Chemical Engineering Journal|气体吸附比例建模与评价：页岩吸附气与游离气共存机制研究
页岩纳米孔隙中吸附气与游离气共存是页岩气（甲烷）的重要特征，以往单独针对吸附气或游离气的赋存机理及含量评价开展了大量研究，但针对吸附气与游离气共存机制还缺乏清晰的认识。本文基于我们前期建立的“气体量子物理吸附理论”（见https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.107129），开发了描述气体吸附比例的数学模型和实验评价方法，进而揭示了页岩纳米孔隙中吸附气与游离气共存机制。创新性地提出了气体吸附比例（GAR）等于气体分子参与吸附的概率（P2）与单分子实现吸附的概率（P1）的乘积，即GAR=P1×P2。结合室内实验与地质资料，分析结果显示：①对于给定的气-固体系，GAR受控于温压条件：温度不变、压力变化，吸附气-游离气含量“同消同长”，且GAR保持不变；压力不变、温度变化，吸附气-游离气发生转换，吸附气-游离气含量“此消彼长”，GAR随温度增加而降低；②对于给定的温压条件，气-固相互作用强度越大，GAR越高；③气-固相互作用正效应（远）小于温度负效应；④温度越低、气-固相互作用越强，游离气占比越低；反之，吸附气占比越低。研究成果有助于深刻认识页岩纳米孔
2025-04-09
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing| 三维圆锥Radon域中的压缩感知地震近地表噪声自适应压制方法
压缩感知理论为地震信号处理提供了一种超越Nyquist–Shannon定理的全新视角，受到了地球物理学家的广泛关注。该理论能够在地震信号可以稀疏表示的前提下，利用成本较低的随机欠采样来重建理想的高密度地震信号。然而，近地表噪声对地震反射信号的稀疏表示构成了挑战。为了在压缩感知框架内抑制近地表噪声，实现地震反射信号更好的稀疏表示，本文开发了一种基于压缩感知的近地表噪声抑制方法，该方法以三维圆锥Radon变换与压缩感知理论相结合为核心。首先，本研究将三维圆锥Radon变换引入地震信号处理领域，利用3D CMP记录中近地表噪声的“圆锥面”特征。提出了一种在三维圆锥Radon域中提取地震信号和抑制噪声的方法。随后，将自适应滤波策略与三维圆锥Radon变换相结合，开发了一种在三维圆锥Radon域中进行自适应近地表噪声抑制的方法。最后，将压缩感知理论、自适应滤波策略和三维Radon变换相结合，提出了基于压缩感知的三维圆锥Radon域自适应近地表噪声抑制方法。实例表明，将压缩感知随机欠采样框架、自适应滤波策略和三维圆锥Radon变换相结合，显著减轻了近地表噪声对压缩感知框架内地震反射信号重建的影响。
2025-04-07
Geological Society of America Bulletin |渤海湾盆地中始新世厄尔尼诺-南方涛动与太阳活动周期的记录
年际-百年际尺度上全球气候系统的行为与几种机制有关，包括太阳强迫和厄尔尼诺南方涛动（ENSO）等。然而，由于在地层中较难建立年际-百年际的高精度时间标尺，前第四纪的短期气候旋回研究相对较少。渤海湾盆地济阳坳陷始新统沙三下-沙四上亚段页岩中年纹层发育，是高频气候波动研究的良好载体。本研究基于测井曲线-古地磁-岩芯灰度值扫描-XRF元素扫描-电子探针线扫描等多手段，结合天文年代标尺和年纹层时间标尺，识别出始新世温室时期ENSO和太阳活动周期信号，指示ENSO年际变率可能继续存在于未来温室地球中，而非部分学者预测的未来将可能处于永久厄尔尼诺状态。渤海湾盆地济阳坳陷沙三下-沙四上亚段页岩沉积时期湖盆稳定沉降、为气候主控的沉积背景。本研究天文旋回分析表明，盆地不同井之间的米兰科维奇旋回信号可以较好对比，基于此建立天文年代标尺（图1），并恢复沉积速率变化，NX1井平均沉积速率为9.1 cm/kyr。对NX1井三张薄片1600余个纹层进行逐层厚度测量、计数，计算得到年纹层限定的沉积速率分别为10.55 cm/kyr，9.0 cm/kyr，9.3 cm/kyr。图1. 渤海湾盆地济阳坳陷NX1、NY1
Rock Mechanics and Rock Engineering | 高温高压岩石弹性波传播的热声弹性动力学理论
热弹性和声弹性理论分别被广泛用于研究温度场和应力场对岩石中弹性波传播的影响，然而，地球深处岩石通常同时经历高温和高压环境，其变形行为同时具备热弹性和声弹性，高温高压岩石弹性波传播受到热应力与预应力之间的耦合效应制约。本文基于应变自由能密度函数，通过引入温度场与应力场之间的交叉耦合效应，提出了一种统一热弹与声弹的热声弹性理论框架，系统描述了岩石的体积变化、预应力及其应变、热应力及其应变等行为。通过等效三阶热弹性和声弹性常数，建立了热声弹性应力-应变本构方程及其动力学方程。该理论预测了四种弹性波传播模式：热慢P波（T波）、慢S波，以及经典的快P波和快S波。其中，T波与快波存在耦合效应，而慢S波则表现出频率无关特性（图1）。实验验证表明，该模型能够准确预测高温高压岩石弹性波速的变化趋势（图2），为深入理解深部岩石的温度-压力耦合机制提供了理论支撑。图1.在相同垂直单轴预压和热导率时，350 K和375 K下，弹性波速度随频率的变化。（a）快P波；（b）快S波；（c）T波；（d）慢S波图2. P波速度理论预测与实验测量结果的变化这一成果为高温高压复杂地质条件下的超深层油气地震勘探、地热资源开发
2025-03-31
Geophysics|静水压、轴压和剪切压加载地层应力依赖的弹性波反射与透射
地下岩层总是处于构造应力/地层压力加载状况，表现出很强的应力依赖超弹性和各向异性特征，然而，基于经典弹性波反射/透射（R/T）理论的常规AVO正反演技术忽略了应力对地层R/T的影响。本文基于应力加载岩石弹性波传播的声弹性理论，建立了三种典型加载模式（静水压、轴压和剪切压）条件下，地层界面的弹性波R/T方程，系统分析了R/T系数随应力和入射角的变化特征。结果表明：加载应力显著影响弹性波R/T的临界角、转换波及R/T能量比（图1），特别是在临界角附近及之后，应力依赖的声弹效应表现突出。对于小角度入射，加载应力主要影响R/T系数的梯度变化；而加载应力的类型与大小直接影响角度依赖的R/T系数（图2）。因此，对强构造应力加载地层或高孔隙压力地层开展AVO分析，必须充分考虑应力依赖的超弹性和各向异性。图1. 不同围压条件下，反射P波(a)、反射S波(b)、透射P波(c)和透射S波(d)的系数绝对值随下行入射P波入射角的变化情况图2. 不同预应力类型下，反射P波的绝对值随下行P波入射角的变化对比本文研究成果为超深层油气和高压页岩气的勘探开发及提供了深部地球科学研究提供了全新的理论工具和技术手段。研究
2025-03-18
Journal of Geophysical Research: Solid Earth |高温高压弹-粘-塑非线性岩石变形流变模型
传统高温高压非线性岩石流变建模通常依赖经验性时间相关假设或简化理论框架，导致实验室结果难以外推至实际地质条件，且无法准确表征温度-压力敏感型含软物质岩石的多机制耦合非线性响应。近日，中国石油大学（华东）深层油气全国重点实验室符力耘教授团队提出了一种基于拉格朗日连续介质力学框架的高温高压非线性岩石流变模型，成功解决了含软物质（如沥青）岩石的非线性本构关系难题，并在变温变压沥青砂实验中得到验证。本研究创新性地引入拉格朗日力学框架，通过构建应变（ε）与应变速率（dε/dt）的相平面状态空间，将岩石变形分解为三个独立动态变量：E1主导的弹性变形、E2与η2耦合的粘弹性响应、η3(ε)主导的非线性塑性流动（图1）。图1.应变-应变速率相平面状态空间弹-粘-塑岩石形变分解示意图通过理论推导与实际数据验证（图2），这种建模方式首次实现了状态唯一性：应力仅由当前应变和应变速率决定，无需假设时间相关性多机制解耦：在相平面上清晰区分弹性、粘弹性、线性/非线性塑性变形阶段多加载模式预测：通过实验室数据反演获得样品物性参数，可预测任意准静态加载条件下的响应。图2.不同压力（a）和不同温度（b）实际数据相平面建
Geophysics|基于偶极四分量数据的多井声法测距
近年来，丛式井在海上油气田开发中广泛应用，油气勘探开发领域对钻井防碰的关注度逐年增高。虽然声波远探测在邻井探测中的成功应用使其成为一种潜在的声法测距防碰工具，但还需要进一步分析来证明其在多井探测方面的可行性。本文提出了一种多井声法测距方法，该方法使用四分量偶极测井数据对多个邻井进行方位扫描，并确定它们与测量井的距离和方位角。为此，开发了一种快速解析方法来模拟来自多个邻井的散射波，分析了四分量偶极散射波的方位敏感性。通过四分量旋转和偏移处理，将测得的散射波数据用于多井成像，确定多井的距离和方位角。现场数据应用证明了这种多井声法测距技术的有效性。图1.（a）偶极数据多井声法测距示意图（b）使用近似解（点）和3D有限差分（实线）方法计算的多井散射波形对比研究结果表明：利用波形叠加原理可以将单井散射波建模方法推广至多井的情况，结合四分量偶极散射波数据的取窗后旋转和偏移成像，可以同时确定附近多目标井的位置和方位角。理论模拟和现场实例证实了四分量偶极测井数据多井测距方法的有效性。图2.基于四分量偶极测井数据的多井声法测距现场实例研究成果以快报的形式发表在地球物理领域国际重要期刊Geophysics
2025-03-06
Geophysics | 层状介质数据+物理驱动的侧向测井数值几何因子研究
直流电测井具有较宽的地层电阻率测量范围，是水基泥浆井和中高阻地层电阻率测量的必备手段。大斜度井/水平井中，阵列侧向测井响应受层厚、井斜及侵入等影响极为严重，造成视电阻率曲线乱序，无法精确反演地层电性信息。响应的快速正演是测井资料校正和处理的基础，斜井有侵地层侧向测井的正演主要依赖三维有限元等数值算法。该类算法直接求解麦克斯韦方程组，亦称物理驱动正演，具有精度高、灵活性强的优势，但速度过慢限制了其在资料处理的应用。近年来国内外学者提出了基于深度神经网络和卷积神经网络的数据驱动计算方法，但仍面临模型固定、泛化能力弱、精度不可控等问题。为此，论文提出了物理+数据驱动逼近正演方法和层状阵列侧向测井数值几何因子理论。首先，建立一维（柱状或水平）层状介质模型，基于有限元产生高精度、全标签化数据库。进一步，引入神经网络算法，建立地层模型与视电阻率响应的隐式关系。两者结合将传统刚度矩阵求解转化为一系列小矩阵的运算，极大简化计算复杂度。数值几何因子等效计算的关键是将地下介质看成一系列地层电阻的串联。柱状成层介质中，可以认为测井响应是由侵入带电阻率和原状地层电阻率串联的结果。相比而言，水平层状介质中，受到
2025-03-03
Petroleum Science |横向各向同性地层井中偶极声源的辐射效率和能量分布
各向异性地层中声源的辐射与波传播问题一直是地球物理领域内十分重要的方向。特别是在井孔地球物理模型中，由于各向异性地层与充液井孔的共同作用，井中声源激发的弹性波场尤为复杂。随着非常规页岩油气勘探开发的进一步深入，研究井中声源在横向各向同性（VTI）地层中的辐射特性，对声波远探测技术中井外地质体的精确刻画具有重要意义。无限大弹性介质内的充液井孔属于圆柱形开波导,井中声源激发的导波能流分为井内、外两部分的贡献。能流密度是描述波场的关键物理量，表示弹性波在垂直于质点振速方向的单位区域内携带的能量。穿过指定表面的全部能量称为能流，可以通过对该表面的能量通量密度进行积分来实现。文中开发了一种快速解析方法来计算VTI地层井中偶极声源激发的能流和辐射效率，分析了地层各向异性对声能分布的影响，是设计VTI地层中声波远探测激励频带的关键步骤。图1.辐射图谱描述了SH波能流对各向异性参数和激发频率的敏感性具体来说，使用Umov-Poynting矢量和最速下降解推导了能流和辐射效率的表达式，对各向异性参数对能流和辐射效率的敏感性进行了全面评估，并详细展示了这些特性在频率和各向异性参数方面的变化。研究结果表明：
Journal of Molecular Liquids |不同碳链长度有机物对甲烷水合物形成的影响：动力学、热力学及微观结构研究
长碳链OM（Aa、La和Da）促进了MH形成，而短碳链OMs（如Gly和Ala）则表现出抑制作用。然而，具有短碳链和苯环的Phe对MH的形成具有促进作用。这种现象可能归因于长碳链OM和含苯环OM在MH成核过程中降低吉布斯自由能，并在MH生长阶段诱导松散多孔的结构和爬壁现象，从而提高CH4的传质效率，进而提高MH生长速率。因此，具有较长碳链和疏水官能团的OM更有利于MH的成核和生长，而具有较短碳链和亲水官能团的OM则阻碍了MH的形成动力学。图1 MH生成动力学曲线图2为不同碳链长度的OM溶液对MH形成热力学性质的影响。热流曲线表明，随着初始压力的增加，冰的融化温度保持相对不变。相比之下，MH的分解温度随着初始压力的升高而升高。这种现象可归因于在更高的压力下破坏MH结构并从水合物相中释放CH4的难度增加，因此MH分解需要更高的温度。不同浓度OM研究结果表明，高浓度的Aa和La可以促进MH的形成。相反，随着Gly浓度的增加，MH_Gly体系中MH的分解峰面积逐渐减小。当Gly含量为3 wt%时，MH的相平衡条件向较低温度和较高压力方向转移。这表明，随着浓度的增加，Gly对MH的抑制作用增强。
2025-01-13
