重力法在海洋勘探中的应用

重力法在海洋勘探中的应用资工11204方世祥地球的表面的3/4被海洋覆盖，海底是世界上最大的资源宝库，大量的石油、天然气及各种矿产蕴含其中，海底资源探测对人类的生存和发展及其重要；另外，海洋空间的利用也越来越迫切，涉及到海底工程勘察，海底管线探测，浅海水深探测、浅海底电导率填图、咸水-淡水分界面探测，探测化学污染区，承压含水层盐渍或污染探测等领域，海洋地壳上覆盖着深浅不同的海水，所以地球物理方法是探测研究海底的必不可少的手段之一。除了地震方法之外，海洋重力法是一种主要的海洋地球物理方法，它适用于地震方法不易分辨而重力勘探拥有优势的区域。要准确研究地球形状与地球内部构造，勘探海洋丰富的矿产资源，保障航天和远程武器发射等，就必须了解海洋重力场精细结构，高精度的海洋重力测量正是解决这些问题的重要手段之一。近年来，卫星技术取得了较大的进展。未来海洋重力场的精细结构，可以利用卫星测高、卫星重力梯度测量和海洋测量相结合的方法来研究。1、什么是重力勘探?重力勘探地球物理勘探方法之一。重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常﹐以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。2、运用领域在区域地质调查﹑矿产普查和勘探的各个阶段都可应用重力勘探﹐要根据具体的地质任务设计相应的野外工作方法。3、应用条件应用重力勘探的条件是﹕被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别﹔被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件﹔干扰水平低。4、重力仪marinegravimeter是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，受到垂直加速度和水平加速度以及基座倾斜的影响很大。一般情况下，干扰加速度的幅度比有意义的重力异常强几万一几十万倍。因此，重力仪弹性系统必须有足够大的阻尼，还需要把仪器安放在或陀螺稳定平台上。因为海区开阔，航线长，不能经常闭合基点，所以，要求海洋重力仪零点位移应尽可能地小，测程范围又要足够大。海洋重力仪种类很多，结构原理与陆地重力仪大体相同。整套仪器包括重力仪主体(弹性系统，恒温装置、阻尼装置、指示系统等)；模拟的或数字的记录器；控制器；常平架或陀螺稳定平台；电源几大部分。5、重力数据的处理和解释野外获得的重力数据要作进一步处理和解释才能解决所提出的地质任务,主要分3个阶段:野外观测数据的处理,并绘制各种重力异常图:重力异常的分解(应用平均法﹑场的变换﹑频率滤波等方法),即从叠加的异常中分出那些用来解决具体地质问题的异常:确定异常体的性质﹑形状﹑产状及其他特徵参数。解释分为定性的和定量的两个内容,定性解释是根据重力图并与地质资料对比,初步查明重力异常性质和获得有关异常源的信息。除某些构造外,对一般地质体重力异常的解释可遵循以下的一些原则:极大的正异常说明与围岩比较存在剩馀质量;反之,极小异常是由质量亏损引起的。靠近质量重心,在地表投影处将观测到最大异常。最大的水平梯度异常相应于激发体的边界。延伸异常相应于延伸的异常体,而等轴异常相应于等轴物体在地表的投影。对称异常曲线说明质量相对于通过极值点的垂直平面是对称分布的;反之,非对称曲线是由于质量非对称分布引起的。在平面上出现几个极值的复杂异常轮廓,表明存在几个非常接近的激发体。定量解释是根据异常场求激发体的产状要素建立重力模型。一种常用的反演方法是选择法,即选择重力模型使计算的重力异常与观测重力异常间的偏差小于要求的误差。由于重力反演存在多解性﹐因此﹐必须依靠研究地区的地质﹑钻井﹑岩石密度和其他物探资料来减少反演的多解性。6、重力异常和重力改正观测重力值除反映地下密度分布外,还与地球形状﹑测点高度和地形不规则有关。因此,在作地质解释之前必须对观测重力值作相应的改正,才能反映出地下密度分布引起的重力异常。重力改正包括自由空间改正,中间层改正,地形改正和均衡改正。观测重力值减去正常重力值再经过相应的改正,便得到自由空间异常﹑布格异常和均衡异常(见地壳均衡)。在重力勘探中主要应用布格异常。为研究地壳均衡,地壳运动和地壳结构也需要应用均衡异常和自由空间异常。在平坦的地形条件下,常用自由空间异常代替均衡异常。意义7、重力勘探解决以下任务﹕1、研究地壳深部构造﹔研究区域地质构造﹐划分成矿远景区﹔2、掩盖区的地质填图﹐包括圈定断裂﹑断块构造﹑侵入体等﹔3、广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油﹑天然气﹑煤)﹐4、查明区域构造﹐确定基底起伏﹐发现盐丘﹑背斜等局部构造﹔5、普查与勘探金属矿床(铁﹑铬﹑铜﹑多金属及其他)﹐主要用于查明与成矿有关的构造和岩体﹐进行间接找矿﹔6、也常用于寻找大的﹑近地表的高密度矿体﹐并计算矿体的储量﹔工程地质调查﹐如探测岩溶﹐追索断裂破碎带等。8、发展历史第一个研究和测定重力加速度的是17世纪意大利物理学家伽利略(G.Galileo)。以后﹐比较准确地测定重力加速度的方法是利用摆仪。19世纪末叶﹐匈牙利物理学家厄缶﹐L.von发明了扭秤﹐使海洋重力勘探有可能用于地质勘探。在20世纪30年代﹐由于重力仪的研制成功﹐海洋重力勘探获得了广泛应用﹐并且发展了海洋﹑航空和井中重力测量(见海洋地球物理勘探﹑航空地球物理勘探﹑地球物理测井和地下地球物理勘探)。9、海洋石油发展近年来，在全球获得的重大油气发现中，有一半来自海上，特别是深水区域。据悉，当水深在500米~1500米时，世界油气田的平均储量规模随水深而大幅增加，深水油气田的平均产量规模明显高于浅水油气田。深水区域以其丰富的资源潜力，吸引了众多石油公司的“眼球”，然而由于经济、技术等方面因素的制约，多数小公司对深水油气勘探是心有余而力不足，而具有雄厚资金、技术实力以及管理经验的大型跨国石油公司，就成为深水勘探开发的主力军。目前，BP、埃克森美孚、壳牌等全球十大石油公司拥有2003~2007年世界深水油气开发产量的73%。BP预计，到2012年，BP将有一半的油田发展项目来自深水领域，其作业深度将达到2500米~3000米，甚至更深。自20世纪80年代在墨西哥湾深水区进行勘探开发活动以来，已形成一批大型、高质量的开发项目，同时还进行了大量的海底开发项目，并在许多合作开发项目中占有股份。我国深海勘探技术发展迅速差距明显进入新世纪以来，我国经济一直呈现高速增长态势，对石油天然气的需求强劲，开发海上石油天然气资源，更好地服务于国民经济发展，已经成为国家石油公司的重要责任。但与此同时，技术生产要素的缺乏，一定程度上制约了国家石油公司进军海洋油气资源领域的步伐。早在20世纪80年代，伴随着计算机、信息、新材料等高新技术的发展，我国海洋石油勘探与开发技术就被提上议事日程。20多年来，在政府和企业的共同努力下，我国海洋石油勘探开发技术取得了较快的发展。例如，我国石油科技工作者瞄准国际最先进的测井技术，完成了具有自主知识产权的、我国第一套数控成像测井系统，研制的井下仪器基本技术指标已达到甚至超过国外同类仪器的水平，获得了8项技术专利，形成了能与国外专业大公司的技术产品相媲美的竞争实力。为了更经济有效地开发海上边际油田，我国石油公司首次开发成功大位移井眼轨道控制工具和作业系统，在渤海钻探成功水平位移近4000米、垂深比大于2的大位移井。采用这项技术在已建成的平台上向邻近的区域钻了4口大位移井，使边际油田开发成本大幅降低。此外，国内石油界还攻克了海上高温超压地层钻井的世界性技术难题，慢慢掌握了深水采油技术，逐步发展了完井、酸化技术和稠油配套采油技术等。尽管我国海洋油气资源勘探开发技术已经取得较快发展，但与美国、英国、法国、俄罗斯、荷兰、挪威等海洋科技发达的国家相比，仅有部分技术达到国际水平，整体水平仍有较大差距。大石油公司研发投入流向深海油气随着世界油气勘探开发形势的进一步发展，加大科技投入，加快技术创新，逐渐成为全球各大石油公司提高海洋勘探实力、降低成本、实现公司持续发展的重要支撑。壳牌公司的研发投入总额自2000年后逐年上升，2004年达到5.09亿美元。目前壳牌公司的勘探和生产技术在全球处于领先地位，海上油气勘探开发技术是其研发的重点业务之一。BP每年投入约3.5亿美元用于研究开发项目，目前BP在各个业务领域均已掌握了较为领先的技术，BP成熟的岩下地震成像技术，使其在墨西哥湾发现了多个深水大油田。有消息称，BP正在开发能在更加复杂的地质结构下发现油田的技术，并将继续开发在更深水下进行勘探开发的技术。BP现有的将连续的地震数据、远程油井和平台的传感数据相结合的技术以及计算机模拟技术，都将有助于其油气勘探开发活动的进一步开展。埃克森美孚每年投资上游领域的研发费用达2亿美元，其研究范围覆盖了从前期勘探、油气开发、提高采收率到油田枯竭的全过程，能够面向全球各种地质条件和各种地理条件的油气藏。目前该公司已掌握了一整套勘探、开发和生产技术，并在三维地震勘探、深水勘探与生产、水平钻井等技术领域居世界领先地位。我国海洋勘探宜走内外结合之路海洋石油天然气是目前世界油气工业的重要组成部分，加快海洋石油天然气勘探开发步伐，有助于我国石油公司更好地走出去参与国际石油市场的竞争，进一步保障国家能源安全。为实现这一目标，加快实现海洋油气勘探开发技术的突破是重要途径。政府、企业乃至全社会对海洋油气勘探开发技术研发工作都应予以重视。国家应出台相关产业政策，整合全社会科技资源，为海洋勘探开发技术的研发提供支持。我国石油公司可以借鉴国际大石油公司的经验，设立海洋油气勘探开发技术创新基金。通过加大资金投入力度，早日实现海洋勘探开发技术的突破。对于海洋勘探开发技术的研发工作方向，应本着立足国内、面向世界的原则。一是大力发展海洋油气地质勘探技术，完善海洋油气勘探理论；二是加快海洋地球物理勘探技术的发展，促进海洋油气增储上产；三是发展海上稠油油田开发工程技术，突破渤海稠油开发难题；四是发展深水开发工程技术，充分利用南海深水油气资源；五是发展海上边际油田开发工程技术和海洋天然气开发利用技术，缓解陆上天然气供应压力。立足国内、加快实施“走出去”战略是我国石油公司未来的发展方向。我国石油公司要提高国际竞争力，参与国际海洋油气勘探是必不可少的选择。例如中非石油合作是中非经济合作的重要内容，油气资源丰富的西非几内亚湾面向国际社会招标的区块都是深海油田，参与到这些油田的勘探开发，有助于国内石油公司在非洲大陆实现快速发展。而要取得这样的发展机会，拥有雄厚的海上勘探开发技术是前提条件。对于我国的石油公司而言，当前迫切需要在国内练好基本功，在国内海洋勘探的实践过程中注重应用新理论和新技术，力求取得大突破，通过不断实践，积累经验，强化自身海洋勘探的技术素质。10、总结研究海洋重力场对于了解地球形状和内部构造，起着重要作用。进行海洋重力测量能够建立海洋重力测量能够建立海洋重力场位置模型。在全球重力研究中发挥了重要作用。随着卫星技术和空间科学的不断进步与发展，其必将发挥越来越重要的地位。参考文献：1、华东理工学院学报（自然科学版）2、长江大学网络图书馆，重力勘探杂志3、百度百科(重力勘探的基本概念）