历史数据上看，炼油板块单季度业绩119亿元也大幅落后于过去三年的均值水平。

勘探与开发资本支出大幅增长：Q1资本支出人民币119.14亿元，其中勘探及开发板块资本支出人民币55.62亿元，主要用于涪陵、威荣页岩气产能建设，杭锦旗天然气产能建设，去年同期64.14亿元，其中勘探及开发板块资本支出人民币15.97亿元。2022年预计全年勘探与开发板块资本支出达到596亿元，持续的资本支出将一方面推动天然气产量的持续增长，另一方面为我国能源安全结构的调整作出贡献。

盈利预测：调整公司2022-2020年归母净利润25.81/31.72亿元（原为23.01/25.74亿元），新增2021年归母净利润33.85亿元，对应PE分别为12/10/9，维持“买入”评级。

风险提示：项目建设不及预期，天然气价格下滑、甲醇价格下跌。

杰瑞股份：2022年一季度淡季不淡，业绩表现高增长

杰瑞股份002353

研究机构：广发证券分析师：罗立波，刘芷君撰写日期：2022-04-29

事件：公司公告2022年一季报4月24日晚，公司公告2022年第一季度报告：2022年Q1公司实现收入1，012百万元，同比增长30.32%;实现归属上市公司股东净利润110百万元，同比增长224.56%，符合此前的业绩预告。

2022Q1淡季不淡，盈利能力持续改善：公司2018年Q1~Q4实现归母净利润分别为：34百万元、152百万元、177百万元和435百万元。从历史情况来看，第一季度往往受到春节因素影响，确认业绩较少。2022年Q1，行业需求持续旺盛，淡季不淡，公司依然在第一季度取得了良好的业绩表现。从毛利率来看，2022Q1公司综合毛利率为32.41%，同比提升5.4个百分点，较2018年全年毛利率（31.65%）也有提升，公司盈利能力依然在持续改善的过程中。

推进业务良好发展：根据公司官网消息，近日，公司与巴基斯坦油气开发有限公司（OGDCL）签署了Nashpa增压站EPC总承包项目，项目金额约合人民币近2亿元，标志着杰瑞压缩机组的成橇能力再次赢得国际认可。4月20日，公司举办了新品发布会，成功实现了全套电驱压裂装备的现场启机联动。无论是在拓展海外市场还是推进现有产品技术升级，公司都在持续推进业务发展，保持良好的市场竞争力。

中石油加大资本开支，行业景气度持续提升：在国家强调能源安全的战略背景下，表现积极。以页岩气为代表的非常规能源开发加快，对大型压裂设备需求旺盛。在中国石油（601857.SH）/中国石油股份（00857.HK）披露的2018年年报中，2022年勘探与生产板块计划完成支出2282亿元，同比增长16.37%，其预算规模甚至超过了在2014年行业景气高点时的资本开支预算。2022年压裂设备行业需求有望保持快速增长的态势。

GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

目前国际上油气管道能耗预测技术已很成熟，但国际上通常不针对单一的能耗预测功能进行研究、开发软件，而是针对油气管道能耗分析和运行方案优化去研究解决方案，并研发算法和软件系统，使油气管道能耗分析和运行方案优化标准化、自动化，提高精度和效率。

国外经验表明，能耗分析可为运行的持续优化提供重要的技术支持，使天然气管道的运行能耗有不同程度的降低。如20世纪90年代末美国自然资源（ANR）管道公司采用SSI（Scientific Software Intercomp,Inc.）公司的输气管网能效分析优化软件，对其西南输气干线的运行方案进行了能效分析、能耗预测、优化，结果表明运行能耗费下降了1%到5%。2004年，美国艾尔帕索能源（El Paso Energy）公司采用规格公司的Flowdesk输气管网能耗分析和预测软件对55,000英里的输气管网进行了持续2年的能效跟踪分析和预测，科学地确定了节能挖潜方向，准确测算出节能潜力，为运行的持续优化提供了有效的支持。统计数据显示，优化后该管网的压缩机组自耗气量比原来降低10%。

国际上与能耗预测相关的解决方案可分为两类，一类以负荷预测类软件为代表的，基于反算法的能耗预测、分析软件解决方案，通常没有优化功能；另一类是以Flowdesk为代表的，综合正算法能耗预测方法和反算法的能耗预测方法的综合性能耗预测、分析软件解决方案，通常内嵌工艺仿真模块，并与运行优化功能相结合。

1.负荷预测类产品总览

负荷预测是一类在线的应用软件，有效结合企业成本和数据库的综合软件。设计为自动的，具有快速和稳定的特性。应用方便，校订现在和未来的数据走向。使企业能够更好地掌握未来的运行。负荷预测软件被誉为数据分析的发动机。

负荷预测一般有三种可用来执行学习的方法。它们是回归法、神经网和基因法。回归法是最基本的分析方法。回归法执行速度也非常快，并且在带有大量数据的个案中将会常常给出更好的结果，可能比神经网或基因法还好。在负荷预测中执行回归法是最小化数据组的平均误差。

神经网是一个比较复杂的分析方法，它能有效地执行所有不同大小的数据组。负荷预测使用神经网来最小化平均误差，当运行时它可创建一个最多包含150个隐藏接点的神经网。神经网的工作方式是将每个预测参数考虑成一个接点。这些接点用权重连结到构成隐藏层的所有接点。从每个隐藏层接点通过权重连接到输出接点。所有权重连结从随机权数和已知值开始通过网络。历史的已知输出值和计算的输出值之间不同，可用来修正权重连结的加权值。这个过程反复重复，直到一个可接受的误差出现或重复次数已达所内设的重复最大值。在负荷预测中，这个过程重复是从1到150可能隐藏层的接点。也有可能负荷预测发现1隐藏层接点是最好的。在此情况下你将看到神经网和回归法中有同样的预测效果。一个隐藏接点系统的结果等于正常回归分析。基因法的复杂性比神经网更复杂一些。基因法所做的是创建一个“代”的神经网，然后它学习那些网。在学习结束的时候，它检查哪些网运行最好，保留下来运行最好的并舍弃其他的。这些网被复制和通过变化一些加权被变化，直到网的数字和原始数字一样。然后这个过程重复，直到最大的代数字或者实现可接受的误差。

使用负荷预测的公司可实施和承担综合预测管理并保证调度中心的安全可靠，和弹性的管道操作。应用负荷预测超级技术可填充中枢系统的预测和管理，掌握管道每天的具体情况和过往的使用情况。设置操作数据并建立管理燃料执行状态，等同于使燃料安全且可以掌握年度燃料预算。操作数据相当于部分流动数据，进口压力，出口压力，数据站操作，外界环境使用预报并解决。使用装载或燃料管道的营业公司可能实施，并且承担派遣工程的联合燃料管理和气体将提供安全、可靠、弹性和竞争管道操作；通过使用专家的技术，例如神经网络和基因算法，气体管道操作公司能实施一个神经网络或基因算法燃料管理系统为它的管道每日操作。这允许操作公司分析它的历史燃料用法作为关键操作数据的建立，并且建立手段测量它的燃料表现，辨认潜在的节约燃料和一个方式控制它的每年燃料预算。操作数据，例如段流速、入口压力、出口压力、驻地经营的数字、四周情况，可用于作为预报因子展望总段燃料用法。

2.综合性能耗预测类产品总览

（1）FIow Desk天然气管道软件

优越的负荷预测、管道模拟、运行优化的综合软件Flow Desk，是一个天然气管道管理、模拟、自动化集成软件套件。它集成了最新和最有效的预测技术，在工业管道可提供模拟和专家系统规则，可用于快速创建天然气业务和商业解决方案。这些工具可用于提高利用天然气管道管理技术，准确预测天然气的输运能力和运输成本，优化天然气管道运行任务，增加收入和利润。其最重要的有下面几个模块：

能耗优化模块。Flowdesk中的能耗优化模块，是一个完整和强大的套件。该产品为管道公司工程师提供精确的能耗优化功能。利用科学的解决方案，采用集成和自动化工具，结合业务分析和优化算法，给出在能耗最低下，如何配置复杂的压缩机及管道的其他配置。其基本功能有：确定管道能耗最低时，运行的最优配置；确定哪些压缩机站打开或关闭；确定最佳的压气站设置点；尽量减少燃油消耗和运营成本；选择能耗优化的同时，也保证吞吐量尽量最大化等。

负荷预测模块。GREGG工程公司开发了功能强大的负荷预测模块，将天气、时间、市场力量可能会导致供应和管道系统的需求变化内嵌在系统中。用多种内置的方法进行自动在线离线训练，这些方法主要有，神经网络、遗传算法、回归分析、自定义需求关系、最优化方面跟踪等。系统可以做到每日负荷的总预测，也可以做到24小时预测。

（2）ESI管道软件

ESI公司的实时水力模拟模型PIPELINE MANAGER提供下列不同的应用模块（其中就有用于改进油/气管线运行安全性并减少运营成本的标准模块）：

——管线总量；　　　　　　　　——存活时间分析；

——动态泄漏检测和定位；　　　　 ——关闭时泄漏检测；

——压力监视；　　　　　　　　　——管线效率模块；

——清洁球跟踪；　　　　　　　——压缩机/泵站优化；

——组分跟踪；　　　　　　　 ——仪表分析；

——预测模块；　　　　　　　　——预测过程模块；

——阴极保护分析；　　　　　　——操作员培训器；

——负荷预测；　　　　　　　 ——管线存量管理；

——离线瞬态仿真软件；　　　　　 ——天然气管网商业管理模型；

——基于互联网的管线操作和商业管理集成软件包；

——批量计划，批量跟踪，批量输送，混油段跟踪；

——DRA分析；——油罐模拟。

以PIPELINE MANAGER为基础，PIPELINE STUDIO可以模拟操作改变时管道的变化情况，通过研究已制定操作行为的模拟结果，可以得到高质量的决策方案，从而减少维护费用和风险。

PIPELINE STUDIO同样是备受好评的人员培训资源，可以让操作员不必进入控制室即可观察到脱机环境中操作变化所带来的效果，学习如何预测不同操作在管道上运行的结果，从而全面提高操作质量并且削减昂贵的维护费用。

例如，美国安然油气公司报告说：在他们8500千米气管线上，通过应用上述实时模块，在压缩机燃料上节省了16%的费用，输送能力提高0.3%，并可按用气户要求的输气量按时供气。

PIPELINE STUDIO的基础数据以XML的格式提供，具有无可比拟的优势和灵活性，可以方便地与其他系统交互。一旦在PIPELINE STUDIO中建立了工程学模型，就可以将同样的模型嵌入其他定制的应用程序（也即进行扩展开发），从而提供独一无二的定制解决方案，改进公司的特殊业务流程。例如，可以创建一套应用程序，将输送请求数据与每小时的负荷曲线、SCADA数据相结合，以支持动态的管线分析（常见的例子是在输量不足时确定最优停气方案）。PIPELINE STUDIO在经过修改和执行后，必将成为整个IT战略中的核心部分。

国内外研究现状

0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了采用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具采用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而辅助决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。

Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用

国际油气与固体矿产资源领域最重要的发展趋势就是全球资源一体化、市场一体化。因此，在能源战略甚至是国家发展战略中，必须把开发利用海外资源作为核心内容，建立相应的信息库、决策方法库和动态分析模型。

很多发达国家、石油跨国公司和国际组织，以及一些有影响力的研究机构，很早就已经认识到建立全球资源开发利用的数据库和决策支持系统的重要性。比如埃克森公司、道达尔公司和壳牌公司都具有这些数据库和风险管理系统。其中，埃克森公司的全球油气系统最为著名。这些数据库和评价技术在公司范围内，是核心技术和资源，不会与别的公司和国家共享。同时，有许多权威的国际咨询公司开发出了类似的数据库和风险管理体系，比如著名的IH S公司就具有非常详细的数据库，对外服务中价值极高。

国外一些著名的研究机构或政府部门，如：国际能源署（IEA）、国际应用系统分析研究所（IIASA）、美国能源部（DOE/U.S.），已经建立了旨在辅助决策的能源系统。最具代表性的能源模型是美国能源部开发的国家能源模型系统（NEMS）和国际应用系统分析研究所与世界能源委员会（WEC）合作开发的IIASA-WECE3模型。

NEM S模型是美国EIA/DOE（美国能源部能源信息署，简称EIA）于1993年开发的能源经济区域决策支持模型，目的是通过模拟美国及国际能源市场来规划能源、经济、环境、安全因素对美国能源消费、价格、安全的影响，为决策者制定国家能源发展战略和规划提供必要的决策信息支持，其中最重要的模块就是石油和天然气的全球生产、消费、资源、贸易和价格运行的动态模型。依赖此模型，可以规避国际石油市场的价格风险，规避海外油气进口的供应风险，规避本国能源消费的需求风险。

ⅡASA-WEC E3模型是ⅡASA和WEC于20世纪90年代开发的基于动态线性规划的能源－经济－环境决策支持模型，它是以连续的、相互独立的情景分析方式，研究受不确定性因素影响的未来社会、能源消费和技术发展的一系列可能的状况，从而为决策者制定能源长期和短期规划提供信息支持。

国内已经意识到海外开发需要现代化的风险管理技术的支撑，但是目前只有一些分散的研究，尚未从国家层面上系统地规划和协调实施，更没有形成支持企业海外投资决策的系统。

国内的石油公司，特别是中国石油天然气集团的国际油气勘探开发业务已经有10多年的历史。在这方面积累了大量数据和信息，也开展了大量的研究。例如，在资源方面，中国石油天然气集团经济技术研究院具有世界盆地数据库和最近开发的区块图集，对海外投资环境，特别是法律法规、合同模式、条款数据和投资信息的基本数据和信息，有一定的积累；中国石油天然气勘探开发公司（CNODC）海外中心具有许多国家的项目资料和一线的实践者。但是还没有系统地建立针对海外资源开发利用的风险管理系统。相比之下，中小石油公司，特别是民营石油公司十分缺乏系列的数据和信息支持，更没有辅助的风险管理系统。

在全球矿产资源利用方面，发达国家的政府机构和许多跨国公司都定期地进行全球矿产资源分布及潜力分析，一方面将其作为制定国家资源安全战略的重要依据，通过调整资源规划和政策，以应对资源供应的风险；另一方面为国家制定资源勘探开发战略、优选有利区块、确定投资方向提供依据，为正确决策，减少失误提供可靠保障。

美国地质调查局（USGS）矿产资源开发利用的目标是促进环境、资源和经济因素一体化，把项目部署与国家和公民的需要紧密结合起来，更好地为社会发展与经济建设服务。矿产资源的研究内容主要有4个方向：一是矿产资源的支撑能力和社会需要，维护相关数据库，研究矿床评价和分析方法、成矿作用、金属矿产和成矿环境；二是矿业经济和国家政策，调查矿产品信息（矿产品概要、矿业调查、矿产年鉴和国际矿业等），为国家公园、森林和土地资源管理提供矿产资源、地球化学和地球物理资料；三是矿业环境和公众健康，研究废弃矿产地、地球化学和地球物理背景，评价地质环境；四是矿产技术方法和资料发送，进行矿产相关数据库和信息资料更新。

天然气发电的现状与前景如何？

梁劲1　王宏斌1，2　梁金强1

（1.广州海洋地质调查局 广州 510760；2.中国地质大学（北京）北京 100083）

第一作者简介：梁劲，男，1971年生，高级工程师，1995年毕业于成都理工学院信息工程与地球物理系应用地球物理专业，主要从事天然气水合物调查与研究工作。

摘要 本文采用Jason 反演技术对南海北部陆坡A 测线纵波速度进行计算，结合BSR、振幅空白带以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析，对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究，结果表明：低速背景中的高速异常，是天然气水合物赋存的重要特征；高速异常体一般呈平行于海底的带状分布；在高速异常的内部，速度也是不断变化的。一般在异常体的中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低，反映在水合物矿带内部，水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。本文的研究成果进一步表明高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点，还可以进一步判定水合物的富集层位。

关键词 Jason 反演技术 天然气水合物 速度分析

1 前言

天然气水合物是在低温、高压环境下，由水的冰晶格架及其间吸附的天然气分子组成的笼状结构化合物，广泛分布于海底和永久冻土带。温度和压力是天然气水合物形成和保存最重要的因素（王宏斌等，2004）。针对天然气水合物的野外调查及研究表明：高分辨率的地震勘探方法是天然气水合物调查评价中行之有效的方法。地震反演技术一直是地震勘探中的一项核心技术，其目的是用地震反射资料反推地下的波阻抗、速度、孔隙度等参数的分布，从而估算含天然气水合物层参数，预测天然气水合物分布状况，为天然气水合物勘探提供可靠的基础资料。常用的地震反演技术有Jason、Strata、Seislog和ISIS等，其中Jason反演技术在含天然气水合物层预测中因其分辨率高而得到广泛推崇，它主要由有井约束和无井约束两种方法组成（廖曦等，2002）。

速度异常是判断天然气水合物是否赋存的重要条件之一。结合BSR（Bottom Simulating Reflector）特征、波形极性特征、振幅特征以及AVO特征等目前已成为判断是否存在天然气水合物层主要手段（史斗等，1999）。大量的测试数据显示：水合物的速度与冰的速度较为接近，而比水高。与含水或含游离气沉积层相比，含水合物沉积层的密度降低，声波速率增大，含水合物层的地层速度往往比一般的地层速度高，含水合物沉积层的下部由于充填了水或气，而使水合物底界面出现速度负异常。因此，地层中速度反转是水合物赋存的一个地球物理标志。含水合物地层的声波速度与水合物的含量有关，水合物含量越高，其声波速度越高。从速度方面看，BSR是上覆高速的含水合物地层与下伏较低速的含水层或含气层之间的分界面。通常，海洋中浅层沉积层的地震纵波速度为1600～1800m/s，如果存在水合物，地震波速度将大幅提高，可达1850～2500m/s，如果水合物层下面为游离气层，则地震波速度可以骤减200～500m/s。因此，在速度剖面上，水合物层的层速度变化趋势呈典型的三段式，即上下小、中间大的异常特征（张光学等，2000）。西伯利亚麦索雅哈气田的资料表明，在原为含水砂层内形成水合物之后，其纵波的传播速度会从1850m/s提高到2700m/s；而在胶结砂岩层，这种速度会从3000m/s提高到3500m/s。深海钻探计划的570站位的测井结果表明，由含水砂岩层进入含水合物砂岩层时，密度由1.79g/cm3降低到1.19g/cm3，声波传播速度从1700m/s提高到3600m/s，且电导率剧烈下降。

Cascadia海域ODP889站位的VSP测井资料反映水合物底界为强烈的负速度界面，速度从水合物沉积物层的1900m/s陡降到含游离气层的1580m/s，由于VSP测井为地震测井，受钻井因素的影响较少，因此认为VSP测井真实地反映了水合物沉积层底界的速度变化（陈建文等，2004）。

国土资源部广州海洋地质调查局在2001～2004年在南海北部陆坡进行10000多公里的天然气水合物高分辨地震调查。本研究利用Jason反演技术，通过对南海北部陆坡区的地震速度资料的精细分析，在已圈定BSR分布范围的基础上研究陆坡区各沉积层的速度特征，最后对速度值与水合物的关系进行了分析和探讨。

2 方法原理

纯天然气水合物的密度（0.9g/cm3）和海水密度相近，而游离气的含量又十分有限，这就决定了产生BSR的波阻抗差主要由速度造成。速度反演技术的特点是在无井约束时，以地震解释的层位为控制，对所有的地震同相轴来进行外推内插来完成波阻抗反演，这样就克服了地震分辨率的限制，最佳的逼近了测井分辨率，同时又使反演结果保持了较好的横向连续性。速度反演技术的主要原理是：①通过最大的似然反褶积求得一个具有稀疏特性的反射系数系列；②通过最大的似然反演导出波阻抗；③通过波阻抗计算速度。该方法的主要优点是能获得宽频带的反射系数，是一种基于模型的反演，具有多种建模方法，对所建模型进行比较分析，并使地质模型更趋合理，反演结果更加真实可靠（郝银全等，2004）。

波阻抗反演方法的出发点是认为地下的反射系数是稀疏分布的，即地层反射系数由一系列叠加于高斯背景上的强轴组成。具体反演是从地震道中，根据稀疏的原则抽取反射系数，与子波褶积生成合成地震记录，利用合成地震记录与原始地震道的残差修改反射系数，得到新的反射系数序列，然后再求得波阻抗。其具体步骤是：

假设地层的反射系数是较大的反射界面的反射和具有高斯背景的小反射叠加组合而成的，根据这种假设导出一个最小的目标函数（安鸿伟等，2002）：

南海地质研究.2006

式中：R（K）为第一个采样点的反射系数，M为反射层数，L为采样总数，N为噪音变量的平方根，λ为给定反射系数的似然值。

最大的似然反演就是通过转换反射系数导出宽带波阻抗的过程。如果从最大的似然反褶积中求得的反射系数式R（t），则波阻抗：

Z（i）=z（i-1）×（1+R（i））/R（1-i） （2）

利用波阻抗和速度的关系式：

v=Z（i）/ρ （3）

即可得到速度值。其中，ρ为地层密度，可从区域测井资料结合该测线重力资料反演求取。

在上述过程中为了得到可靠的反射系数估算值，可以单独输入波阻抗信息作为约束条件，以求得最合理的速度模型。一方面，速度反演结果是一个宽频带的反射序列和波阻抗及速度数据，同时加入了低频分量，使反演结果更能正确反映速度变化规律；另一方面，它有多种质量控制方法，具体表现为监控子波的选取、同相轴的连续追踪、反演结果准确性的判断和提供多种交汇显示的相关性分析。所以利用速度反演可对地震剖面上任一相位进行速度反演，在每一个CDP点都可得到任一个同相轴速度数据，并利用二维的反射波的速度层析成像反演方法得到高度连续的速度剖面，如果地震测线足够密，还可利用三维速度反演得到速度体图像。

3 实现过程

3.1 初始模型的确立

在地质规律的指导下，利用地震和测井资料开展沉积特征分析和沉积旋回划分；建立岩石-电性关系，进行砂层组和单砂层对比；在地震剖面上提取各含油砂层组反射波属性，建立地震属与矿体的关系，实现地震-测井综合预测矿体平面分布厚度，开展层间矿体组外推预测；建立初始速度场；在地震属性约束下开展地震反演，反演层间小层矿体厚度。细分层反演层位的标定正确与否直接影响反演结果的精度。因此，在反演过程中对子波提取、能谱特点、信噪比、频谱及反射系数的研究至关重要（闫奎邦等，2004）。技术路线流程如图1所示：

3.2 初始速度场的获得

初始速度场的获得首先要对速度谱进行解释，速度谱的解释和取值是否合理，将直接影响均方根速度的计算精度。具体步骤如下：

1）速度谱的解释先从地质条件简单、反射层质量好、能量团强、干扰少的剖面段开始，绘制叠加速度-反射时间曲线，并逐渐向外扩展；

2）结合地震剖面的反射特征，判断速度极值点是否正确，并选择读取能量团最大的极值点。排除干扰波能量团，从而求得有效波的叠加速度；

3）对相邻速度谱进行比较，通过比较速度谱曲线的形状、相同反射层的速度极值等方法予以检查和修改。

4）每隔40个CDP拾取一组数据，利用地震剖面上的反射倾角数据对它们进行校正，便可得到均方根速度（梁劲等，2006）。

图1 速度反演技术线路流程图

Fig.1 The flow chart of the velocity inversion of technical route

3.3 子波的提取

子波提取时，要使能量集中于子波的主瓣，与地震子波形态吻合。如果所提子波近于零相位，则从波峰向两侧能量衰减较快，波峰两侧波形对称；在子波的能谱特征分析，要使能量都集中在地震波的主频范围内；有井资料时，要对井资料都作了子波与地震波自动关联质量控制。保证子波能谱与地震波能谱相吻合，是反演中较为重要的一方面，子波能谱的峰值与地震波主频的能谱峰值相吻合。首先了解合成记录与地震记录之间的偏差。通过合成记录与地震记录之间的偏差分析，对Jason反射系数偏差、能谱偏差进行进一步的校正，使合成记录与地震记录之间的偏差减小。然后通过反射系数与地震资料之间偏差分析，采取相应的手段校正，使地层与合成记录反射系数相吻合。再进行信噪比分析，使反演处理后的信噪比得到最大限度的提高。通过一系列质量控制手段，使各油层合成记录与地震记录的标定精度得到了较大的提高。

关于速度反演可信程度，不能完全由反演方法确定，关键在于获取地震记录的质量和反演前处理流程的振幅保真度。另一个影响因素是数值模拟结果应当是比较准确的，这与计算方法有关，也与子波拾取和地质构造模型有关。至于反演结果的灵敏度，主要由拟合误差值和收敛速度来判断。如果给定的初始模型正确，即与实际地质结构一致，则拟合的误差较小且收敛速度快。本文工作由于受实际情况限制，没有实际的测井资料验证，因此反演所得速度的准确性和精度会受到一定程度的影响。

4 速度剖面特征

运用多种特殊地震成像综合分析，是天然气水合物地震资料解释的关键技术。目前一般采用识别BSR、振幅空白带、波形极性反转、速度异常、波阻抗面貌和AVO等天然气水合物地震相应特征来综合分析沉积物中是否含有水合物。高精度的层速度分析可帮助判定水合物的富集层位，速度及振幅异常结构是水合物与下伏游离气共同作用形成的特殊影像，剖面上表现为“上隆下坳”结构，多层叠合构成一明显的垂向“亮斑”这一特殊成像结构在未变形的水合物盆地内较适用于寻找水合物矿点，并可据此定量估算水合物盆地内水合物的数量，分析BSR上下的详细速度结构，是水合物地震资料综合解释的重要手段（张光学等，2003）。

图2 南海北部陆坡测线A道积分剖面

Fig.2 Trace integration profile of the line A in north slope of the South China Sea

图2是南海北部陆坡测线A的地震反射道积分剖面，从图中可以看出，该剖面中部及右下角距海底大约350ms处出现一强振幅反射波，大致与海底反射波平行，与地层斜交，BSR特征明显。在波形极性方面，海底反射波和BSR都表现为成对出现的强振幅双峰波形特征，海底反射波表现为蓝红蓝特征，而BSR表现为红蓝红特征，这表明相对于海底，BSR显示出负极性反射同相轴，即所谓的极性反转（与海底反射相反）。反射波的极性是由反射界面的反射系数决定的，而反射系数则与界面两侧的波阻抗差有关。实际上，海底和BSR都是一个强波阻抗面，海底是海水和表层沉积物的分界面，上部为低速层，下部为相对高速层，反射系数为正值；BSR是含水合物层与下部地层（或含气层）的分界面，上部为高速层（水合物成矿带是相对高速体），下部为相对低速层（如含游离气，则速度更低），反射系数为负值，因此造成了BSR和海底反射波的极性相反现象（沙志彬等，2003）。图3是用速度反演法反演出来的纵波速度剖面，该速度剖面明显显示出一近似平行于海底的相对高速地质体，其位置恰好在BSR上方。高速地质体的纵波速度大约在2000～2400m/s，其上面的低速层的纵波速度大约在1500～1800m/s，而下面的低速层的纵波速度大约在1500～1900m/s，没有明显的游离气存在特征，但根据其高速地质体特征、BSR以及波形极性反转分析，可以认为南海北部陆坡测线A的相对高速地质体极可能是水合物成矿带。

图3 用速度反演法计算的南海北部陆坡测线A纵波速度剖面

Fig.3 P velocity profile of the line A in north slope of the South China Sea computed by velocity inversion

由图3可见，水合物成矿带内部速度是变化的，表明水合物分布不均匀，呈平行于海底的带状分布，中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低。海底以下有3个近似平行海底的低速和高速带：①海底与高速体之间的相对低速带，为水饱和带；②水合物成矿带；③水合物成矿带下的低速带。水合物成矿带下面的低速带在速度剖面上没有明显的低速特征，由此推断水合物成矿带下可能不含游离气，或者是气体的饱和度很低。

5 结论

水合物的生成除了需要一定的温度和压力条件外，还需要大量的碳氢气体和充足的水。这就需要地层具有较高的孔隙度和渗透率。未固结沉积岩的孔隙度很高，渗透率大，具备水合物生成的物理条件。具备这种特征的未固结沉积岩的地震波速度较低，而含水合物地层的地震波速度增大。这就形成了水合物成矿带作为低速背景中的高速地质体特征。另外，水合物的生成受温度和压力控制，一般情况，等温面和等压面近似平行于海底，因此低速背景中近似平行于海底的相对高速地质体是水合物成矿带的特征（刘学伟等，2003）。

通过对南海北部陆坡A测线纵波速度的计算，并且结合BSR和振幅空白带识别以及波形极性反转等多种特殊地震成像进行综合分析，我们可以进一步了解水合物成矿带的速度特征：揭示水合物成矿带的高速异常一般呈平行于海底的带状分布，在高速异常的内部，速度也是不断变化的，一般在异常体的中心速度最高，由中心到边缘速度逐渐降低，该现象反映在水合物矿带内部，水合物分布并不均匀，水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低。分析BSR上下的详细速度结构，是水合物地震资料综合解释的重要手段。高精度速度分析可帮助判定水合物的富集层位，较适用于寻找水合物矿点，并可据此估算水合物资源量。

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张光学，文鹏飞.2000.南海甲烷水合物的地震特征研究，首届广东青年科学家论坛论文集，中国科学技术出版社

The Application of Jason Inversion Technology in Velocity Analysis of Gas hydrate

Liang Jin1　Wang Hongbin1，2　Liang Jinqiang1

（1.Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，5107602.China University of Geosciences（Beijing），Beijing，100083）

Abstract：The P velocity of A seismic profile in the north slope of the South China Sea were calculated by Jason inversion method.The velocity characterostic of the gas hydrate bed was researched in detail based on the calculated result and the information of gas hydrate existing including BSR，amplitude blanking and polarity reversion of the waveform.Research shows that：The abnormity of higher velocity in the background of lower velocity is an important characteristic of gas hydrate existing；The abnormity of higher velocity which distribute as a belt usually parallel to the seafloor；The velocity changes gradually at the inner of the abnormity of higher velocity with the highest velocity at the center of the abnormity whereas the lowest velocity at the margin of it，which suggests that the saturation of gas hydrate decreases gradually from the center to the margin.The result that mentioned above suggest that high resolution velocity analysis not only help to search the hydrate spot but also help to estimate the rich layer of gas hydrate.

Key Words：Jason Inversion Technology Gas hydrate Velocity Analysis

求中国液化天然气(LNG)行业投资分析及前景预测报告

天然气输送系统效率提高与井口价格解禁的结合必然导致用户费用的下降。人们有望看到电力的解禁也会发生相似的情景，即整个过程与天然气的发展十分相像。但是随着价格的下降与下降幅度的窄小，各公司需要所有的能够在竞争市场环境下保证自身利益的工具。期待着解禁环境的机遇与商务活动的结合，正驱使着天然气工业和电力工业这两大工业的结合。这两大工业越来越多地重叠、结合在一起。本书的目的已经帮助读者了解了这两个充满活力的工业及彼此之间的联系。

根据美国天然气协会的研究，对于所有消费天然气的领域来说，零售价格在19９６年平均比1987年低18%，在此期间，井口价格的解禁正在开始实施。下降的领域为：民用：14%；商业用：25%；工业用：19%；发电业：12%（所有的数据都按通货膨胀进行了调整）。虽然目前评价相关的预测是否精确还为时过早，但是对天然气解禁的支持者与电力解禁的支持者人数相同。

来自能源部的数据显示，天然气将成为“最好的能源”。DOE的数据表明，1998年，天然气的价格为6.19美元/（MBtu），而相应的电价为24.68美元，加热的油为6.85美元，1 Btu的价格相当于天然气的一个热单元为61.9美分，电价是8.42美分/（kWh），加热油为95美分/gal1 gal（美国液体加仑）　＝3.7854118L（升）。（这些DOE的数据被用于联邦交易委员会所提出的定标方案中的预算，用于帮助用户们选择能最经济地运行的机器设备）。经折算，丙烷价格为10.39美元/（MBtu），或者95美元/gal，而石蜡油为7.48美元/（MBtu），或1.01美元/gal。

天然气在美国国内极为丰富。美国的天然气进口主要来自加拿大和墨西哥。这使得燃料经济且可靠。全球性的影响其供应不太可能。在美国天然气继续供大于求。来自能源信息管理部门的最近数据显示，在过去几年中储量的增长已经超过了开采量。不断有新的气藏发现，储量的接替保持在105%左右，使得天然气的供应越来越充分。

这种充足增加了天然气作为发电燃料应用的可能性。人们对天然气青睐的其他原因包括其低排放、易输送和储存以及高效率的技术。

虽然天然气的价格受到气候变化与季节性需求的影响，但它的消费量正在稳步增长，公共事业部门的增加与减少对这种良好的增长趋势没有大关系。1998年，美国天然气消费量达到23×1015m3，是自1972年以来天然气消费的最高水平。在过去的10年中，天然气消费增加了35%，这是天然气工业成熟的表现。

由于电力需求的连续增长，使得对以天然气为燃料的发电需求也随之增加。这两大工业将继续它们的融合、获胜、合作和联盟——共筑明天的Btu工业。

我国研究现状

2011-2015年中国液化天然气(LNG)行业发展分析及投资前景预测报告　天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。　尽管全球经济正在经历近70年来最为低迷的时期，但全球LNG市场的远景依然光明。由于减少碳排放的重要性日益增长，天然气已成为优先选择的一种能源。亚洲是目前世界LNG的主要市场，预计对LNG的需求将从1999年的6850万吨、2006年的9796万吨增加到2010年的13390万吨。亚洲主要市场对LNG进口的需求预计将从2006年超过9000万吨提高到2020年的1.49亿吨。　　近年来，中国LNG项目发展之快前所未有，需求也迅猛增长。2009年我国生产天然气830亿立方米，与上年相比增长7.7%。石化工业协会的数据显示，2009年我国天然气表观消费量为874.5亿立方米，同比增长11.5%。与国内产量相比，国内天然气供需缺口达40多亿立方米。预计，2010年中国天然气需求将达1100亿立方米，而国内生产能力所能提供的只有900亿立方米。2009年，中国进口液化天然气553.2万吨，增长65.8%，占当年中国液化气进口总量的57.1%，比重较2008年提高了1个百分点。预计2010年中国将进口天然气逾100亿立方米，其中包括约600万吨液化天然气。预计2015年中国LNG进口将超过2000万吨，2020年还会成倍增长。大力发展LNG，减少对石油的依赖，是中国政府的一项重要举措，预计不久的将来，天然气将成为我国在煤和石油之后的第三大能源。

国外天然气水合物沉积学研究进展——以马利克和日本南海海槽为例

我国油田水文地质的发展可划分为三个阶段。

1.起步阶段

旧中国的石油工业极其落后，绝大部分沉积盆地没有进行过石油地质调查，油气产量极低，只有玉门、延长等几个小油田。从事石油地质的技术人员甚微，石油水文地质调查与研究更是一个空白点。新中国成立后，我国石油工业得到飞跃发展，在主要含油气盆地内开展了大规模的石油和天然气的普查与勘探工作。随着油气勘查的需要，在酒泉盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地、四川盆地及鄂尔多斯盆地相继进行了有计划的区域水文地质调查，开始研究地下水与油气的关系，油田水资料逐日增多。与此同时，北京、长春、成都等地质院校和其他大学开设了水文地质(包括油田水)课程，邀请苏联专家、学者来华讲学，教科书和主要参考书刊基本上是苏联的翻译稿，如：《普通水文地质学》(欧维奇尼柯夫)；《水文地质学概论》(克利门托夫)；《地下水普查与勘探》(卡明斯基)；《水文地质学讲座》(克雷洛夫)；《天然水系中的油田水》(苏林)；《油矿水文地质学》(苏哈列夫)。在油田水文地质生产与科研中，主要沿用着苏联的技术与方法，按照苏联专家的建议进行工作。1955年初，我国正式开始进行区域性综合水文地质普查。同年，在石油地质学家关士聪院士的倡导下，地质部西北地质局在六盘山地区开展了地下水石油普查工作，开创了我国水化学找油的先河。其后地质部物探所在四川、克拉玛依等地区进行了水化学找油试验。

该阶段主要是学习原苏联的经验、技术与方法，开始建立我国的油田水文地质事业，培养人才、配合石油普查勘探进行区域水文地质调查。

2.总结研究阶段

从20世纪50年代后期至70年代末，随着我国东部油气普查勘探的重大突破(松辽盆地和渤海湾盆地等)和油田开发事业的飞跃发展，油田水文地质基础资料日益丰富，许多油田(大庆、扶余、胜利、大港、冀中、江汉、河南、长庆、四川等)都配备了水文地质技术人员，组织成立了专门的油田水研究科室。他们从本地区油气勘探实际需要，一方面承担油田供水水文地质调查任务，另一方面，探讨油气赋存的水文地质条件，总结油田水化学成分的基本特征。例如：地质部石油局第三普查勘探大队综合研究队专设水文地质组，以鄂尔多斯盆地中生界三叠系和侏罗系为主，研究油气运移的水文地质条件、探讨三延(延长、延安、延川)地区油气富集的水文地质规律、总结已知油田(永坪、延长、枣园等)的水文地球化学特征、进行水化学找油试验，探讨水化学指标与方法；长庆油田水文地质科研人员(刘孝汉等)，对鄂尔多斯盆地侏罗系下统油田水特征及其与油气藏保存条件等进行了总结研究，系统整理了李庄子、马家滩、大水坑、马岭、华池等油田的中-下侏罗统和上三叠统油田水分析资料；四川石油管理局(刘方槐等)对四川盆地进行大规模的区域水文地质调查研究，提出了地层水由盆地内部向盆地周边运动的新观点，得出与传统认识相悖的结论，对川东地区三叠系、二叠系、石炭系水文地质条件与构造内含气程度进行了预测；成都地质学院(孙世雄等)和水文地质工程地质研究所(汪蕴璞等)对四川盆地卤水形成、古水文地质条件及卤水活动的地球化学形迹等进行了研究；玉门油矿水文地质人员根据鸭儿峡、石油沟和老君庙油田的钻孔水化学资料，结合区域水文地质成果，建立了水化学垂直剖面，除水型随时代变老变为CaCl2型外，其他水化学成分(矿化度、变质系数、氯硫比值等)都没有出现原苏联学者指出的随深度增加而增高(降低)的有序现象；在松辽盆地，大庆油田科学研究设计院(王军、黄福堂等)，总结了油田水化学成分特征——以单一的NaHCO3型水、以Cl组、Na亚组为主、矿化度1～12g/L、含有I、Br、B、NH4等微量组分。并根据矿化度和盐化系数(rCl/rHCO3+rCO3)二者的关系分为三类：较高矿化度(6～12g/L)的NaHCO3型水、中等矿化度(3～6g/L)的NaHCO3型水，盐化系数0.5～10之间、低矿化度(＜3g/L)的NaHCO3型水，盐化系数0.1～5之间，后者不利于油气保存。探讨了喇嘛甸、萨尔图、杏树岗三个油区油田注水过程中油气水物理化学性质的变化，初步总结了油气水物理化学性质的分析指标，在注水过程中，由于氧化、溶解、油层温度、压力、生物化学作用和脱水过程中轻质馏分的损失，是油气水物理化学性质发生变化的因素；吉林油田石油研究院(杨忠辉等)对松辽盆地南部油田水分析数据，利用函数式计算了扶余、新木、红岗、乾安、农安等地区判别函数值进行含油气预测，并对水中可溶有机组分(苯、有机酸)等进行了试验总结；石油部石油勘探开发研究院(李济民等)总结了油田水特性指标的应用规律，以脱硫系数为主，结合封闭系数(rNH4+rH2S/rSO4)可以说明油气的存在，用成因系数结合矿化度，脱硫系数和钠氯比值的变化规律判断油气水运移方向，总结了正向和反向油田水化学剖面特征及其与油气藏的关系；华北石油勘探指挥部勘探研究院(谢家声等)总结了冀中坳陷古潜山和第三纪水文地质条件及其与油气运移、聚集、保存的关系、地下水化学成分，尤其是水中有机组分(苯及其同系物、酚、挥发性有机酸、环烷酸和铵)与油气的关系；河南石油会战指挥部勘探开发研究院(汪义先等)针对着南襄盆地(尤其是泌阳凹陷)油田水为低矿化度的NaHCO3型水的特点，提出适用于本区的水文地球分学垂直分带和水化学类型；江汉石油管理局勘探开发研究院(李际明、余莲声)总结了潜江凹陷下第三系高矿化度、高硫酸根地下水化学成分(包括常量组分、矿化度、碘、溴、硼、锂等)在平面和纵向上的分布规律，探讨了地下水化学成分及其与油气的关系，认为矿化度高达200g/L以上的油田水是发展盐化工业的重要原料，有宽阔的开发应用前景；长春地质学院(孙杉、张先起等)研究了深成地下水(存在于地壳下部岩浆壳和上地幔中的水)在石油成矿过程中的作用，并以冀中坳陷不同时代(第四系与上第三系、下第三系和古潜山)地下水为例研究了氢、氧同位素的组成、结合水化学成分特征，探讨了地下水来源、成因及其与油气的关系；成都地质学院(孙世雄、沈治安等)研究了我国海相和陆相油田水化学成分特征，指出古水文地质分析在油田形成、保存与破坏中的作用与意义，结合冀中古潜山油田探讨了古水文地质的研究方法与内容，提出了渤海湾盆地古水动力的四个区带；地质部地质科学院水文地质工程地质研究所(汪蕴璞、王田荣、王东升、王焕夫等)研究了四川盆地卤水的特点与成因；1975年和1976年分别在《水文地质工程地质》与《地质学报》发表了《评苏林油田水理论中的几个问题》，认为B、A苏林油田水理论有一定的局限性，束缚着我国油田水理论的建立；新疆石油管理局勘探开发研究院(王仲侯等)总结克拉玛依油田水化学成分时，在三叠系(56＃)油田水中发现了矿化度高达26～27g/L以上的Na2SO4型水，在垂直剖面上与CaCl2型水或NaHCO3型水交替出现，在平面分布上介于CaCl2型水和NaHCO3水之间；他还对《评苏林油田水理论中的个问题》一文提出不同的意见；地质部石油101队(张金来、刘崇禧等)对我国已勘探开发的主要含油气盆地的水文地球化学特征进行了比较系统的整理研究，归纳了我国陆相油田水化学成分的组成——矿化度、离子比值、有机组分，微量元素、同位素(氢、氧和碳)等；提出离子组合的概念和油田水化学成分分类的几种思考方案；进行了地下水的蒸发、溶滤等模拟试验及水化学找油方法的试验与总结；应用数理统计方法研究油田水化学组分之间的关系；开发了油田水有机组分的分析测试技术与方法等。

上述科技工作者的辛勤劳动，促进了我国油田水研究地飞跃发展，逐步形成了或迎来了一门石油地质与水文地质密切结合的边缘学科——油气水文地质学，并开始探索具有我国石油地质理论特色的水文地质勘探程序和研究方法，走向了为区域含油气远景预测评价及油田勘探开发服务的道路。

3.开拓创新发展阶段

从20世纪80年代初，我国油气水文地质工作进入了一个新的高速发展阶段；取得丰富的研究成果与良好地应用效果，主要表现在以下几个方面：

1)中国地质学会石油地质专业委员会于1981年在合肥召开了“中国油田水地球化学学术讨论会”，来自地质部、石油工业部、中国科学院及高等院校代表75人，提交学术论文42篇。中国科学院学部委员、中国地质学会石油地质，专业委员会主任委员关士聪主持了会议，中国科学院学部委员、水文地质专家张宗祜作了书面发言。会议论文涉及的内容包括：我国主要含油气盆地油田水文地球化学特征与油气的关系、油田水化学成分分类、油田水起源、油气藏的浅层水文地球化学效应、水化学法在石油普查勘探中的应用、古水文地质分析与油气远景评价、深成水在油气矿产形成中的作用、计算机新技术在油田水研究中的应用，水动力条件在油气藏形成中的作用，分析测试技术方法等。本次会议是我国首次专门的油田水会议。石油水文地质工作者聚集一堂，在“百花齐放、百家争鸣”的方针指导下，进行成果交流、自由讨论、各抒己见、畅所欲言，学术气氛异常活跃。这次会议检阅了成果，交流了经验，明确了方向，增强了协作。对促进我国油田水研究、提高整体研究水平，加快油田水事业的发展步伐具有深远的意义，在国内外产生一定的影响。

2)吸取国内外油田水文地质研究的经验，通过油气生产实践，使我国油田水文地质工作进入了以石油地质为基础、围绕着油气普查勘探与开发的实际需要，走向为油气生产服务的道路。结合以勘探开发我国东部陆相油气田为主的总目标，重点研究了陆相油田水文地质特征，其后加大了海相油田水文地质研究的力度，取得了一些有独创特点的研究成果，每年都有不少论文发表，按年份举例如下：

我国油田水的离子组合特征(地球化学，1978年，刘崇禧)；我国油田水的基本特征及其分类讨论(地质论评，1979年，张金来)；一个值得注意的地质信息-酚(古潜山，1980年，谢家声)；天然气中凝析水和烃类水化物的形成(天然气工业，1981年，刘伦)；油田水文地质勘探中水化学及其特征指标的综合应用(石油勘探与开发，1982年，刘济民)；油气田的水文地球化学标志及其应用(石油及天然地质，1982年，杨忠辉)；泌阳凹陷油田水文地球化学特征及其与油气的关系(石油实验地质，1983年，汪义先)；泰州地区古水文地质条件与油气(石油与天然气地质，1983年，龚与觐)；四川盆南部水化学场及其成因(地球科学，年，汪蕴璞)；利用地层水中的溶解气进行含油气远景评价(天然气工业，1985年，刘方槐)；济阳坳陷古水文地质条件与油气聚集(石油实验地质，1986年，杨绪充)；寻找油气田的水文地球化学标志(石油勘探与开发，1987年，刘崇禧)；潜江凹陷油田水有机组分的地球化学特征(石油实验地质，1988年，林九皓)；论含油气盆地的地下水动力环境(石油学报，1989年，杨绪充)；中原油田文留地区矿化度数据的三维分析(地质科学，1990年，张广锐)；初探地下水溶解气及其对气藏形成的影响(石油勘探与开发，1991年，孙永祥)；再探地下水对气藏形成的影响(石油勘探与开发，1992年，孙永祥)；松辽盆地北部地层水中“指纹标志”化合物的分布特征及其与油气关系的研究(地球化学，1993年，黄福堂)；扶扬油层水化学场特征及其成因(大庆石油勘探与开发，1994年，楼章华)；塔里木盆地油田水有机地球化学特征分类及其石油地质意义(石油勘探与开发，1995年，李伟)；塔里木盆地油田水地球化学(地球化学，1996年，蔡春芳)；西湖凹陷油气运聚成藏的水文地质论证(中国海上油气，1997年，汪蕴璞)；沁水盆地煤层气的水文地质控制作用(石油勘探与开发；1998年，池卫国)；油田水动力系统与油气藏的形成(海洋地质与第四纪地质，1998年，陈建文)；盆地三维水动力数值模拟方法及其应用(石油勘探与开发，2000年，邓林)；塔里木油田水溶重烃研究及其应用(新疆石油地质，2001年，陈传平)；塔河油田及邻区地层水成因探讨(石油实验地质，2002年，蔡立国)；水溶气资源富集的主控因素及其评价方法的探讨(天然气地球科学，2003年，武晓春)；碳酸根和碳酸氢根测定方法和自动测定仪(现代仪器，2004年，郑志霞)；水动力条件对煤层气含量的影响-煤层气滞留水控气论(天然气地质科学，2005年，秦胜正等。)

上述有代表性论文是从覆盖我国主要含油气盆地大量的油田水文地质基础研究中提炼出来的，从一个侧面反映了我国现阶段研究的现状与水平。值得提及的是石油生产单位，科研机构和大专院校等不仅加大了油田水文地质研究的力度，而且形成了生产与科研相结合，多单位协作攻关的研究群体。石油工业部在翟光明院士的组织下，对全国各油田的水文地质特征进行了比较系统的总结。油田水文地质研究纳入国家科技攻关项目，如“七五”期间的“四川盆地二叠系水文地质条件对油气运聚与保存控制的探讨”(四川石油管理局杨家琦等)；“九五”期间的“塔里木盆地油田水文地质与油气聚集关系的研究”(石油勘探开发研究院李伟等)；和“川西地区上三叠统水化学场、水动力场与油气富集关系研究”(中石油廊坊分院天然气所吴世祥等)。国家自然科学基金资助项目，如“我国大陆区新生代深层地下水系统演化与地下水成矿作用”(中国地质大学沈照理)；“塔里木盆地古生界油田水的成因和混合证据”(中国科学院地质与地球物理研究所蔡春芳)。大专院校的水文地质博士生也将油田水文地质作为选题进行研究，如“临邑盆地水化学成分特征及其研究意义”(1991年，张作辰，中国地质大学)；“泌阳凹陷石油运移聚集的水化学场与水动力场研究”(1992年，李广贺，中国地质大学)。江汉石油学院仅83级本科生就有五人以油田水研究作为毕业论文。有些油田也将油田水文地质列入本系统重大基础研究课题，如：“克拉玛依油田八区油气水研究与油源重新探讨”和“准噶尔盆地西北缘石炭系油田水化学研究”(新疆石油管理局勘探开发研究院，王仲侯，1981年和1985年)；“冀中坳陷地下水的氢和氧同位素组成与成因”(长春地质学院，孙杉等，1981年)；“冀中坳陷水文地质条件与油气分布”(华北石油勘探开发设计研究院，赵宝忠等，年)；“济阳坳陷油田水水化学特征及其与油气聚集的关系”、“东营凹陷重质油形成的水文地质条件的研究”(胜利石油管理局地质科学研究院，任发琛等，1989年)；“莺-琼盆地油田水化学研究”(中海油南海西部石油公司地质研究院，1989年)；“沉积盆地中油气运移聚集与区域地下水流动之间的关系”(中国地质大学，王明等，1991年)；“泌阳凹陷古水文地与无机络合物研究”(河南石油管理局，周留纪，1991年)“松辽盆地北部扶扬油层地下水动力特征与油气藏关系的研究”(大庆石油管理局勘探开发研究院，1991年)；“东营凹陷流体历史与油气藏形成分析”(胜利石油管理局勘探事业部等，2001年)；“贝尔断陷地层水分析数据含油性的综合评价”(大庆石油管理局勘探开发研究院，2005年)；“乌尔逊凹陷地下水特征与油气关系的研究”(大庆石油管理局勘探开发研究院，2006年)；“四川盆地川东地区地下水与油气关系研究”(中国石油勘探开发研究院，李伟等，2002～2005年)。汪蕴璞、王焕夫在吸取前人古水文地质研究成果的合理部分，提出水文地质期的概念以区别于水文地质旋回。“期”是沉积盆地水文地质发育史的组成部分，是反映地下水形成的一个特定的地球化学环境的地质时间段，以地壳构造运动、水动力条件及地球物理、地球化学场三个标志划分出：沉积作用水文地质期、淋滤作用水文地质期、埋藏封闭作用水文地质期、构造热液作用水文地质期。并以冀中坳陷和四川盆地为例，讨论了其意义，有较高的应用价值。

地球化学和石油地质学家也十分重视油田水文地质学，并进行有意义的研究。例如：梅博文教授在《储层地球化学译文集》(1992年)写到：油田水中有机酸和CO2是控制储层中矿物溶解、沉淀过程的主要因素，分析测试它们的浓度与组成，不仅对次生孔隙的预测有重要意义，而且为避免油层损伤和结垢采取新的工艺措施，提供了水文地球化学依据。林任子教授在《储层地球化学进展及应用》(1995年)指出：伴随着烃源岩的压缩失水过程，生油层中大量的有机酸被排挤进了储集层，形成了金属有机酸络合物通常溶于水，因此，研究油田水中有机酸，可以在认识次生孔隙形成机制的基础上，利用地球化学趋势来预测孔隙度增长过程的发生和范围。王铁冠教授编译的《油藏地球化学》也涉及到油田水文地球化学问题，由于石油含有多种化合物，在石油、水和矿物基质之间呈现差异分配现象，在无相态变化的情况下，储层石油的组成是排烃成分加上运移途径中水相和固相分配作用所引起变化的函数。因而可以通过对储层石油和地层水中精心选择的化合物测定作出评估，如有机酸、酚类等化合物。另一方面，流体(水、气、油)的成分经常是非均质性的，通过使用灵敏的天然同位素示踪剂，可检测出微弱的非均质性，及利用地层水的变化评价油藏的分隔性。蔡春芳研究员等以塔里木盆地为主，探讨了埋藏成岩过程中水-岩相互作用，根据油田水化学成分结合流体势变化追踪油气运移与聚集途径。

地质流体分析是当今国际地学研究的前沿课题。沉积盆地的岩石孔隙-裂隙内都贮存有流体(石油、天然气和地下水)，其中水是主体部分。在油气地质领域内，油气的多期次运、聚、散、保都是在地下水的参与下进行的，分析沉积盆地内水文地质条件是研究油气成藏规律的有效途径。我国油气勘查家和水文地质家已经携手共同进行研究。

化验分析是油田水文地质研究的重要技术手段，我国各油田都建立了油田水分析测试实验室。近二十年来，随着科学技术的进步，现代分析检测仪器设备的不断更新，油田水分析测试技术与方法有了很大的改进和提高，正向着系列化、标准化、定量化的方向发展，建立了一套比较完善的油田水化学成分分析测试方法，包括：样品采集与保存方法；不稳定组分的现场测试——pH、EH、水温、溶解氧、电阻率、硫化氢、二氧化碳等；样品的前期预处理技术(萃取、富集、提纯、酸化等)；岩石样品的相关参数分析(孔隙度、渗透率、残余盐等)；开发了油田水中有机组分的分析技术方法(可溶气态烃、苯酚同系物及芳烃化合物、烷烃组分、有机酸等)；引进了水中氢、氧、碳、锶的同位素分析技术；油田水中微量元素快速分析测试的等离子色谱分析；开创了三维荧光、同步荧光的鉴别分析技术等。油田水化学分析应用了色谱(气相、液相、色质等)、光谱、红外、质谱等现代测试仪器。提高了分析灵敏度和数据的可信度。各油田先后建立了油田水分析实验手册与规程，统一了分析方法。大庆油田勘探开发研究院(黄福堂、蒋宗乐等，1995年)对油田水分析与应用作了系统的总结。油田水分析化验技术人员，发表了许多有创新性质的论文，如：水沥青的分析方法及石油地质意义(石油实验地质，吴德云，1982年)；水中气态烃的脱气方法(石油实验地质，崔秀荣，1982年)；应用紫外吸收光谱及荧光谱测定地层水中的芳烃(石油实验地质，伍大俊，1982年)；地层水中苯系物的色谱分析方法及其石油地质意义(石油实验地质，蔡映宝，1982年)；薄层层析法分离与鉴定水中酚系物(石油实验地质，伍大俊，1983年)；电位容量法测定油田水中Ca2+，Cl-离子(国外油田工程，黄福堂，蒋宗乐，1989年)

20世纪80代以后，我国油田水文地质工作者，对油田水文地质特征、水文地质勘探工作方法及其在油气勘查中的效果等进行了系统总结，出版了以下专著：

1987年，地质矿产部水文地质工程地质研究所、石油工业部华北石油勘探开发研究院、地质矿部产部石油地质综合大队101队。《油田古水文地质与水文地球化学》。北京：科学出版社。

1988年，刘崇禧，孙世雄。《水文地球化学找油理论与方法》。北京：地质出版社。

1991年，刘方槐，颜婉荪。《油田水文地质学原理》。北京：石油工业出版社。

1991年，邸世祥。《油田水文地质学》。西安：西北大学出版社。

1993年，杨绪充。《油气田水文地质学》。北京：石油大学出版社。

1994年，高锡兴。《中国含油气盆地油田水》。北京：石油工业出版社。

1995年，楼章华，高瑞琪，蔡希源等。《松辽盆地流体历史分析》。石油实验地质增刊。

1997年，蔡春芳，梅博文等。《塔里木盆地流体-岩石相互作用研究》。北京：地质出版社。

1998年，黄福堂，蒋宗乐等。《油田水的分析与应用》。北京：石油工业出版社。

1999年，黄福堂。《松辽盆地油气水地球化学》。北京：石油工业出版社。

1999年，贾庆仲等译。《油田岩石与水地球化学论文集》。北京：石油工业出版社。

从20世纪末，我国石油水文地质研究进入了以中青年科技工作者为主体的新时代，他们继往开来承担着生产与科研的繁重任务、迎接新世纪的挑战。这些朝气蓬勃、勇于实践、善于探索、敢于创新的青年群体的涌现，以及密切结合生产、理论联系实际的研究成果，展示了我国石油水文地质界人才济济，后继有人的可喜局面。近年来，一些为解决油气远景预测与勘探开发中实际问题的水文地质研究成果，表现出一定的水平。预示着我国油田水文地质工作将跨入具有自身特色、为油气生产服务的新时期。

综上所述，我国油田水文地质工作，已经走出“学国外、跟国外、重复国外”的阶段，在陆相成油理论的指导下，其研究领域不断拓宽、深化、自陆地到海洋、由陆相到海相、从石油到天然气(包括煤成气、生物成因气)、还涉及深成地下水，整体研究水平有很大提高，进入了解决我国石油地条件下水文地质问题的新阶段。

前述油田水文地质研究现状可以看出，各国研究的侧重点有所差异。总体来讲，欧美国家十分重视油气运聚的水动力条件研究，起步或研究的深度远远早于油田水化学成分的研究；原苏联是系统研究油田水化学成分最早的国家，最先提出古水文地质研究的理论与方法；我国从研究陆相油田水化学成分特征及水化学找油技术方法入手，在吸取国外先进理论与经验的基础上，走向水动力与水化学相结合、古代和现代水文地质条件同时研究的道路。

匡增桂 郭依群 沙志斌 梁金强

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

作者简介：匡增桂（1983—），男，工程师，主要从事石油地质和天然气水合物的研究。E-mail：kzg21001＠163.com。

摘要 本文回顾了近年来国外在天然气水合物沉积学方面的研究进展，并以加拿大马利克（Mallik）以及日本南海海槽的水合物勘探实践为例进行了详细的阐述。在马利克的三角洲相的砂岩层中以及日本南海海槽的浊积砂岩层中都钻遇了高饱和度的天然气水合物，这表明高饱和度易于开发的天然气水合物优先在粗碎屑砂岩中富集，受沉积相控制明显，这一结论为天然气水合物沉积学的研究指明了方向。

关键词 天然气水合物 沉积学 马利克 日本南海海槽

1 前言

20世纪90年代以来，天然气水合物调查研究在世界范围内迅速扩大和深入，调查研究的深度、广度以及技术水平不断提高。其中大洋钻探计划对水合物研究给予了高度重视，随着各个专门调查航次的实施，有力地推动了水合物勘探及研究科学技术的进步。近年来，美国、加拿大、日本、印度、韩国等相继实施钻探、发现并获取了水合物实物样品（图1），给人类带来了开发利用水合物的希望曙光。就水合物的沉积学或成矿沉积条件研究来说，也由于钻井岩心资料的日益丰富也取得了较大的突破。

2 水合物储层类型及远景

2009年，Collett［1］等首次提出了水合物油气系统（Gas-Hydrate petroleum system）的概念，主要包括了以下六个方面的内容：(1)水合物稳定条件（温压、气体成分以及孔隙水的盐度）；(2)气源；(3)水源；(4)气体迁移；(5)储层、圈闭及盖层；(6)演化时间（圈闭的形成，天然气的生成及就位在时间上的相互匹配）。沉积学在水合物勘探中需要解决的问题就是寻找优质储层、圈定成矿有利相带，而要进行水合物的储层研究，其中最重要的一个手段就是从已取得的岩心入手。Sloan和Koh（2008）［2］通过对已取得的水合物样品的分析，总结出了水合物的四种赋存状态：(1)充填于粗颗粒岩石的孔隙空间；(2)弥散于细颗粒岩石中；(3)充填于裂缝之中；(4)呈瘤状或块状产出。但是大量的水合物勘探实践表明，高饱和度的水合物一般产出于裂缝以及粗颗粒沉积物中，在这些环境中，水合物一般充填于裂缝之中或者富砂层的孔隙之中。Boswell和Collett（2006）［3］根据水合物的赋存量以及开采的难易程度将水合物划分为四种远景类型：(1)砂岩储层；(2)泥岩裂缝型储层；(3)块状水合物（暴露于海底或产出于细粒沉积物中）；(4)低饱和度、弥散于低渗透泥岩之中。他们把这四种类型用一个金字塔表现出来（图2），从塔尖到塔底，资源量逐渐增加，但储层质量逐渐降低，开采难度也逐渐增大。位于塔尖的是最接近商业开发的远景类型，这种类型中最具代表性的水合物聚集带是北极冻土带砂岩储层中的高饱和度水合物藏，包括加拿大麦肯齐三角洲的马利克地区以及美国阿拉斯加的北部陆坡。其次最具开发前景的是海洋环境中砂岩储层的中-高饱和度水合物藏，这种类型以日本南海海槽地区以及美国墨西哥湾地区为代表。金字塔中位于砂岩储层类型之下的是泥岩裂缝型储层，水合物以块状或充填状产出，这种类型以印度的孟加拉湾地区以及韩国东海地区为代表。但是如果要从这种泥岩裂缝中提取出水合物，则需要大量的技术革新，以现有的技术水平很难实现经济开发［4］。位于金字塔底的是在低渗透率泥岩中产出的低饱和度水合物藏，这种类型最典型的实例是美国布莱克海台，以现有的经济技术水平要获取这种弥散状水合物是非常困难的，但是全球绝大部分的水合物资源都赋存在这种泥岩中。现有的常规开发技术只适用于砂岩储层的水合物藏，因此Boswell（2007）［4］认为只有前两种远景类型才值得进一步勘探。下文对加拿大马利克地区以及日本南海海槽的沉积学研究进行简要回顾。

图1 全球天然气水合物的研究现状［1］

图2 天然气水合物储层类型及远景［3］

3 马利克

在近期马利克水合物钻探研究计划之前，加拿大帝国石油公司于1972年在马利克地区实施了第一口探井Mallik L-38，完钻井深为2524 m，在810～1102 m的层段内，发现了至少存在10个含水合物的砂层段，合计达110 m长［5］。到90年代，人们逐渐认识到水合物的资源潜力，各国政府对水合物的研究投入逐年增加。

1998年，日本石油勘探公司、日本国家石油公司与加拿大地调局合作，启动了Mallik2L-38水合物钻探研究计划，旨在查清水合物在马利克地区的分布。Mallik 2L-38距离Mallik L-38只有100 m，完钻深度1150 m［5］。在878～944 m层段内，获取了37 m的岩心，发现水合物主要以充填孔隙空间的形式赋存于未固结的砂岩和砾岩中，而粉砂岩及泥岩夹层则几乎不含水合物。通过测井曲线分析，Mallik 2L-38在889～1101 m深度范围内大约存在150 m厚的水合物层［1］。这项研究的结果证实了在马利克地区，高饱和度的水合物（达到80％）主要赋存于砂岩和砾岩中，而细粒沉积物则很少含水合物［5］。

Mallik 2L-38水合物钻探计划虽然查明了水合物的成因及分布，但是却没有评估水合物的产出能力。2001年，加拿大地调局与日本国家石油公司联合美国地调局、美国能源部等组织了 “Mallik 2002钻探研究计划”。这个计划总共实施了三口钻井，其中Mallik3L-38与Mallik 4L-38为两口观察井，Mallik 5L-38为产能测试井［5］。这次钻探获得了从885.63 m至1150.79 m共265 m长的岩心，根据这些岩心的岩性、层理以及沉积构造的不同，科学家将其划分出6个沉积单元（图3）。单元一（885.63～932.64 m）：块状至弱层状，生物扰动细砂岩，可见粉砂及砾岩夹层。单元二（932.64～944.44 m）：弱层状至层状粉砂岩，见低品位煤及褐煤夹层。单元三（944.44～1004.65 m）：一套厚的砂岩层，顶部可见基质支撑的砾岩夹层，粉砂岩互层广泛分布。砂岩为细至中砂岩，呈弱层状至层状。发育一系列向上变细的旋回。单元四（1004.65～1087.56 m）：富含有机质的层状粉砂岩，夹黄褐色低品位煤及褐煤，底部可见块状细砂岩。单元五（1087.56～1143.70 m）：块状至弱层状细至中砂岩，偶见有机质层及砾岩层。单元六（1142.7～1150.79 m）：层状粉砂岩，夹砂岩及泥岩层［6］。

图3 Mallik 5L-38井岩心柱状图［6］

其中单元一属于中新世的麦肯齐湾层序（Mackenzie Bay Sequence），单元二至单元六属于渐新世的卡格玛丽特层序（Kugmallit Sequence），除了一些薄的被白云石胶结的砂岩层之外，所有的沉积物都是未固结的，整个岩心段都可见自生黄铁矿（图4）。Medioli等（2003）根据所获得岩心研究认为：麦肯齐湾层序上部的粉砂岩段及底部的砂岩段为三角洲前缘相沉积，卡格玛丽特层序则为三角洲平原相沉积，包括河道（砾岩层）、分流河道（砂岩砾岩互层）以及泛滥平原（粉砂及煤互层）等沉积微相［6］。

图4 Mallik 5L-38井含水合物岩心，（a）粗-中砂岩；（b）砾岩

4 南海海槽

1995年，日本经济贸易及工业省（METI）启动了日本第一个大型的国家水合物研究计划，至2000年该计划结束，已经在日本南海海槽地区成功钻探了一系列布置紧密的钻孔，并进行了地球物理测井。2001年，METI启动了一个更大规模的水合物研究项目——“日本甲烷水合物开发计划”，以评估日本南海海槽地区深水天然气水合物的资源潜力。至2004年，已经成功实施了16个站位的钻探，获得了大量的含水合物的砂岩岩心。该计划在2010年完成了水合物的产能测试，2016年完成实施商业开采的技术准备［1］。值得注意的是，日本企业直接参与并领导了加拿大Mallik水合物研究计划，事实上，日本在水合物研究领域已经成为世界的领先者。

在1999 ～2000年日本南海海槽钻探计划中，共设置了一口试验井和三口探井，钻探结果证实，这些探井中至少存在4个含水合物的砂层段，并认为这些砂层段属于浊积扇体的沉积。在随后的2004年钻探计划中，共布置了16个站位的钻探，水深从720～2030 m。测井数据以及岩心样品表明，日本南海的水合物主要有以下三种赋存状态：(1)充填于砂岩孔隙空间；(2)充填于粉砂岩孔隙空间；(3)呈块状产出于细粒沉积物中。其中在站位4和站位13钻遇的水合物属于第一类（图5），站位4中的含水合物的砂岩层总厚度为50 m（282～332 mbsf），站位13则达到了100 m（95～197 mbsf），保压岩心及测井曲线揭示这些砂岩层的水合物平均饱和度为55％～68％［1］。

图5 日本南海海槽站位13含水合物砂岩岩心，（a）取自海底以下164.3m；（b）取自海底以下162.8m，样品被保存在塑料袋中，由于水合物分解而使得塑料袋迅速膨胀［7］

图6 日本南海海槽站位13岩心综合柱状图［7］

图7 日本南海海槽沉积相模式图（Fujii，T.，M.，2009）

站位13所取得的岩心显示，海底之下是一段2.5 m厚的砂岩层，紧接着是一段大约40 m厚的泥岩层。从海底50 m往下，砂岩及泥岩的含量开始逐渐增加，从测井曲线上来看，厚的砂岩层段分布于海底之下93～197 m（图6），单层砂岩厚度为1～80 cm。站位13中的砂岩大部分是细砂岩，但在含水合物层段可见中砂岩。微体化石测年显示这些砂岩沉积物的年龄为0.65～1.65 Ma，属于晚上新世沉积。科学家们经过详细的岩心观察及描述，识别出了五个沉积相（图7），分别为A：分流河道沉积；B：近端舌状体沉积；C：远端舌状体沉积；D：天然堤沉积；E：深海平原沉积。在A～D四个沉积相内可以明显的识别出鲍马序列以及向上变细的正粒序层理。相分析结果进一步证实了站位4以及站位13所处的沉积环境为海底扇沉积体系［7］。

5 结论

综上所述，马利克及日本南海海槽的水合物勘探实践证实，高饱和度水合物的分布与沉积物的岩性有较好的对应关系，它们优先富集于较粗的砂岩以及砾岩当中，粉砂岩及泥岩层含量则相对较低。而以目前的经济技术水平，存在于砂岩中的高饱和度水合物是最有可能也是最容易进行商业开发的类型。沉积相对于高饱和度易于开发的水合物的成藏有着非常重要的控制作用，三角洲沉积及海底扇沉积是其成藏的最有利场所，这对我国水合物的勘探事业具有重要的导向意义。

参考文献

［1］Collett T S A H Johnson，C C Knapp，R Boswell.Natural Gas Hydrates：A Review，in T.Collett，A.Johnson，C.Knapp，and R.Boswell，eds.，Natural gas hydrates—Energy resource potential and associated geologic hazards：AAPGMemoir 89，2009，P.146～219.

［2］Sloan E D and C A Koh.Clathrate hydrates of natural gases，3d ed.：New York，CRC Press，Taylor and Francis Group，2008，p.721.

［3］Boswell R，and T S Collett.The gas hydrates resource pyramid：Fire in the ice：Methane hydrate newsletter，Fall issue，2006，p.5～7：http：//www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/ publications/Hydrates/ Newsletter/HMNewsFall06.pdf＃Page＝1（accessed November 26，2008）.

［4］Boswell R，R Kleinberg，T S Collett，and M Frye.Exploration priorities for marine gas hydrate resources：Fire in the ice：Methane hydrate newsletter，Spring/Summerissue，2007，p.11～13：http：//www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications/Hydrates/Newsl etter/HMNewsSpringSummer07.pdf＃page＝11（accessed November 26，2008）.

［5］Max M D，Johnson A H，Dillon W P.State of development of gas hydrate as an economic resource，Chapter 5 in Economicgeology of natural gas hydrate，2006，p.193～195.

［6］Medioli B E，Wilson N，Dallimore S R，Dominque Paré，Patricia Brennan-Alpert，and H Oda.Sedimentology of the coredinterval，JAPEX/JNOC/GSC et al.Mallik 5L-38 Gas Hydrate Production Well，Mackenzie Delta，Northwest Territories，Mallik international symposium “From Mallik to the future”，2003.

［7］Fujii T，M Nakamizu，Y Tsuji，T Namikawa，T Okui，M Kawasaki，K Ochiai，M Nishimura，and O Takano.Methane-hy-drate occurrence and saturation confirmed from core samples，eastern Nankai Trough，Japan，in T.Collett，A.Johnson，C.Knapp，and R.Boswell，eds.，Natural gas hydrates—Energy resource potential and associated geologic hazards：AAPGMemoir 89，2009，p.385～400.

Progress in gas hydrate sedimentology research abroad, with an example of Mallik and Nankai Trough

Kuang Zenggui，Guo Yiqun，Sha Zhibin，Liang Jinqiang

（Guangzhou Marine Geologic Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：This paper comprehensively reviewed the progress made in gas hydrate sedimentologyresearch abroad in recent years，and had a detailed description on this with examples of gas hy-drate exploration practices conducted in Mallik and Nankai Trough.High saturation gas-hydratewas driled in the sandstone developed in delta environment in Mallik area and in turbidity subma-rine-fan environment in Nankai Trough.This result suggested that high saturation and most acces-sible gas hydrate，obviously dominated by sedimentary facies，preferential enrichment in coarseclastic as sandstones.This conclusion shows the direction of the gas hydrate sedimentology re-search.

Key words：Gas hydrate Sedimentology Mallik Nankai Trough