海底沉积物中气体迁移过程分析及监测技术研究进展

摘要

海底沉积物中的气体迁移作为全球变暖、海洋地质灾害以及海洋工程安全的重要影响因素,近年来一直受到学界和业界的高度关注.本文综述了海底沉积物中气体的生长及迁移机制,并对现有的海底浅层气监测方法进行了梳理.已有的实验证据表明,孤立气泡和连续气体作为气体在沉积物中的两种分布形态,具有不同的迁移方式.气泡在经历沉积物孔隙尺度的生长过程后,通过使周围沉积物弹性膨胀与拉伸断裂交替循环的方式继续生长,当气泡生长到一定尺寸时,其将在“伪浮力”的作用下开始向上迁移,整个过程可以通过线弹性断裂力学(LEFM)理论进行描述.连续气体在沉积物中的迁移主要通过毛细侵入和劈裂侵入两种方式,前者多存在于粗粒沉积物中,而后者多存在于细粒沉积物中,两种迁移方式主要受控于沉积物颗粒尺寸、应力环境等因素.沉积物中气体迁移的监测方法主要有CT技术、气体压力监测、孔压监测、海洋地震法以及海洋电阻率法等,其中CT技术和气体压力监测多应用于实验室尺度,而原位尺度的海底浅层气研究多通过海洋地震法及海洋电阻率法等地球物理勘探手段进行观测.