天然气在线分析仪_天然气动态仿真真实数据处理技术是什么指标呢

1.大庆紫金桥软件技术有限公司的典型客户

2.2009有什么科技信息

3.气烟囱识别分析技术在天然气水合物研究中的应用

4.数字孪生介绍系列（一）什么是数字孪生，它和仿真有什么区别？

5.Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用

6.我国遥感技术的发展状况

7.南海天然气水合物调查技术研究

一、海洋油气勘探技术形成阶段（1991—1995年）

1.含油气盆地评价和勘探目标评价技术

在引进和总结国内外油气评价方法的基础上，经过科技攻关掌握了一套具有国际先进水平的油气评价新方法和盆地模拟技术。首次在国内建立了一套以地震资料解释为基础、结合少量钻井资料的早期油气评价流程；研制了国内第一套在NOVA机上实现定位、构造、速度、数据自动分析的流程，初步实现了资料整理自动化；用了先进的区域地震地层学分析方法和流程，研究各层岩相古地理演化过程；对生烃、排烃等定量评价方法有所创新；提出了TTIQ法及计算机程序，用了圈闭体积模糊数学法、圈闭供油面积及随机运算概率统计等先进的评价方法，充分体现了国内油气评价的新水平。

在一维盆地模拟系统基础上，开发多功能的综合盆地模拟系统。系统耦合了断层生长作用、沉积作用、压实作用、流体流动、烃类生成运移，以及地壳均衡作用、岩石圈减薄和热对流等因素，能从动态的发展角度在二维空间上再现盆地构造演化史、沉降史、沉积史、热演化史、油气生排运聚史。主要特点是：正反演结合、与专家系统结合、与平衡剖面结合，来模拟多相运移、运距模拟三维化及三维可视化等。

此外，在国内首度研制成功了PRES油气评价专家系统。该系统从功能上由两部分组成：一是凹陷评价，包括地质类比评价、生油条件评价、储层条件评价和油气运聚评价；二是局部圈闭评价，包括油源评价、封闭条件评价、储集条件评价、保存条件评价及综合评价。系统的第二版本实现了运聚评价子系统与盆地模拟系统的挂接，可在三维状态下进行运聚模拟评价。其研制成功开创了专辑系统技术在石油勘探领域的应用，促进了石油地质专家系统技术的发展。

2.海上地震勘探的资料集、处理、解释技术

海上地震技术是海上油气勘探开发的主要技术，是涉足研究深度、广度最大、最省钱、最适合海上油气勘探的技术。

在地震资料集方面通过引进技术和装备，实现了双缆双震源地震集，研究成功了高分辨率地震集系统，掌握了先进的海上二维、三维数字地震资料集及极浅海遥测地震资料集技术，装备了包括一次集能力可达240道的数字地震记录系统；电缆中的数字罗盘能准确指示电缆的实时位置；三维集质量控制的计算机系统，可做5条相邻侧线的面元覆盖，并实时显示和不同偏移距的面元显示，装有可进行实时处理和预处理的解编系统；配备了卫星导航接收机和组合导航系统。

在资料处理解释方面，已掌握运用电子计算机进行常规处理和三维资料处理以及特殊处理技术，广泛应用了地震地层学、波阻抗剖面，尤其检测、垂直地震剖面和数据分析等技术；推广应用计算机绘图系统和解释工作站；掌握了地震模式识别和完善的地震储层预测软件；研制开发了面元均化、多次拟合去噪、道内插等配套处理技术。

一些成功的应用技术具体有：QHDK-48道浅水湖泊地震勘探接收系统，已用于我国浅海和湖泊的地震勘探中；三维P-R分裂偏移技术及其在油气勘探开发中的运用，获国家科技进步二等奖，是一项进行三维地震勘探资料叠后偏移处理，提高了三维波场归位精度和断层分辨能力；海洋物探微导航定位资料处理程序系统，有较强的人机对话功能，在VAX机上可读ARGO、GMS、NOR三种格式的野外带，可对高斯、VTM和兰伯特三种不同投影系统数据进行处理；DZRG处理系统实现了国产阵列机MCIAP2801与引进的VAX-11/780机的连接，从而提高了原主机的使用效率，从30％提高到68％，地震资料处理速度提高了60％～70％，为VAX类计算机配接国产AP机开创了一条新路。

这些技术在海上勘探中，得到过广泛的应用，取得了良好的成绩。在南海大气区勘探中，首次使用高分辨率地震集技术，为东方1-1气田评价提供了可靠有力的资料依据。

3.数控测井与资料分析处理技术

数控测井是当代测井的高新技术，该系统包括地面测量仪器和相应配套井下仪器适用于裸眼井、生产井以及特殊作业井的测井作业，是一套设备齐全、技术先进、适应性广泛的测井系统。

1985年9月，中国海油与国家经济委员会签订了“数控测井系统”科技攻关项目专题合同。1986年5月提出数控测井系统开发可行性方案报告。1991年在胜利油田进行测井作业，该项目难度大、工艺复杂，各项技术指标接近并达到80年代国际先进水平，证明了HCS-87数控测井地面系统工作可靠、预测资料可信。1991年获得中国海油科技进步一等奖，获国家重大技术装备成果二等奖。

由于实行双兼容，在长达5～6年的科研过程中，可以及时把一些阶段成果用于生产，为测井仪器国产化开辟了一条新路。1991年7月，中国海油与西安石油勘探仪器总厂合作完成数控测井地面系统国产化的任务。为了满足南海大气区勘探高温高压测井的需要，中国海油研制成功了耐温230℃、耐压140兆帕的测井仪，其解释效果与斯伦贝谢公司的解释软件达到的效果相同。

4.复杂地质条件下寻找大中型构造油气田的能力

在早期主要盆地油气评价、“七五”富生油凹陷研究和“八五”区域地质勘探综合研究的基础上，我国具备了在复杂地质条件下寻找大中型构造油气田的能力。这些油气田的寻找主要依靠盆地地质条件类比、盆地演化史定量分析和多种地球物理资料处理、解释软件的支持，排除了各种地质因素干扰，还地下构造的真实本来面貌，提高了海上自营勘探能力和勘探成功率。

二、高速高效发展海洋石油（1996—2008年）

经过了20多年勘探开发工作，已经深谙我国自然海况条件，需要我们大力开发核心技术，才能高速高效地发展中国海洋石油业。进入“九五”期间我国海洋石油科技发展以实现公司“三个一千万吨”和降低油桶成本为具体目标，进入了高速、高效、跨越式发展的新阶段。

1.“九五”后三年科技工作的重点

1）解决三大难题

（1）海上天然气勘探。

（2）海上边际油田开发。

（3）提高海上油田收率。

2）开展四项科技基础工作

（1）建立海上石油天然气行业与企业标准。

（2）建立中国海油信息网络上的科技信息子系统。

（3）开展海上油气田钻工艺基本技术研究。

（4）开展海洋石油改革与高速发展战略软科学研究。

3）攻克八项高新技术

（1）海上天然气田目标勘探技术。

（2）海上地球物理高分辨率、多波技术。

（3）海洋地球物理测井成像技术等。

（其他技术与勘探无关，故此处不详细列出）

由于上述“三四八”科技规划的实施，在海上油气勘探开发生产建设的科技创新中，取得了一大批优异成绩，充分显示了科技进步产业化的巨大威力。

2.“863”海洋石油进入国家高新技术领域

在《海洋探查与开发技术主题》的6个课题研究工作中，中国海油技术达到了创新的纪录。分别是：（1）海上中深层高分辨率地震勘探技术；（2）海洋地球物理测井成像技术；（3）高性能优质钻井液及完井液的研制；（4）精确的地层压力预测和监测技术；（5）高温超压测试技术；（6）海底大位移井眼轨道控制技术。

特别的，在“863”“九五”期间27项重大项目中，海洋石油的《莺琼大气区勘探关键技术》更为显著。其中的海上中深层高分辨率地震勘探技术、海上高温超压地层钻井技术、海底大位移井钻井技术、海上成像测井技术等取得了举世瞩目的成就。

“863”执行16年间取得了一大批具有世界领先水平的研究成果，突破并掌握了一批关键技术，同时培育了一批高技术产业生长点，为传统产业的改造提供了高技术支撑，更为中国高技术发展形成顶天立地之势提供了巨大的动力。

3.“九五”技术创新硕果

海上中、深层高分辨率地震勘探技术跻身前列，研制了海上多波地震勘探设备，打破了国际技术垄断。研制出的框架式多枪相干组合震源、立足于不叠加或少叠加的处理技术、聚束滤波去多次波等技术，均已达到世界先进水平。

成像测井系列仪器达到了国际90年代中期水平，属于国内先进技术。认可的技术创新有：（1）八臂地层倾角测井仪的八臂液压独立推靠技术；（2）高温高压绝缘短节；（3）薄膜应变型井径与压力传感器；（4）多极子声波测井仪的高温高压单极、偶极，斯通利波换能器；（5）高温专用混合厚膜电路芯片；（6）电阻率扫描测井仪的24电扣极板技术；（7）内置电动扶正、八臂独立机械推靠器技术。

解决了高温超压钻井世界性难题的关键技术，包括高温超压钻完井液、精确的地层压力预测和监测技术、高温超压地层测试技术。

确认高温超压环境可以成藏，莺歌海中深层有良好的砂岩储层和封盖层，二号断裂带是断裂继承性发育带，既要重视古近系断裂批复结构的圈闭，又要注意新近系反转构造及砂岩体的勘探。

三、勘探技术分析

1.海洋石油地质研究与评价

富生油凹陷的分析与评价技术说明了我国近海油气分布基本规律，也是油气选区的基本依据。中国近海51个主要生油凹陷，经多次评价共筛选出10个富生油凹陷作为勘探重点。富生油凹陷占总储量发现的84％，其中5个凹陷储量发现超过了1亿吨。

气成藏动力学研究系统，在油气勘探实践中形成的石油地质研究系统，它强调了在烃源体和流体输导体系的框架上，用模型研究和模拟研究正、反演油气生成—运移—聚集的全过程，使油气运移——这一石油地质研究中最薄弱的一环有了可操作研究方法和量化表现。该技术不但使中国海油地质研究跨入世界石油地质高新技术前沿，而且在珠江口盆地的实践中，发现了重要的石油勘探新领域。

三维智能盆地与油气成藏动力学模拟系统，中国自主开发的石油地质综合研究计算机工作平台，这套系统突破了许多高难度的技术课题，实现了三维数字化盆地的建立和油气运移、聚集的模拟。

精细层序地层学研究，引进国外先进技术实现成功应用的典范，大大提高了对地下沉积预测的能力，取得了丰富的应用成果。

勘探目标评价与风险分析方法，石油地质软件科学研究的突出成果，它反映了勘探家由“我为祖国献石油”到“股东要我现金流”的观念性的转化。通过规范勘探管理，将单纯追求探井成功率转变成储量替代率、资本化率、桶油发现成本等全面勘探资本运营管理，使探井建井周期缩短2/3，每米探井进尺费用降低40％。

2.海洋石油地震勘探技术

从1962年至今，我国海上地震勘探技术发展已走过40个春秋，从初期光点记录到24位模数转换多缆多源数字磁带记录；从震源到高分辨率相干空阵列震源；从光学6分定位、罗盘导航到DGPS、无线电声呐综合定位导航；从单次二维地震到非线性多次覆盖三维地震；从“一炮定终生”的无处理地震到运算速度达每秒70亿～80亿次的大规模并行数字处理；从二维模拟处理到全三维数字处理；从NMO速度分析和叠加到DMO速度分析和叠加；从二维叠后射线偏移到全三维叠前波动方程时间偏移至全三维叠前深度偏移；从人工解释绘图到人机交互三维可视化解释绘图；从单一的构造解释到构造、地震地层学和岩性地震学综合解释；从单一的纵波地震勘探到转换多波地震勘探；从常规二维地震作业到高分辨率二维至三维地震作业，我国海上地震勘探技术经历了脱胎换骨的变化，基本上达到了与国际先进技术接轨的水平。海洋石油人多年的耕耘，换来了丰硕的成果：查清我国海域区域地质和有利沉积盆地的分布，为勘探指明方向；查明了盆地主要构造带和局部构造的分布，为油气钻探提供了井位；发现了以蓬莱19-3油田为代表的多个亿吨级大油田和以崖城13-1气田为代表的多个大气田；直接使构造和探井成功率不断提高，分别达到53％和49％；为开发可行性研究、建立油气藏模型、编制OPD报告，提供各种主要参数和地质依据。

上述成果充分证明，海洋物探在海洋石油工业发展中起到了先锋作用，其技术发展是海上油气勘探与开发增储上产的重要手段。

3.海洋石油地球物理测井技术

我国海洋地球物理测井技术，是伴随海洋石油勘探开发成长发展起来的。改革开放以前，海上测井作业只能选用陆地上最先进、最可靠的测井仪器进行。到20世纪80年代，利用国家改革开放赋予海洋石油的优惠政策，有地引进国外先进技术与管理模式，1981年成立了中国海洋石油测井公司，并直接引进美国西方阿特拉斯CLS-3700多套技术装备。与此同时，在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，充分利用信息技术的新成果，紧紧抓着技术与学科紧密结合的关键，积极开展数控测井技术研究与开发，逐步形成了研究、制造、作业、解释、培训“五位一体”的机制。先后研制成功HCS-87数控测井和ELIS-I成像测井地面以及部分下井仪器设备。同时，培养了人才、锻炼了队伍，为测井设备的国产化打下了坚实的基础。

4.勘探过程中的海洋环境保护

在开发海上的同时也不能忽视海洋环境保护，这是海上油气田勘探开发中不容忽视的一项技术。1996年，中国海洋石油以全新的“健康、安全、环保”理念，实施安全、健康、环保、管理体系，开始步入科技化、规范化、井然有序的法制管理轨道。

安全生产是国家经济建设的重要组成部分，良好的安全生产环境和秩序是经济发展的保障。海洋石油工业有着投资大、技术难度高、环境因素复杂、风险大的特点，一旦出了事故，施救工作非常困难；在小小的平台上，集中了几百套设备和众多人员，一旦发生爆炸起火，人、物将毁于一旦；作业人员日常接触的介质不是易燃，就是易爆，稍有不慎，就会造成海洋环境污染、生态环境损害。因此，加重了安全环保的工作责任，必须建立完善健康安全环保管理体系，才能确保海上油气田安全生产。环境保护贯穿于整个生产过程和生产生活的各个领域，就此建立了完善的健康安全环保机构、安全的法规体系和管理体系，实行全方位、全过程的科学管理。

观测海洋、检测海洋，及时进行海冰、台风、风暴潮、地震等特殊海洋环境的预报，是海洋油气勘探开发生产的不可缺少的条件。为此，开展了广泛深入的观测、监测和预报系统研究及综合、集成、生产应用等工作，形成了海上固定平台水文气象自动调查系统、海洋环境要素数值模拟分析计算和各种灾害监测预报技术，在生产实践中取得了显著成效。

四、发展趋势

随着全球能源需求的不断膨胀，陆上大型油田日益枯竭，于是人们逐渐将目光投向海洋，因为那里有着很多未探明的油气储量。尽管过去由于技术不成熟人们对海洋望而却步，但自深海钻井平台出现后，人类就开始向几百米甚至几千米海洋深处进军。

随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步，深水的概念和范围不断扩大。90年代末，水深超过300米的海域为深水区。目前，大于500米为深水，大于1500米则为超深水。研究和勘探实践表明，深水区油气潜力大，勘探前景良好。据估计，世界海上44％的油气位于300米以下的水域。随着未来投资的增加，海上油气储量和产量将保持较快增长。其中，深水油气储量增长尤为显著。到2010年，全球深水油气储量可达到40亿吨左右。

面对如此良好的开发前景，我国海洋石油公司也制定了协调发展、科技领先、人才兴起和低成本等4个发展策略。尽快提高中国海油科技竞争力无疑是其中重要的组成部分。就海洋石油勘探部分，我国通过建立中国海油地球物理勘探等技术，通过技术创新与依托工程有机地衔接，创造条件使其发挥知识和技术创新的重要作用。天然气的勘探也需要进一步解决地球物理识别技术、高温超压气田勘探开发技术、非烃气体分布于工业利用等；深水油田的勘探和开发需要深水地球物理集和处理、深水钻完井技术、深水沉积扇研究、深水生产平台等多种技术。

我国海洋深水区域具有丰富的油气，但深水区域特殊的自然环境和复杂的油气储藏条件决定了深水油气勘探开发具有高投入、高回报、高技术、高风险的特点。发展海洋石油勘探技术需要面对如下问题：

（1）与国外先进技术存在很大差距。截至2004年底，国外深水钻探的最大水深为3095米，我国为505米；国外已开发油气田的最大水深为2192米，我国为333米；国外铺管最大水深为2202米，我国为330米。技术上的巨大差距是我国深水油气田开发面临的最大挑战，因此实现深水技术的跨越发展是关键所在。

（2）深水油气勘探技术。深水油气勘探是深水油气开发首先要面对的挑战，包括长缆地震信号测量和分析技术、多波场分析技术、深水大型储集识别技术及隐蔽油气藏识别技术等。

（3）复杂的油气藏特性。我国海上油田原油多具高黏、易凝、高含蜡等特点，同时还存在高温、高压、高CO2含量等问题，这给海上油气集输工艺设计和生产安全带来许多难题。当然，这不仅是我们所面临的问题，也是世界石油界面临的难题。

（4）特殊的海洋环境条件。我国南海环境条件特殊，夏季有强热带风暴，冬季有季风，还有内波、海底沙脊沙坡等，使得深水油气开发工程设计、建造、施工面临更大的挑战。我国渤海冬季有海冰，如何防止海冰带来的危害也一直是困扰科研人员的难题。

（5）深水海底管道及系统内流动安全保障。深水海底为高静压、低温环境（通常4℃左右），这对海上和水下结构物提出了苛刻的要求，也对海底混输管道提出了更为严格的要求。来自油气田现场的应用实践表明，在深水油气混输管道中，由多相流自身组成（含水、含酸性物质等）、海底地势起伏、运行操作等带来的问题，如段塞流、析蜡、水化物、腐蚀、固体颗粒冲蚀等，已经严重威胁到生产的正常进行和海底集输系统的安全运行，由此引起的险情频频发生。

（6）经济高效的边际油气田开发技术。我国的油气田特别是边际油气田具有底水大、压力递减快、区块分散、储量小等特点，在开发过程中往往需要考虑用人工举升系统，这使得许多国外边际油气田开发的常规技术（如水下生产技术等）面临着更多的挑战，意味着水下电潜泵、海底增压泵等创新技术将应用到我国边际油气田的开发中；同时也意味着，降低边际油气田的开发投资，使这些油气田得到经济、有效的开发，将面临更多的、更为复杂的技术难题。

高科技是海洋油气业的重要特征，海洋油气业的发展正是我国石油能源产业“科技领先战略”的最直接体现。只有坚持自主科技创新，才能不断提高我国海洋油气业的核心竞争力。2004年以来，我国在海洋石油的勘探新领域和新技术、提高收率、边际油田开发、深水油田开发、重质油综合利用、液化天然气与化工、新能源开发、海外勘探开发等领域实现了一系列突破。

2008年，中国海油两项成果获国家科技进步二等奖。其中一项成果是针对中国南海西部海域所存在的高温超压并存、井壁失稳严重等世界级重大钻井技术难题，研发出一套具有自主知识产权的复杂构造钻井关键技术。截至2008年底，这些技术在南海西部海域7个油田以及北部湾盆地、珠江口盆地、琼东南盆地的探井及评价井共计76口井的钻井作业中得到推广应用，并取得了良好效果。钻井井眼复杂事故率从40％～72％降至5％以下，远低于国际上20％的统计指标，井眼报废率也从5％降至0％，不仅节约了可观的钻井直接成本，而且加快了边际油气田的开发，创造了可观的经济效益。该项技术研究与应用大大提高了中国海油的钻井技术水平，扭转了之前该海域复杂井作业技术依赖外国石油公司的历史。

而经过十多年的自主研究，中国海油开发形成了一整套具有自主知识产权的适合海洋石油开发要求的成像测井系统（ELIS）。这是我国自行研制的第一个满足海上石油测井要求的成套技术装备。该系统的研发和产业化打破了国外测井设备对我国海上和世界石油测井市场的长期垄断。截至2008年底，中国海油累计生产装备10套，总值达5亿元人民币，产品已进入国内外作业市场，年服务收入达3.8亿元人民币，创汇2800万美元，效益显著。

同时，中国海油专利申请量和授权量也已进入稳步增长阶段，截至2008年底，中国海油累计获得授权的有效专利达423项，其中发明专利105项。

2008年，中国海油首次获准承担国家“3”课题，实现了科学研究层次的新突破。在国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”里，中国海油将承担6个项目和两个示范工程。

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“3S”系统是GIS,RS,GPS的简称，即地理信息系统、遥感及全球定位系统的总称。作为空间信息处理的这三个技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足。因此三者的结合和集成已成为空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。在“3S”系统中，GIS具有较强的空间查询、分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的确定具有特殊意义，但本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者结合起来形成一个有机系统，实现各种技术的综合，才能发挥更大的作用。

一、全球定位系统（GPS）

GPS（Global Positioning System）是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。它以距离为基本观测量，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置。由于测距是在极短时间内完成的，故可实现动态测量。GPS主要由空间导航卫星、地面监控站组和用户设备三部分组成。

1.GPS卫星

GPS卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分钟。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平面上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。

2.地面控制系统

GPS的地面监控部分由5个监控站、3个注入站和1个主控站组成。监控站是数据自动集中心，它包括双频GPS接收机、高精度原子钟、传感器及计算设备，它主要为主控站提供各种观察数据。主控站是系统管理和数据处理的中心，其主要任务是用监控站和本站提供的观测数据计算卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正参数，提供全球定位系统时间基准，并将这些数据传到注入站，调整卫星运行轨道，启动备用卫星等。注入站将主控站推算出的卫星星历、钟差、导航电文等控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。

3.用户设备系统

用户设备系统包括GPS接收机、天线、计算设备和相关软件。用户设备的核心是GPS接收机，以利用定位卫星提供信号来得到位置、时间、运动方向、速度等信息。接收机按功能分为GPS导航接收机和GPS接收机两种，按接收信号方式分并行和串行接收机。并行接收机具有多个信道，每个信道追踪一颗卫星，并解调各信道信号；串行接收机只有一个信道，利用内部切换逐步处理各个卫星信号。

二、“3S”技术

1.GIS与RS的结合

遥感与地理信息系统是近年来迅速发展起来的空间信息获取和处理的新技术，已广泛应用于与环境管理各个领域。遥感信息具有周期性、动态性、信息丰富、获取效益高，可直接以数字方式记录传送等特点；GIS（地理信息系统）则是具有高效的空间数据管理和灵活的空间数据综合分析能力的计算机技术系统，二者相结合，既可保证GIS具有高效稳定的信息源，也可以对遥感信息进行实时处理、科学管理和综合分析，实现监测、预测和决策的目的，这是空间技术发展的必然趋势。二者的结合主要有以下方面：

（1）从地理信息系统本身的角度出发，随着其应用领域的开拓和深入，首先要求存储大量的数据，通过不断的积累和延伸，从而具备反映自然历史过程和人为影响的趋势的能力，揭示事物发展的内在规律。但是，地理信息系统数据库几乎只是通过地图数字化建立起来的，用户不能接触到原始资料及其有关信息。

（2）地理信息系统为了保持系统的动态性和现势性，它还要求及时地更新系统中的数据。这是因为一切事物都处在发展变化之中，而地理信息系统中存储的信息只是现实世界的一个静态模型，需要及时、定时地更新。遥感作为一种获取和更新空间数据的强有力手段，能及时地提供准确、综合和大范围内进行动态监测的各种与环境数据，因此遥感信息就成为地理信息系统十分重要的信息源，尤其是大范围的以统计为主的地理信息系统。当前遥感的应用也正经历着一场质的转变，它正逐渐从单一的遥感数据的分析应用向多波段、多时相的分析应用过渡，从静态分布向动态过程预测过渡，从定性调查到定量分析过渡。

2.RS与GPS的结合

从GIS的角度看，GPS与RS都可看作为数据源获取系统。然而GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相补充完善对方，这就是GPS和RS结合的基础。

（1）GPS的精选定位功能克服了RS定位困难的问题。在没有GPS以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定，这不但费时费力，而且当无地面控制点时便无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准。

（2）利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。

（3）利用GPS形成的新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电信号在大气电离层和对流层中的延迟时间，可了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度等大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源，对天气预报尤其是短期天气预报将发挥巨大作用。

3.GPS与GIS的结合

GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级的功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。

通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的、准确的、形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收的信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分复杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、车船驾驶及科学种田等方面。

GPS可为GIS及时集、更新或修正数据。例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实，赋予专题图属性以生成专题图。

三、喀斯特与环境研究中的“3S”技术

喀斯特地区自然条件复杂，环境差异特殊，给开发、治理、保护的决策与实施造成极大困难。例如，喀斯特峰丛峡谷和峰丛洼地地区，由于地表破碎、切割幽深、可进入性差，使用遥感技术研究环境现状及其演化趋势甚为必要。高质量的信息能给我们提供优化开发、利用与环境保护的基础和依据。因此，提高决策科学化水平的关键在于掌握高质量的信息。利用遥感与地理信息系统这一高新技术建立环境信息系统，在知识经济与信息化时代的今天，不仅是在喀斯特地区通过建立人口、、环境、经济系统动态监测与评价运行模型，提出在具有喀斯特特色的多目标优化决策理论模式，其经验对全国同类喀斯特地区也有指导意义。

1.喀斯特与环境数据库建设

自从20世纪90年代以来，“3S”技术之间的密切结合，共同发展，在全球和区域与环境动态监测、趋势预报，重大自然灾害监测预报以及灾情评估与减灾对策，城市经济开发区的规划、开发与管理，全球环境变化等方面发挥了科技的先导作用。“3S”技术在喀斯特与环境数据库建设上主要体现在以下几方面：

（1）基本数据库建设，包含了行政区划、交通运输、地形地貌、碳酸盐岩、地势坡度、社会经济、区域人口、民族、交通、城镇以及区域外其他信息等基本数据库。

（2）与环境信息系统，首先涉及的内容是，在考虑喀斯特在自然界中的空间位置、的属性、用途、开发利用条件等，对喀斯特地区的不同类型建立相应的数据库，如土地信息数据库（土壤、水田、旱地、耕地、坡耕地等）、陆地水数据库（流域、水系、水量、水质等）、生物数据库（森林、灌丛、草地、陆生动物、水生动物等）、气候数据库（气温、降水、风力等）、旅游数据库（风景名胜区、自然保护区、客源市场等）、矿产信息数据库（煤炭、石油、天然气、黑色金属、有色金属、稀土元素及非金属等）。

（3）生态环境数据库建设，如环境条件数据库（地质构造、地貌类型、坡度、降水、气温等）、环境质量数据库（生态环境质量类型，如污染源等）、环境灾害数据库（水土流失、石漠化、滑坡、泥石流等）、环境污染数据库（污染源、污染监测、污染影响等）、环境保护与环境管理等数据库（环境规划、环境治理、生态恢复等）。

2.利用“3S”技术的分析与应用模型

（1）多年遥感数据分析：用多时相、多波段的遥感数据对喀斯特地区遥感在及环境方面的应用与解译方法和模式研究。

（2）地理信息系统的建立与分析：GIS的设计模型、系统的建立、数据库的研究与建立、数据库的发展、计算机制图研究及开放地理信息系统与互操作技术。

（3）“3S”技术的集成研究与应用：各种卫星、气象卫星与航空、地面观测、物探数据的复合和分析；解决RS数据、GPS数据与GIS的接口，增强遥感及GPS信息处理分析能力，并反馈用于地理信息系统的更新；向智能化方向发展，改进应用系统的数据管理，提高识别能力与解译水平。

（4）喀斯特环境评价预测规划模型：环境的控制系统模型、环境的数学规划模型、环境的开发与分配模型等。

（5）喀斯特环境空间决策支持系统：环境的空间分布模型、环境的持续利用策略、环境的总体态势与对策等。

3.“3S”技术在贵州典型喀斯特区域的研究及应用示范

（1）喀斯特地貌与洞穴信息系统研究。贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统研究，以“3S”技术为基础的新型空间信息管理系统，将为喀斯特地貌与洞穴数据资料查询、发生分布规律、空间相关关系、潜在开发、部门决策和把贵州的洞穴信息走向“信息高速公路”等方面作出重要的贡献，具有重大的理论意义和社会经济价值。该研究是将全贵州的喀斯特地貌与洞穴（群）从整个面上进行计算机统计分析，以1:5万地形图为基础，从发育分布规律方面建立相关信息库，其中包含了洞穴的洞口海拔高程、洞穴长度、发育方向、岩性、水洞的流量以及经纬度坐标等参数。以GIS技术为平台进行数据处理，并用其相应的集成技术GPS和RS进行洞穴的地址纠正及匹配，提高信息的可靠性，建立一个动态的贵州喀斯特地貌与洞穴信息系统。此外，应用“3S”技术研究喀斯特地貌与洞穴，从统计的角度，从大量的信息资料上研究喀斯特地貌与洞穴的成因（洞穴的形成与水、岩石、地质构造运动有关），洞穴的形成蕴含有大量古气候、古水文地质及构造运动的信息，数理统计分析能更有效地揭示这些信息，为研究贵州地区地质构造运动、河流的下切、侵（溶）蚀喀斯特地貌与洞穴成因提供有力证据。在此基础上，得出洞穴的分布规律及要素间的相关关系，并为贵州喀斯特地貌与洞穴的开发、利用及保护等提出建议。

（2）喀斯特地区水土流失监测系统研究。土壤侵蚀是土地退化的根本原因，也是导致生态环境恶化的重要因素。中国是世界上水土流失最严重的国家之一。近几年来，水土流失状况仍呈加剧趋势，不断出现的洪涝灾害，对水土保持工作提出了更高的要求。在GIS支持下的遥感技术，同时结合GPS野外调查，是目前普遍用的国内外最先进的大面积水土流失调查、评价方法，可用来了解、掌握水土流失现状，并完善相关的技术方法，为水土流失的防治提供可靠的技术资料。贵州省水土流失监测系统研究是在“3S”技术的支持下完成的贵州省多年水土流失空间分布及分地（市）、县（市）数据库，利用多时相的遥感TM影像对水土流失情况进行解译，可以得出不同年分的水土流失空间分布并预测其发展趋势，特别是在喀斯特地区，地形地貌复杂，水土流失破坏性大，生态环境趋于恶劣，与其他地区相比，在解译和监测上有着较大的特殊性，利用“3S”技术成功地解决了这一难题，为贵州省的水土保持规划及生态环境建设提出了相应的治理对策及合理建议。

（3）喀斯特土地石漠化研究。以完成空间定位的TM卫星影像数据为基础，进行TM卫星影像数据的多光谱信息提取，获得喀斯特地区石漠化的空间分布状况，结合喀斯特地貌分布，对典型区域的石漠化解译结果进行验证，完成喀斯特地貌与土地石漠化的空间分布数据库。喀斯特石漠化状况的研究在贵州已有较长时间，但迄今为止，由于研究条件所限，技术手段不统一等原因，石漠化状况面积、分布等数据不够统一。项目首次用“3S”作为技术支持，利用多学科结合的优势进行综合性的相关分析，以统一的标准对贵州石漠化现象及成因、对策进行研究，技术方法严密、客观，避免了传统方法进行这类大面积研究中人力物力投入过大、标准难以控制等带来的弊病。对贵州喀斯特地区石漠化问题做专项研究，通过应用多时相（1959年、19年、1995年）、多波段、多平台的遥感数据，在大量野外GPS技术调查验证的基础上编制研究区域不同年代的喀斯特土地石漠化图；利用GIS对数据进行分析、处理，旨在查明贵州喀斯特石漠化的现状、分布及发展趋势，分析土地石漠化的主要原因、发生机制和演变过程。本项研究用目前最先进的监测、评价技术，以地理信息系统技术为支撑，以遥感资料为主要信息源，同时用野外GPS调查验证，结合由地形图派生的坡度图，由区域地质图派生出喀斯特与非喀斯特及石山半石山的石漠化背景图。用植被覆盖、土壤背景、地面坡度等决定石漠化的主要因素，参考降水量、降雨强度等有关因素建立石漠化定量分析模型，应用现代建模技术进行石漠化强度评价和调查制图；结合行政区划，得到全贵州省喀斯特地区各地（市）、县（市）石漠化空间分布图和数据。

（4）喀斯特地区国土综合调查与数据库建设：①喀斯特地区林业与生态信息数据库建设，以TM遥感影像数据、DEM数据、土地利用数据为基础，建立分布式与集中式相结合的林业与生态信息共享数据库，实现属性数据的空间化与网络化共享（数据内容包括：林业信息，森林数据，省级森林空间分布数据，森林灾害数据，森林生物多样性数据库，林产市场发展数据等；林业生态环境信息，省、县级生态环境背景数据，重点县生态环境现状数据，生态建设规划属性数据与空间数据，重点生态工程信息数据，与生态环境基础数据，常用树种、草种数据等）; ②喀斯特典型地区国土环境信息平台建设及其应用，喀斯特典型地区国土环境空间数据库建设，以TM卫星遥感影像为数据源，以地形图为空间定位基础，对TM图像进行空间定位，由人工对定位遥感影像进行解译，获取全省土地利用状况分布空间数据，建立分布式与集中式相结合的国土信息共享数据库群；③喀斯特典型地区人口、社会经济数据的空间化及数据库建设，以喀斯特典型地区人口及社会经济统计数据为基础，建立该地区人口、社会经济数据库，利用相关空间数据处理手段，处理这些统计数据，使其能够与其他空间数据，如国土调查空间数据，在同一平台上实现有机集成。在此基础上，建立该地区的人口、社会经济数据库。

另外，还可进行自然保护区和风景名胜区信息系统及生物信息系统等工作。

2009有什么科技信息

紫金桥软件在全国拥有近万家用户，目前软件广泛用于石化、冶金、制药、水处理、煤炭、机械、环保、楼宇、智能交通、烟草等30多个行业。 兰州炼油厂常减压装置：国家95攻关项目：先进控制、工艺计算、在线优化。

大庆石化总厂炼油厂重催装置：国家95攻关项目，优化计算。

大庆石化总厂化工一厂：“国家863”，全厂管理控制一体化示范工程。课题编号:863-511（99通字）

中国石油天然气集团总公司：“国家863”项目：生产与实时优化调度系统。课题编号:2002AA412020 紫金桥监控组态软件 紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、等系统。

紫金桥组态软件主要特点：

客户/服务器体系结构

紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。

强大的数据库处理核心

数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。

可靠的冗余系统

紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。

丰富的IO驱动

紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的IO通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。同时支持OPC、DDE等各类开放接口

逼真的图形系统

全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。

功能强大的脚本系统

系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本用类BASIC语言，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。

报表系统

紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。

丰富的组件对象

可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。

Web发布

紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。可以使用Windwos自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer，可以任意指定数据发布端口。客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。

周密的安全管理系统

安全管理支持用户分组，用户继承所在组的全部权限，且可以定义拥有自己的私有权限。对窗口、配方、各种点、各种操作等都提供了完整的安全保护机制，只有授权用户才可以操作。 紫金桥实时数据库

紫金桥实时数据库是一个性能好、容量大、可靠性高、安全性强的分布式实时数据库平台。适用于数据存储、生产管理、先进控制、优化控制、流程模拟等应用，是企业信息化的桥梁，可以提高工厂管控一体化水平，有效降低企业成本。

主要功能特点如下：

分布式结构

真正的分布式数据库。数据服务器、Web服务器、设备驱动、人机界面、实用工具可任意组合，分别运行在相同或不同机器上。实时数据，历史数据，过程报警，等作为整个系统的共有，可为其他客户端和数据库共享。

高性能历史存储

长时间、高分辨率历史存储。历史保存时间可以精确到1毫秒，高效的数据存储算法，不但让你快速存取数据，而且能够进行快速历史数据插值。

内部仪表

数据库以内部仪表的形式表示各种运算功能，组态方便，层次清晰，便于调试、维护。

自恢复功能

当网络出现通讯故障，底层服务器仍能保存数据；通信恢复后，下级服务器能够自动将暂存的故障时段的所有数据上传到上级服务器。利用自恢复功能，保证全部数据不会因为局部故障而丢失，为连续的历史存储提供了坚实、可靠的基础。

事故追忆功能

对与相关点的历史状态进行详实记录，以便事后对产生原因进行分析。的种类、数量、关联点、发生前后时间范围等都可以自由指定。

物料平衡

实时计算装置的投入产出数据、收率数据、损失数据,并可以对装置班、日、月平衡数据进行统计、汇总，能够准确反映整个生产过程物料移动情况。

班组考核

通过工艺重要参数的追踪，发现操作的潜在问题，产生指导息、并能对各个班组的操作水平进行评估、考核。

统计分析

统计过程控制（Statistical Process Control）SPC是质量管理的有力工具，它可以保持生产线稳定，减少质量波动，提高产品质量。数据库内置SPC点，可以提供多种控制图和分析数据，全程监控产品质量。

在线修改，远程维护

可在线修改数据库组态内容，组态完后，不必重新启动数据库，就可以将组态内容下装到数据库中。另外不必要到数据库所在机器，在远程就可以进行数据库组态。

多进程与多线程

用多进程与多线程设计模式，系统更稳定。数据库、设备驱动、网络通信、实用工具、人机界面等程序分别是不同进程。由于进程运行在独立的地址空间中，一个程序的错误不会影响到另一个程序。同时可以将不同进程放到不同机器中，从而更合理的分配机器负荷，将重要的控制运算功能放到更为安全的机器上。同时，因为每个程序功能较单一，结构清晰，独立性强，调试和维护更加方便，因此能够更好的保证数据的实时性和可靠性，适合于大型应用。

多种开放接口

用户可以通过系统提供的API接口，COM控件，OPC服务器、DDE服务器与数据库进行通讯。

数据转储：与关系型数据库无缝连接

通过简单组态即可完成与关系数据库双向数据交换，也可以利用紫金桥脚本实现更复杂的数据库操作、也可以通过SQL功能块实现驱动式的数据交互。

其他实用工具

系统还提供了许多其他工具，如查询工具、过程趋势统计分析工具、数据浏览器、系统监控台等等。 紫金桥抽油机监控系统

紫金桥软件技术有限公司作为国内知名的自动化软件提供商，可以为用户提供从底层数据集（监控组态软件）到数据管理（实时数据库）及整个企业/工厂信息化的解决方案，2007年紫金桥软件公司开始研发基于数字油田的抽油机监控系统，经过长时间与油田客户的沟通和实地考察，我们于2008年岁末正式推出紫金桥抽油机监控系统Real-OEMMS-V1.0。

紫金桥抽油机监控系统是以控制中心服务器机组为核心的多级分布式系统。服务器机组负责数据的处理与监控、发布，为系统控制级别；客户机群通过Web网站形式进行数据监控，为操作控制级别，支持远程控制。分布于现场抽油机站的PLC、PAC、PM（控制器）或集模块负责数据集和抽油机设备的控制操作，为过程控制级别。多级系统通过可靠的无线网络（GPRS、CDMA等）构成了完整的SCADA系统。

软件用途

紫金桥抽油机监控系统针对于抽油机无线远程监控而设计的一套软件系统，本系统具有实时性强，可靠性高、使用方便等特点。适用于油田生产部门对各油井以及油设备进行实时监控，数据处理，异常报警，安全管理，及日志等。

软件技术特点

1、直观的显示油井当前的各项参数，比如电参数、抽油机井口压力、运行状态、冲程、冲次等，其中电流、功率、载荷等重要数据以曲线图的形式显示。

2、可以方便的切换各油井数据，便于查询，历史数据均按时间戳保存，可以指定查询任意时间段的历史。

3、集分为手动集和定时集两种方式，其中定时集的时间可以根据需要进行合理设置。

4、系统具有动态增加油井的功能，并且可以修改和删除已有的油井，省去了以往复杂的组态过程，并且易于维护。

5、各种曲线以及数据都提供打印的功能，打印之前可以预览。

6、曲线的横纵轴数据可以查询得到，并能够将数据导成Excel文件，便于进一步分析处理。

7、系统具有了操作权限管理功能，对参数设置等必须使用密码操作，并具有操作记录。

8、系统增加了自动报警弹出功能，只要发生报警时，自动弹出相应报警界面并显示报警详细内容。

紫金桥抽油机监控系统功能

·显示：提供示功图、电流图的现实功能，满足油井监控的专业需要

·集：利用无线电台等通信手段，完成对现场生产数据的集。

·数据存储：通过强大的数据存储功能，便于对照和分析。

·报表功能：利用紫金桥软件强大的报表功能，根据用户的不同需要，灵活的显示各项记录。

·动态添加、修改油井：利用紫金桥软件特有的动态加点功能，真正做到运行时动态增加、修改、删除油井，极大的提高了系统监控的运行的连续性和稳定性。

·异常处理：系统提供报警、提示、事故追忆等功能

·安全管理：系统给具操作人员的不同，给与不同的操作权限，使整个操作更加安全。 紫金桥矿业版软件

紫金桥煤矿安全管理软件分为井下人员定位系统和瓦斯浓度抽放安全管理，是紫金桥工程师与众多煤矿行业合作伙伴长期摸索总结出的煤矿行业版软件。

煤矿井下人员定位系统

随着煤矿管理的现代化与信息化步伐加快，为了提高煤矿安全装备水平和管理水平，井下人员考勤定位系统可对井下的人员实现有效的管理，一旦发生事故可以及时了解井下人员数目、人员姓名、所在位置等详细资料，为救护人员及时救援起到重要的作用。该人员管理系统用先进的无线射频技术把代表井下人员的ID号码经过处理最终传输到计算机，从而使井上管理人员及时了解井下人员的情况。

本系统的人员管理系统由硬件部分和软件部分组成，系统的硬件设备由数据通讯接口、井下读卡分站、隔爆兼本安型电源、矿用有源标识卡、服务器等几部分组成。系统通过对坑道内的移动目标（人、车、物）进行自动识别，系统用了先进的RFID射频识别技术进行识别人员标识卡的相关信息，各井下读卡分站通过通讯接口与工控机相连；系统的软件部分由紫金桥软件煤矿井下人员管理系统、跟踪定位信息网络查询系统组成，可实现联网，加强管理手段，提高管理水平，实现预防为主，有备无患。

煤矿安全生产系统

近年来，煤矿生产的各种事故接连不断的被各个媒体曝光，这也直接的反映了当前煤矿生产存在着许多的安全问题。因为煤矿安全生产关系到人民群众的生命财产安全，关系改革发展和社会稳定的大局，所以搞好煤矿安全生产工作，能切实保障人民群众的生命财产安全，也体现了最广大人民群众的根本利益。结合煤炭行业存在着特殊性，比如可以动态的增删分站、在瓦斯浓度等超限时直接进行控制等，紫金桥开发了本套系统软件。

煤矿生产对软件新的要求包括：

·软件可以在运行时动态的增加或删除位号。只有软件在运行时可以动态的增删位号，才能够满足煤炭生产中各个集量的动态变化。

·软件可以在运行时动态的更改驱动连接。只有这样，才能随着需求的变化而改变集数据的命令。

·软件可以在运行时动态的增加画面，绘制各种图元，进行各种动画连接。也只有这样才能把下面设备的更动在软件中以图形化的方式表现出来。

·在某些量（比如瓦斯浓度）超限后不仅能够进行报警，而且还可以进行断电控制、联动控制和异地控制等控制工作。

为了满足广大煤炭安全生产工作者的需求，紫金桥公司率先推出煤矿安全生产管理系统REAL-CSM，已经完全能够满足上面的几点要求。 紫金桥混凝土搅拌系统

紫金桥混凝土配料专用版软件（Real-Concrete Configure Material Information System）是紫金桥软件公司针对目前我国建筑领域在混凝土搅拌中所面临的现状和需求而研发的一套特定专用版软件。

传统的混凝土配料机械存在着效率低、劳动强度大、误差大、产品质量不稳定的缺点，不能适应现代化大型建筑高质量、高速度的要求。基于紫金桥软件的配料管理软件，通过计算机自动控制，按预先设定的方案自动精确的配置各种物料，确保产品质量的稳定。同时，该系统还提供了后台数据管理功能，包括用户管理、配方管理、工地管理、衡器校准等功能。

紫金桥混凝土配料系统专用版软件主要包括下列几个部分：

1、管理：包括增加、删除、修改用户。不同的用户具有不同的操作权限，通过对用户的分级、分区管理，可以保证系统的安全性。

2、秤的管理。在秤的管理中，主要实现秤的增加、删除、修改。对于一个混凝土配料系统而言，秤作为计量衡器工具，对于产品质量有着至关重要的作用。而且秤作为一种计量工具，由于其自身的特性，必然会存在延时误差。用户可以根据秤的物理特性的差异来设置其参数，包括投料延时、放料时间、放空限值、关门延时等参数都可以设置。这样可以根据不同的秤其物理特性的不同，实施不同的控制方案，从而提高控制精度。

3、料仓管理。料仓是各种原材料在配料前的临时存贮地点，料仓的加料控制对控制精度也有很大的影响。紫金桥混凝土配料系统对于料仓的管理功能也非常强大，在加料时，先快速加料，当达到设定范围时，可以降低放料速度，还提供了落差控制。如果上述控制还没有达到控制精度，还可以通过点动控制来精确配料。料仓管理还包括自动校正，当落差因为工况发生变化时，自动校正能使配料系统自动适应其变化。

4、参数管理。参数管理完成各项其它管理功能。包括工地、客户资料、施工部位、输送车号、基本参数设置、输入开关监测、输出开关监测、校秤等功能。

5、配方管理。混凝土生产企业可根据生产需要，随时调整配方，包括增加、删除、修改配方。紫金桥软件系统中提供了不加数量限值的配方管理工具。

6、列表。列表是根据生产，按指定配方生产设定数量的特定产品。可以指定配方、客户、装车号码、生产方数、搅拌罐数等。

7、生产过程实时监控。通过动态图形实时监控生产画面，可以通过计算机自动或手动控制生产过程，并及时了解生产动态。

更多关于紫金桥混凝土搅拌系统软件请联系紫金桥各地营销中心。

气烟囱识别分析技术在天然气水合物研究中的应用

1.生物技术

生物技术和生命科学将成为21世纪引发新科技革命的重要推动力量，基因组学和蛋白质组学研究正在引领生物技术向系统化研究方向发展。基因组序列测定与基因结构分析已转向功能基因组研究以及功能基因的发现和应用；药物及动植物品种的分子定向设计与构建已成为种质和药物研究的重要方向；生物芯片、干细胞和组织工程等前沿技术研究与应用，孕育着诊断、治疗及再生医学的重大突破。必须在功能基因组、蛋白质组、干细胞与治疗性克隆、组织工程、生物催化与转化技术等方面取得关键性突破。

前沿技术：

(1)靶标发现技术

靶标的发现对发展创新药物、生物诊断和生物治疗技术具有重要意义。重点研究生理和病理过程中关键基因功能及其调控网络的规模化识别，突破疾病相关基因的功能识别、表达调控及靶标筛查和确证技术，“从基因到药物”的新药创制技术。

(2)动植物品种与药物分子设计技术

动植物品种与药物分子设计是基于生物大分子三维结构的分子对接、分子模拟以及分子设计技术。重点研究蛋白质与细胞动态过程生物信息分析、整合、模拟技术，动植物品种与药物虚拟设计技术，动植物品种生长与药物代谢工程模拟技术，计算机组合化合物库设计、合成和筛选等技术。

(3)基因操作和蛋白质工程技术

基因操作技术是基因利用的关键技术。蛋白质工程是高效利用基因产物的重要途径。重点研究基因的高效表达及其调控技术、染色体结构与定位整合技术、编码蛋白基因的人工设计与改造技术、蛋白质肽链的修饰及改构技术、蛋白质结构解析技术、蛋白质规模化分离纯化技术。

(4)基于干细胞的人体组织工程技术

干细胞技术可在体外培养干细胞，定向诱导分化为各种组织细胞供临床所需，也可在体外构建出人体器官，用于替代与修复性治疗。重点研究治疗性克隆技术，干细胞体外建系和定向诱导技术，人体结构组织体外构建与规模化生产技术，人体多细胞复杂结构组织构建与缺损修复技术和生物制造技术。

(5)新一代工业生物技术

生物催化和生物转化是新一代工业生物技术的主体。重点研究功能菌株大规模筛选技术，生物催化剂定向改造技术，规模化工业生产的生物催化技术系统，清洁转化介质创制技术及工业化成套转化技术。

2.信息技术

信息技术将继续向高性能、低成本、普适计算和智能化等主要方向发展，寻求新的计算与处理方式和物理实现是未来信息技术领域面临的重大挑战。纳米科技、生物技术与认知科学等多学科的交叉融合，将促进基于生物特征的、以图像和自然语言理解为基础的“以人为中心”的信息技术发展，推动多领域的创新。重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。

前沿技术：

(6)智能感知技术

重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。

(7)自组织网络技术

重点研究自组织移动网、自组织计算网、自组织存储网、自组织传感器网等技术，低成本的实时信息处理系统、多传感信息融合技术、个性化人机交互界面技术，以及高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统；研究自组织智能系统和个人智能系统。

(8)虚拟现实技术

重点研究电子学、心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统和多媒体技术等多学科融合的技术，研究医学、、艺术与教育、军事及工业制造管理等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。

3.新材料技术

新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展。突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术，在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件，开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。

前沿技术：

(9)智能材料与结构技术

智能材料与智能结构是集传感、控制、驱动(执行)等功能于一体的机敏或智能结构系统。重点研究智能材料制备加工技术，智能结构的设计与制备技术，关键设备装置的监控与失效控制技术等。

(10)高温超导技术

重点研究新型高温超导材料及制备技术，超导电缆、超导电机、高效超导电力器件；研究超导生物医学器件、高温超导滤波器、高温超导无损检测装置和扫描磁显微镜等灵敏探测器件。

(11)高效能源材料技术

重点研究太阳能电池相关材料及其关键技术、燃料电池关键材料技术、高容量储氢材料技术、高效二次电池材料及关键技术、超级电容器关键材料及制备技术，发展高效能量转换与储能材料体系。

4.先进制造技术

先进制造技术将向信息化、极限化和绿色化的方向发展，成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、成套装备与系统的设计验证技术、基于高可靠性的大型复杂系统和装备的系统设计技术。

前沿技术：

(12)极端制造技术

极端制造是指在极端条件或环境下，制造极端尺度(特大或特小尺度)或极高功能的器件和功能系统。重点研究微纳机电系统、微纳制造、超精密制造、巨系统制造和强场制造相关的设计、制造工艺和检测技术。

(13)智能服务机器人

智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。

)重大产品和重大设施寿命预测技术 (14

重大产品和重大设施寿命预测技术是提高运行可靠性、安全性、可维护性的关键技术。研究零部件材料的成分设计及成形加工的预测控制和优化技术，基于知识的成形制造过程建模与仿真技术，制造过程在线检测与评估技术，零部件寿命预测技术，重大产品、复杂系统和重大设施的可靠性、安全性和寿命预测技术。

5.先进能源技术

未来能源技术发展的主要方向是经济、高效、清洁利用和新型能源开发。第四代核能系统、先进核燃料循环以及聚变能等技术的开发越来越受到关注；氢作为可从多种途径获取的理想能源载体，将为能源的清洁利用带来新的变革；具有清洁、灵活特征的燃料电池动力和分布式供能系统，将为终端能源利用提供新的重要形式。重点研究规模化的氢能利用和分布式供能系统，先进核能及核燃料循环技术，开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术，低成本、高效率的可再生能源新技术。

前沿技术：

(15)氢能及燃料电池技术

重点研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氢技术，经济高效氢储存和输配技术，燃料电池基础关键部件制备和电堆集成技术，燃料电池发电及车用动力系统集成技术，形成氢能和燃料电池技术规范与标准。

(16)分布式供能技术

分布式供能系统是为终端用户提供灵活、节能型的综合能源服务的重要途径。重点突破基于化石能源的微小型燃气轮机及新型热力循环等终端的能源转换技术、储能技术、热电冷系统综合技术，形成基于可再生能源和化石能源互补、微小型燃气轮机与燃料电池混合的分布式终端能源供给系统。

(17)快中子堆技术

快中子堆是由快中子引起原子核裂变链式反应，并可实现核燃料增殖的核反应堆，能够使铀得到充分利用，还能处理热堆核电站生产的长寿命放射性废弃物。研究并掌握快堆设计及核心技术，相关核燃料和结构材料技术，突破钠循环等关键技术，建成65MW实验快堆，实现临界及并网发电。

(18)磁约束核聚变

以参加国际热核聚变实验反应堆的建设和研究为契机，重点研究大型超导磁体技术、微波加热和驱动技术、中性束注入加热技术、包层技术、氚的大规模实时分离提纯技术、偏滤器技术、数值模拟、等离子体控制和诊断技术、示范堆所需关键材料技术，以及深化高温等离子体物理研究和某些以能源为目标的非托克马克途径的探索研究。

6.海洋技术

重视发展多功能、多参数和作业长期化的海洋综合开发技术，以提高深海作业的综合技术能力。重点研究开发天然气水合物勘探开发技术、大洋金属矿产海底集输技术、现场高效提取技术和大型海洋工程技术。

前沿技术：

(19)海洋环境立体监测技术

海洋环境立体监测技术是在空中、岸站、水面、水中对海洋环境要素进行同步监测的技术。重点研究海洋遥感技术、声学探测技术、浮标技术、岸基远程雷达技术，发展海洋信息处理与应用技术。

(20)大洋海底多参数快速探测技术

大洋海底多参数快速探测技术是对海底地球物理、地球化学、生物化学等特征的多参量进行同步探测并实现实时信息传输的技术。重点研究异常环境条件下的传感器技术，传感器自动标定技术，海底信息传输技术等。

(21)天然气水合物开发技术

天然气水合物是蕴藏于海洋深水底和地下的碳氢化合物。重点研究天然气水合物的勘探理论与开发技术，天然气水合物地球物理与地球化学勘探和评价技术，突破天然气水合物钻井技术和安全开技术。

(22)深海作业技术

深海作业技术是支撑深海海底工程作业和矿产开的水下技术。重点研究大深度水下运载技术，生命维持系统技术，高比能量动力装置技术，高保真样和信息远程传输技术，深海作业装备制造技术和深海空间站技术。

数字孪生介绍系列（一）什么是数字孪生，它和仿真有什么区别？

沙志彬　梁金强　王力峰　匡增桂

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

基金项目：国土部公益性行业科研专项项目（编号：200811014）、国家高技术研究发展课题（编号：2009AA09A202）和国家重点基础研究发展（3）（编号：2009CB219502-1）资助。

第一作者简介：沙志彬（12.4—），男，教授级高工，主要从事石油地质和天然气水合物的研究。

摘要　天然气水合物是一种新型能源，形成水合物的天然气主要是来自于下部生烃源岩，当天然气在向上溢出的过程中遇到温度、压力和地层物性合适的区域便形成了天然气水合物矿藏。但天然气又是靠什么路径运移到储层的呢？经过研究，认定研究区的天然气主要是利用气烟囱进行运移的。而气烟囱识别分析技术就是利用研究区三维地震信息，通过对地震剖面的分析以及神经网络的运算，对天然气运移形式进行描述，直观地展示天然气运移通道及赋存情况，通过垂向上和平面上的气烟囱效应来预测水合物的发育带，并将形成水合物富集所需要的天然气源岩进行初步评估。然后在平面上展示出天然气运移分布范围和天然气水合物矿藏的成藏范围，从而为进一步研究水合物的形成、存储提供依据，并可为水合物勘探中的井位部署提供参考。

关键词　气烟囱天然气水合物　研究应用

1　气烟囱的概念

在石油地质学中，“气烟囱”（Gas Chim ney）是一个崭新的概念，“气烟囱”一经形成，就可作为后期油气或热流体不可忽视的通道，揭示油气的发育地点及运移到一个储层，以及如何从储层溢出，产生浅层油气。可见“气烟囱”对油气运移与聚集会产生重要影响，是大中型油气田存在的重要标志之一[1～2]。

从地质成因角度来说，气烟囱是由活动热流体作用形成的一种特殊的伴生构造，这种伴生构造曾经是热流体（气、液）的泄压通道，不仅形似烟囱，且具烟囱效应。其静态形状上似裂隙、裂缝，而在动态变化上表现为增压破裂—泄压闭合—增压破裂这种旋回性“幕式”张合特征[2]。从地震表现角度来说，气烟囱则可定义为在品质非常好的常规地震剖面上，某些部位反射波突然出现杂乱反射、振幅大幅度减弱（偶尔为强振幅）的这种柱状、椭圆状或锥形体地震模糊带，并且核部低速，据此可识别气体渗漏的位置和展布情况[3]。

地震剖面上所揭示的气烟囱是流体垂向活动的直接证据。在地震剖面上造成反射模糊带，甚至空白区，其原因是气层低速异常和反射屏蔽的影响，使反射波信噪比大幅度降低。对于地震剖面上弱振幅、低连续性的特征，其原因可能为天然气从储层沿着构造薄弱带向上运移，当运移比较剧烈时可能破坏地层原始沉积层理，同时地层中含有天然气会大量吸收地震能量[4]。

2　气烟囱与天然气水合物成藏的关系

天然气水合物是一种新型能源，其成藏条件比较特殊，主要形成于300m深的海底以下100～400m之间的地层中，是以层状、块状、团状等形式富集，主要是充填在海底沉积物的空隙和裂缝中，形成水合物的天然气主要是来自于下部源岩生烃后运移到合适的地层富集成藏的[5～6]。但天然气又是靠什么路径运移到储层的呢？经过对地震剖面的分析以及神经网络的运算，认定研究区的天然气主要是利用气烟囱进行运移的（图1）。当天然气在向上溢出的过程中遇到温度、压力和地层物性合适的区域便形成了天然气水合物矿藏[7～8]。因此，可以利用气烟囱识别技术预测天然气水合物分布范围[9]。同时，气烟囱在形成过程中携带大量富含甲烷气的流体向上运移到天然气水合物稳定带，形成之后仍可作为后期活动的油气向上运移的特殊通道[10]。此外，运用地震识别出的似海底反射（BSR）来识别气烟囱构造，通过速度、泥岩含量、流体势等属性参数及钻井资料，还可以判断该烟囱构造的类型[11～12]。

图1 烃类的运移、聚集特征示意图Fig.1 Illu st ration of hydrocarbon migration and accum ulation

至于水合物形成的地质模式，目前主要有两种观点：一种是原先的因温度或 孔隙压力变化而转变为水合物；另外一种是微生物成因气或热成因气从下部运移至水合物稳定带而形成水合物。前一种情况下，水合物形成的重要原因不是外来物质的供给，而是原先天然气藏系统内的变化，水合物呈分散状存在于岩石中或者与已存在的气藏共生[3]。而后一种情况，由于天然气丰度不断增加，当天然气在向上溢出的过程中遇到温度、压力和地层物性合适的区域便导致水合物生成、积聚。当沉积层中的水合物充填程度越来越高时，沉积层变得不透水不透气，并在水合物稳定带之下形成常规气藏[4]。

深部形成的烃类气体一旦形成，就出现在运移和聚集的动态过程中。在粘土、粉砂质粘土等低渗透性沉积物中，一般发生垂直向上的运移；在高渗透性的砂质沉积物，或者裂隙发育的岩层中，深部来源的烃类气体大多沿地层上倾方向运移[2～3]。在深部构造发育的区块，对于热解气以及深部运移气体形成的水合物而言，有利于气体进入水合物稳定域的运移通道是控制水合物形成和分布的关键因素[13～14]。

因此，认为气烟囱与天然气水合物成藏的关系体现如下：

1）气烟囱以流体运移为主要特征；

2）气烟囱是天然气垂向运移的有效途径；

3）气烟囱构造为天然气聚集形成水合物提供有利圈闭条件[15～16]。

3　气烟囱识别分析技术的研发及应用

3.1　地质模拟与工作流程

在气烟囱体中地震响应的垂直扰动得到加强，这些扰动常常与油气的垂直运移通道有关，通过对世界范围内许多处理的地震气烟囱的推断已经证明气烟囱在油源评价、运移、储存、（断层）封堵性以及溢出点都非常有用[2、4]，其成因机理模型如图2、图3和图4。从以上三个图中可以看出，图2气烟囱发育较弱，油气藏以油层为主，含气较少，且断层跟油气藏没有直接连通，油气封盖条件较好，因此油气逸散量较小，在油气藏上覆地层气烟囱效应较弱，所以该类油气藏总体保存条件较好；图3气烟囱发育明显，油气藏富集，封盖条件较好，但下部气层较厚，含气层具有较大的流体压力，因此上部盖层的封盖压力不足以完全对气层形成封盖，因此具有较明显的气烟囱效应，所以该类油气藏总体保存条件一般；图4气烟囱发育明显，由于有断层跟上、下部油气层直接连通，且断层封堵性较差，油气储存条件被破坏，造成油气大量逸散，因此具有明显的气烟囱效应，所以该类油气藏总体保存条件较差。

在技术上对气烟囱体的预测研究主要是所谓的“地震气烟囱处理技术”，即运用多层非线性神经网络技术对未知地震区块进行预测。为实现地震资料自动化的地质解释，其中心环节是通常所说的模式识别，即建立地震资料气烟囱特征参数（如相似性）与气烟囱地质目标之间的关系[3]。

图2 地质发育配置关系较好Fig.2 Good geological arrangement

图3 地质发育配置关系一般Fig.3 Ordinary geological arrangement

图4 地质发育配置关系较差Fig.4 Bad geological arrangement

为了实现气烟囱体的计算，用荷兰DGB地球科技公司与挪威国家石油公司共同开发的地震属性处理与模式识别软件Opend-Tect。O pend-Tect在强化细微的地震特征信息的基础上，分析这些反映不同地质沉积信息的空间分布，把多种地震数据体的信息综合到一起以得到目标体的最佳图像。并且O pend-Tect用神经网络、数学逻辑运算对多个属性体处理，得到直接反映地下地质特征的新属性。O pend-Tect的核心步骤是倾角控制（Steer-ing），它在其所有的运算和处理过程中起着举足轻重的作用，是后续神经网络运算的前提和基础。以下就是我们应用O pend-Tect计算气烟囱体的工作流程（图5）。

图5 预测气烟囱体技术流程图Fig.5 Flow chart of gas chimney predication

3.2　气烟囱体计算的数据准备

为了更准确地识别气烟囱体，我们需要对原始的地震数据做中值倾角滤波，以减少处理时产生的随机扰动，使预测出的结果更加真实可靠。

O pend-Tect核心技术之一是在提取属性和对数据滤波时考虑了所探测的地质体的方向及空间展布。当地质体的方向已知时，方向性原理容易被应用，例如在地震气烟囱或直接碳烃检测中，很多目标体无固定方向，但是它在各个方向倾斜。在这种情况下，在一定范围的倾斜时窗中提取属性比在固定时窗中更有利。因此，需要知道局部倾角及每个样点处的方位角。

O pend-Tect提供了3种计算倾角及方位的方法，计算结果被称为“定向体”，也就是每一个样点处都带有倾角和方位角信息的数据体。用倾角定向对地震数据做倾角定向滤波，改善同相轴的横向连续性，减少随机扰动。该滤波的主要特点是无滤波尾巴。

中值倾角滤波是一个数据驱动工具并产生一个整理过的数据体。在该数据体中，连续相位被加强并且随机分布的噪音被压制。滤波增加了地震数据输出的可解释性，提高了水平层自动追踪的可执行性。滤波基本上搜集了我们定义圆域内的所有属性并在中心用振幅中值替换了原有值，搜索区域遵循控制体内的倾角而定（图6）。

图6 中值倾角滤波原理Fig.6 Median dip filtration principle

综合控制体的滤波工作流程如下：

1）定义搜索半径；

2）从开始位置提取首个振幅；

3）沿着倾角和方位角通向下一道；

4）在该点提取内插值振幅；

5）在搜索半径内对所有道重复第3、4步操作；

6）用所有提取振幅的中值来替换起始位置振幅；

7）对体内所有样本重复操作第2～6步。

4道半径的滤波输入包含57个点。注意该圆不是平坦的也不是水平的，但是从一道到另一道是符合地震相位的。

中值应该定义成一系列中心点位置相关的值。因此，如果从最小到最大列出N个振幅，就可以取（N+1）/2处的位置值作为中值，这里的N是一个奇数。要理解一个中值滤波的效果，可设已经用了3个点的中值滤波来过虑一个地震相位。滤波过程由下面给出：

……0,0,1,0,0,1,1,3,0,1,1……

3点中值过滤响应由下面给出：

……0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1……

要检查这个，取3个相邻输入号码，排列并输出中间的值，然后改变输入组的一个位置并重复的练习。

请注意：

1）短于半个滤波的相位被清除（例如左侧1右侧0）；

2）噪音也被清除（值3）；

3）边界保留（主要的0带和主要的1带的间隙完全同一个位置，就是说无滤波导入）。

3.3　提取样本位置

图形窗口中提取烟囱体和非烟囱体。我们建议开始时做一些不同时间的相似性切片，这样可以在不同的时间尺度上初步判断气烟囱体的分布和走向特征。

在一个可能的烟囱体位置上显示一个或者是更多的属性来检查烟囱体单属性下如何显现，通过不同的属性对比来突出气烟囱体，以利于后续的拾取训练点。

做完这些工作以后，我们已经准备好拾取烟囱体和非烟囱体了。要求第一步产生两种不同的拾取组：一个是烟囱体，一个是非烟囱体，使用子目录中右击上栏菜单来实现，键入想创建的拾取组的名字，例如“烟囱体……是”并开始提取。在子目录中点击数据元素来移动元素到另一个位置并重复处理，重复这个练习直到取出了所需的所有样本点。

现在拾取非烟囱体点，并分别保存到不同的拾取组团（图7）。拾取样本位置是这个处理的关键步骤。应该取向于创建最有代表性的为烟囱体或非烟囱体拾取组。如果数据中有多个烟囱体，不要仅取于一个，试着在尽可能宽范围的时间域内把这些都拾取。

图7 神经网络训练组（绿色点表示气烟囱，蓝点表示非气烟囱）Fig.7 Neural network training（green dot:gas chimney,blue dot:not gas chimney）

3.4　神经网络及其算法

1）人工神经网络是模拟生物神经信息处理方法的新型计算机系统，它可以模拟人脑的一些基本特征（如自适应性，自组织性和容错性），是一个并行、分布处理结构，它由处理单元及其称为联接的无向信号通道互连而成。人工神经网络力图模仿生物神经系统，通过接受外部输入的刺激，不断获得并积累知识，进而具有一定的判断预测能力。

2）BP神经网络算法

BP网络算法的思想是把一组样本的I/O问题变为一个非线性优化问题，使用了优化中最普通的梯度下降法，用迭代运算求解权对应于学习记忆问题，加入隐含层节点使优化问题的可调参数增加，从而可得到更精确的解。BP网络模型设计的最大特点是网络权值是通过使用网络模型输出值与已知的样本值之间的误差平方和达到期望值而不断调整出来的，并且确定BP神经网络评价模型时涉及隐含层节点数、转移函数、学习参数和网络模型的最后选定等问题。

3.5　神经网络训练

首先在O pend-Tect里面创建一个新的神经网络，并选择想使用的属性（通常是全部）和包含了烟囱体和非烟囱体的拾取组团，一般说来不是所有位置都用来训练网络，但是一定比例的（10,10,20）样本是用来避免过度适配网络，神经网络将在我们声明的位置提取属性，它将随机分配数据到训练和测试组，并且启动训练状态。训练执行情况在训练期间被追踪（图8），并用两种指数来表示。RMS错误值曲线表示训练组和测试组的总的错误，分别从1（最大错误）到0（最小错误）两个曲线在训练间都应走低，当测试曲线再次走高表示网络过度适配。训练应在这发生之前适可而止。典型的一个RMS值在0.8范围内被认为是合理，0.8～0.6是好，0.6～0.4是很好，低于0.4为极好。

图8 神经网络训练监管窗口Fig.8 Monitoring window for Neural network training

最后将发现网络节点会在训练中变色。颜色暗示了在分类里面每个节点（每个输入属性）的重要程度，颜色从红（最重要）经黄到白（最不重要）过度训练。当一个网络从训练组中识别单个样本时会发生过度适配（overfitting）网络会在训练组中表现得更优，但是会在测试组中表现变差。当在训练组上的表现达到最大（最小错误）最优化结果的网络训练会停止，停止的点可以从神经网络训练窗口中的执行图表里查看。满意后，接下来把训练的网络推广到整个数据体。这个在“产生体”模块中操作完成。如果不想处理整个数据体，也可以限制输出范围来产生一个小数据体。为加快速度，可以在联机处理模式下在多台机器上运行工作，O pend-Tect会在声明的机器上分配数据并在处理结束时合成输出结果。

3.6　气烟囱技术在研究区的应用

通过研究区的气烟囱处理效果分析来看，研究区的气烟囱较为发育，作为一种油气运移的通道控制着整个研究区天然气水合物的分布和储量。从研究区LineA线的气烟囱效果图可以看出（图9），烟囱现象主要是发育在BSR下部，发育BSR的背斜处的下部存在明显的气烟囱现象，为天然气水合物的成藏提供足够的气源，证明此处的储层主要是利用气烟囱这种运移方式富集天然气的；从图中还可以看出气烟囱在1650ms以下的地层中发育，从侧面说明在神狐区域源岩生成的天然气被很好地保存在地层中，并在有利位置成藏。对析沿BSR±50ms时窗提取气烟囱平面效果图来看（图10），气烟囱在BSR以下发育充分，而在BSR以上则没有明显的显示，说明研究区的气体是沿着下部源岩向上运移的，烟囱效应是由下部到上部是逐渐减少的。由此可以初步认为，流体在运移过程中在有利区域发生富集，也就是在BSR附近存在并富集。

图9 Line A线气烟囱显示Fig.9 Display of gas chimney in Line A

图10 沿BSR±50ms时窗提取气烟囱平面效果图Fig.10 P lane slices at BSR±50ms derived from gas chimney identification technique

气烟囱在形成过程中携带大量富含天然气的流体向上运移到天然气水合物稳定带，其形成之后仍可作为后期活动的油气向上运移的特殊通道。通过平面和剖面结合分析，可以对天然气运移分布范围进行检测，对水合物的成藏范围进行圈定。

4　认识与讨论

利用DG B公司Opend-Tect软件气烟囱技术，通过对地震剖面的分析以及神经网络的运算，对天然气运移形式进行预测，直观地展示天然气运移通道及赋存情况，通过垂向上和平面上的气烟囱效应来预测水合物的发育带，并将形成水合物富集所需要的天然气源岩进行初步预测。然后在平面上展示出天然气运移分布范围和天然气水合物矿藏的成藏范围，从而为进一步研究天然气水合物的形成、存储提供依据，并为天然气水合物勘探中的井位部署提供参考。因此，气烟囱识别分析技术可以应用于天然气水合物矿藏的勘探与评价当中。总结本文得出以下几点认识与讨论：

1）研究区的气烟囱较为发育，作为一种油气运移的通道控制着整个研究区天然气水合物的分布和储量；

2）气烟囱现象主要是发育在BSR下部，气烟囱体为天然气水合物的成藏提供足够的气源，同时天然气被很好地保存在地层中，并在有利位置成藏；

3）气烟囱在BSR以下发育充分，而在BSR 以上则没有明显的显示，说明烟囱效应是由下部到上部是逐渐减少的，认为流体在运移过程中在有利区域发生富集，也就是在BSR附近存在并富集。

4）通过平面和剖面结合分析，可以对天然气运移分布范围进行检测，对天然气水合物的成藏范围进行圈定，为井位部署提供参考。

参考文献

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Application of Gas Chim ney Identification Technique to Study of the Gas Hydrates

Sha Zhibin,Liang Jinqiang,Wang Lifeng,Kuang Zenggui（Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760）

Abstract:Gas hydrates are expected to be a new type of energy source in the future.The forming gases coming from the source rocks underneath can be converted to gas hydrates along the ascending paths where the environment parameters,such as temperature,pressure and geological properties,for the form ation of gas hydrates.So what about the ascending paths?We believed that gas chimney contributes to the cause of ascending mostly.Byseismic profiles analysis and neural network calculation,gas chim ney identification technique makes use of 3-D seismic inform ation data and attribute to describe the gases migrating m odel,display the ascending paths,predict gas hydrates accum ulation and preliminarily evaluate source rocks shown in the 3-D space.The processed results can also be dem onstrated on the base map to mark out gases scope and gas hydrates scope respectively for the evidence of gas hydrates formation and accumulation,and further more provide the meaningful references to borehole dispositions of gas hydrates field exploration.

Key words:Gas chim ney;Gas hydrates;Study;Application

Jason反演技术在天然气水合物速度分析中的应用

近年来，数字孪生这个词不断地出现在公众视野，尤其是随着物联网技术的发展，数字孪生不断现身于各行各业，乍一看，这个概念还是比较生僻，那数字孪生到底是什么呢？

先来看看数字孪生的定义，《数字孪生应用白皮书》是这样说的：

“数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。”

简单翻译一下，数字孪生就是将现实世界中的事物在虚拟数字空间映射，构建物理实体的“数字化克隆体”，以历史数据、实时数据为基础，借助数据模型，实现对现实场景或对象的映射呈现、分析优化、诊断预测等。

翻阅了很多资料和信息之后，粗略总结了数字孪生的构建及应用过程，可以分为三步：复刻、构建、应用。

复刻：现实空间的数字化重建

首先就是运用空间集设备对现实空间进行精准复刻，并通过物联网实现物理空间与数字空间之间的虚实互动，在这个过程中会集并传输现实空间的相关数据，包括结构数据、传感器数据、运营数据等，为后面模型构建及优化做准备。

构建：数据驱动模型学习优化

当把真实空间及物理实体数字化复刻以后，相关数据也已经上传到云端，在对数据清洗处理以后，就可以结合处理后的数据，运用相关技术能力构建数字孪生模型，并持续验证优化。

应用：功能开发及实际应用

模型构建以后就是具体的应用里，在这个阶段，会结合具体的应用场景以及行业特性，做具体的功能开发和应用，比如工厂车间的预测性维护、道路交通的模拟规划等。

说了这么多，那数字孪生到底有什么用呢？具体可以应用在哪些场景或者哪些行业呢？接下来就一一解答。

航天预测模拟：作为科技最前沿的应用领域，航空航天针对数字孪生技术的应用可以说起源最早。1969年美国的阿波罗项目中，美国国家航空航天局（NASA）通过制造两个完全相同的航天器，形成“物理孪生”，这是最早期数字孪生技术的雏形。随着技术的迭代发展，数字孪生技术在航空航天产品研发、故障检测、系统管控等方面都有着广泛的应用。

数字孪生工厂：数字孪生技术可以说是工业生产的宠儿，能够实现调配、智能化生产，显著提高生产效率。数字孪生工厂，意味着把实体的工厂搬到虚拟空间，可以实时获取工厂中的数据，实现对工厂的实时监控；同时也可以模拟生产过程，优化生产流程；还可以通过数据分析支持只能决策和预测分析……可以说，数字孪生技术在工业生产领域效果十分显著。

智慧交通模拟：数字孪生在智慧交通行业的应用，主要是将实时集的交通数据纳入到建立的交通模型体系中，通过大数据分析、人工智能AI和交通仿真技术，实现真实路面交通和虚拟环境的深度融合，比如可以进行车流变化模拟推演，也可以模拟交通信号灯变化，从而有助于更好地规划交通路线，为管理部门优化交通管理调度提供技术支持。

打造智慧城市：利用数字孪生技术，可以在虚拟网络空间构建一个与物理世界相对应的孪生城市，通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析等，来实现城市的模拟、监控以及控制，解决城市规划、设计、建设、管理、服务过程中的诸多问题。

目前，数字孪生被广泛应用于工业制造、智慧城市、智能交通、能源等各大行业领域，作为虚拟仿真的重要领域，数字孪生正以其强大的能力在各个行业中创造前所未有的创新。

我国遥感技术的发展状况

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，11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：

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）为第一个样点的反射系数，M为反射层数，L为样总数，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，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量。

参考文献

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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 weform.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

南海天然气水合物调查技术研究

我国经过“八五”，“九五”的攻关研究，RS、GIS和GPS的综合配套发展能力开始形成，为3S走向实用奠定了基础。在应用方面， 3S技术已在国家的经济建设中，尤其在重大自然灾害监测与评估和调查等方面，为国家***和各级部门提供了大量科学的宏观决策信息，产生了巨大的社会效益。在技术应用逐步由国家行为向产业行业的转化过程中，有力地推动了国土、农业、林业等部门对这些新技术的认同和用，越来越多的部门，已经正在将这些技术摆上部门业务化应用的日程，成为主管部门执法或制定产业政策、规范及行业技术改造的重要依据之一。

遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。国际上遥感技术的发展，将在未来15年将人类带入一个多层。立体。多角度，全方位和全天候对地观测的新时代。各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辩率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辩率、时间分辩率和光谱分辩率的对地观测海量数据。

1.建立了国家级环境宏观信息服务体系

该服务体系包括以中国1：25万土地利用数据为核心的国家环境空间数据库，二个部级服务系统，三个省级示范系统及五个县级服务系统，珠江三角洲地区“4D”(数字高程模型DEM，数字正射影像库 DOQ，数字专题地图库DRG和数字专题信息DTI)技术系统以及全国环境信息技术系统。

2.建立了灾害遥感监测评估业务运行系统

该系统由三部分组成：灾害宏观动态监测系统、机载SAR数据实时传输系统、洪涝灾害测评估系统。 洪涝、干旱。林火和雪灾的宏观动态监测与评估系统，已具备针对中国范围内发生的洪涝、干旱、林火和雪灾等多种自然灾害的宏观动态监测和成灾区的区域覆盖评估的能力；系统通过网络通信同其它子系统实现产品传送和数据共享，并以VSAT和INTERNET网络通信方式向应用部门提供防灾减灾信息服务。 3.建立了海洋环境立体监测体系

作为一个海洋大国，我国天然海域达485万平方公里，海岸线长达 18000公里。海洋及海岸带拥有丰富的，有12个省(市、自治区)处于沿海地带，全国50％的大城市，40％的中小城市也在这个地带，国民经济总值的60％来自沿海地区。因此，建立海洋环境监测体系是我国一项战略目标。在“九五”国家高技术发展(863)支持下建立的海洋环境立体监测体系主要包括：近海环境自动监测技术、高频地波雷达海洋环境监测技术。海洋环境遥感监测应用技术、系统集成技术以及示范试验等。

张明　伍忠良　刘方兰

（广州海洋地质调查局　广州　510760）

第一作者简介：张明（，1957—），男，教授级高工，主要从事海洋地质、地球物理勘探和天然气水合物研究。

摘要　从1999年开始，我国已经在南海北部陆坡实施了25个天然气水合物调查航次，取得了许多重要地质成果和认识，积累了不少宝贵的勘探经验。本文将对我国天然气水合物10年外业调查技术，历程和发展做一总结，为后续的天然气水合物调查提供铺垫和借鉴。

关键词　水合物调查　高分辨率地震　样品取样

1　前言

气体水合物的发现虽然可追溯至1810年，但人们对海洋天然气水合物的认识始于20世纪70年代中期，美国在阿拉斯加北部的普鲁德湾油田得了世界上第一个天然气水合物样品。

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、广度以及调查技术水平大大提高。各国对水合物的研究给予了高度重视，设立了专项调查航次，目前，世界上对天然气水合物的调查研究方兴未艾，全球海域天然气水合物矿点的发现与日俱增。

从1999年开始，我国已经在南海北部陆坡实施了25个天然气水合物调查航次，取得了许多重要地质成果和认识，积累了不少宝贵的勘探经验。调查方法和调查手段也由开始单一的二维地震方法进入到了一个包含了二维高分辨多道地震、准三维多道高分辨地震为主的地球物理、地质取样、地球化学等多手段、多学科相结合的阶段（表1），并且随着勘探实践中新问题的出现，调查方法和调查手段也在不断地更新和调整之中。

表1 天然气水合物调查技术方法　Table 1 The technologies used for gas-hydrate survey in south china sea

2　地球物理调查

1999年在国内有关单位（如中国科学院兰州冰川冻土研究所和国土部广州海洋地质调查局）和学者对国外天然气水合物调查研究情况进行了跟踪调研和文献整理的基础上，国土部广州海洋地质调查局开展了天然气水合物的实际调查。地震调查是天然气水合物调查的主要方法，虽然有前人的研究和国外调查工作的借鉴，但在用什么样的方式上仍经过了充分和激烈的讨论，最终根据我们的现有条件确定调查的主要方法，因此确定了首先开展地震调查工作，用高分辨二维多道地震调查技术方法，目的是寻找天然气水合物的地震识别标志— —BSR，此外还集到更多的地球物理信息，如地震纵波速度等，同时可以利用地震资料处理手段使得BSR 等天然气水合物的地震识别标志的判别更有依据。实践证明，二维高分辨率多道地震勘探技术在海洋水合物调查中是行之有效的，不仅可以发现与水合物相关的地震异常信息，如BSR、振幅空白带、速度异常带、BSR 波形极性反转等等。而且可以揭示与水合物形成发育密切相关的中浅部地层结构、构造及沉积特征，该方法已经在我国南海北部海域水合物调查中得到成功的应用，为天然气水合物评价奠定了坚实的基础。

2.1　二维地震调查集参数的确定

调查伊始，参考了油气勘探高分辨地震调查的参数设置，随着对天然气水合物地震识别标志性质认识的提高，感觉完全按照油气勘探的方法不能达到最佳的效果，因此借助于863研究项目的支撑，从2001年开始进行天然气水合物的赋存环境及其特定地震调查方法选择研究、天然气水合物地震数据集调谐组合系统及其试验参数的选定研究，特别是开展了有利天然气水合物勘探频带和主频范围探索、研究，主要围绕“突出海洋天然气水合物存在的主要特征，即似海底反射（BSR）而展开。通过大量的实际试验和分频处理等地震勘探频率与BSR响应关系的研究，认为：0～40 Hz频段滤波，BSR 可以连续追踪，地层细节不清晰；40～70Hz频段滤波，BSR 连续性较好，地层细节也较为清晰；当滤波频率为100～120H z时，海底和BSR强反射界面变成多个反射界面，某些地层细节可以突出，对BSR的连续性识别不利。及120～150Hz水合物特征基本不变化，对水合物特征的识别贡献不大（图1～3）。

通过地震勘探频率与BSR 响应关系的研究，认识了我国南海北部陆坡水合物地震勘探的最有利勘探频带和主频范围，从而，为综合研究“水合物勘探缆源沉放深度、虚拟反射等一系列调谐组合参数”从而确定外业集参数奠定了基础。根据确定出来的勘探频带为10-120 H z和主频为40-70 H z的原则，模拟计算出来的结果表明（图4）：震源和电缆的沉放深度为5米和6米的组合较为合适。这样在同样的激发能量的情况下，将主要的能量集中在主频范围内，可以提高集资料的信噪比，突出BSR的识别，同时兼顾BSR 与地层反射界面关系的识别，而且有利于海上的作业开展，初步形成了一套适合于我国南海北部陆坡天然气水合物勘探的高分辨率二维地震勘探技术方法。

根据上述的研究成果，在南海天然气水合物高分辨率二维地震勘探用的集参数基本上得到了遵循（表2），以及后续的高分辨率准三维地震调查也是参考了这些参数。

图1 高截滤波分别为40Hz和70Hz时的效果对比图Fig.1 The com pares in different high cut filter

表2 南海北部陆坡典型的调查参数表　Table 2 The typical seismic param eter used in south china sea gas hydrate survey

2.2　准三维多道地震调查

随着天然气水合物勘查的深入，围绕钻探的要求，在“863”课题“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键”的成果基础上逐步发展完善高分辨率准三维地震调查。在原来高分辨率二维地震集技术的基础上，主要考虑了通过对面元大小等准三维集参数的优选，利用R G PS相对定位技术，对震源中心、电缆头部和电缆尾部进行了定位，以“震源中心”、“电缆头标”、“电缆尾标”为基本节点，罗盘数据为基本的方向数据准三维缆源定位技术、准三维调查“导航定位网络配置”技术以及优化和改善震源稳定性，最终形成三维数据体。

图2 HD173-2近道单次剖面（40～70Hz滤波）Fig.2 The result picked on near channel（Filter 40～70Hz）

实际上从2004年开始在南海北部开展水合物三维地震调查，获取了调查区的三维地震信息，使勘探目标得到有效归位，获得了更为清晰的天然气水合物地震响应信息（图5），同时还解决了常规二维地震调查所不能解决的一些问题，如获得精细的三维速度分析体、准确的地层偏移地球物理信息、水合物富集层内的细致信息、利用三维可视化技术分析水合物钻探目标的空间分布特征等[1]，提高对天然气水合物有利目标的评价精度。通过开展准三维高分辨率地震调查，无论是BSR、振幅空白带，还是BSR 下的增强发射都得到比二维资料更清晰的反映[2]。

3　样品集

在天然气水合物的调查中，除了地球物理调查外，从2001年开始进行以天然气水合物为调查目的地质样品集，目的是通过不同的取样手段获得与水合物有关的沉积物样品，从而为进一步的测试提供基础。根据底质和对样品本身要求的不同，站位地质取样调查主要用以下的取样方式：大型重力活塞柱状取样、重力柱状取样、抓斗取样、深海拖网取样和保温保压取样（图6）。前四者在地质调查航次中已经普遍用，而保温保压取样只是在部分航次调查中进行了尝试。

图3 HD173-2远道单次剖面（40～70Hz滤波）Fig.3 The result picked on far channel（Filter 40～70Hz）

在这些手段中，箱式取样、抓斗取样、电视抓斗取样都是集海底浅表层0～50 cm的底质样品，箱式取样能集到表面原状不扰动样品，电视抓斗则是根据甲板监控有选择性集海底表层样品，例如贝壳、碳酸盐岩结壳等。拖网主要是获取海底表层块状或大粒径的目标物，例如海底生物、岩石、贝壳等。重力柱状取样是集短柱状样品，长度一般小于300 cm，大型重力柱状取样器和重力活塞取样器能集相对长的柱状样品，一般在500 cm～1200 cm 之间。保温保压取样是对重点目标区域集原状海底柱状样品。

10年里，总共执行了17个地质（综合）航次的调查，共取得表层样共225个，重力柱状取样833个，重力活塞取样226个等（表3）。

由表3可以看到无论从取样站位和现场测试项目，根据天然气水合物地质和地球化学调查的目的，柱状（包括活塞）是天然气水合物调查样品取样的主要手段，也是比较有效的手段，但鉴于目前分析的SMI界面深度，今后要考虑的是增加取样的长度。至于保温保压取样，过程及作业比较复杂，因此，使用此种手段应更有针对性。

图4 缆源沉放深度与地震频响示意图Fig.4 The calculation results of frequency response with streamer/source depth

表3 2000～2008年地质样品集完成的工作量（单位：测站）　Table 3 The statistics of sampling stations

图5 天然气水合物准三维地震调查效果Fig.5 The result of pseudo 3D seismic survey of gas hydrate

3.1　海底摄像资料集

深海摄像系统为拖缆作业，工作时安装在拖缆末端的水下信标可以获取图像对应的水下位置信息；同时也可以在深海摄像系统的水下单元上安装传感器以获得相应的测线信息，如安装甲烷传感器对海底天然气水合物的特征判别等等。

自1999年开始以天然气水合物为调查目的深海摄像数据集以来，深海摄像系统先后执行了17个航次，完成深海摄像共325个测站。其中2001年，在某测站发现天然气水合物赋存标志——碳酸盐结壳。该站位位于调查区中部海槽北部陆坡上缘，拍摄区间水深1080米至11 30米。该海底碳酸盐结壳分布有较多圆形孔穴，空穴边缘多呈直角，明显不同与其他地区见到的生物孔穴（图7）。

2003年，在另一站位发现了水合物之赋存的又一标志——双壳类生物及菌席以及2008年在另一测站发现了大面积块状的碳酸盐结壳，此测站发现的碳酸盐结壳无论从其规模、固结程度、厚度方面都强于其它测站。

在海底摄像的调查中，尽管没有直接发现天然气水合物。但是，具有重要代表特征的碳酸盐结壳以及双壳类生物及菌席的发现，对我们认识天然气水合物具有重要的指导意义。

3.2　地温资料集

由于天然气水合物赋存于高压低温的环境中，因此开展地温梯度测量，从而了解调查区的温度和压力变化以及热流等也是有必要的。在我们的天然气水合物的地温场测量中，主要用的是Ewing型设备，即在海上进行地温梯度测量，同时将集的沉积物样品在室内进行热导率测试，然后进行热流计算。Ewing型设备是把装有热敏电阻的小型探针按不同角度在钢矛或取样管（包括重力取样和活塞取样）外壁的不同位置上，由小型探针测量出不同深度沉积物的温度，求出原位地温梯度，而同步集的沉积物样品在室内进行热导率测量，由地温梯度及热导率值计算出沉积物热流值。

图6 海底浅表层取样设备Fig.6 equipments of sampling

自2004年开始进行以天然气水合物为调查目的的海底地热流测量，在2004年～2008年共5年中，先后执行了9个航次，完成海底地热流共212个测站，室内热导率测量811个。

但从调查的结果看，BSR 导出的热流值与实测热流值、热流估算的天然气水合物稳定带底界与BSR 深度是有差异的，其原因可能有二。一是实测的地温梯度只反映了浅表层的几米情况，地温梯度往下（几百米内）的变化趋势遵循什么规律需要进一步研究；二是从实测数据计算的结果反映的是区域的背景值，而恰好有天然气水合物赋存的地方（BSR显示）就与区域背景有差异（异常）。究竟是什么原因值得深入研究，才能更好得发挥其在天然气水合物调查中的应用。

图7 通过海底摄像发现海底碳酸盐结壳。左图为海底摄像位置，右图为拍摄到的海底碳酸盐结壳Fig.7 Carbonated crust from video survey Location（left）and Carbonated crust（right）

4　小结

天然气水合物勘查方法主要包括地球物理方法、地球化学方法及地质方法。其中，地震勘探方法是目前最为广泛的天然气水合物勘探方法，其实质是发现沉积物中分布的水合物的底界在地震剖面上形成的异常响应——似海底反射（BSR）。此外，通过地球化学勘查技术识别海底浅部沉积物中的天然气地球化学异常，也能够为圈定水合物矿体提供重要佐证。

当然，随着技术的发展和天然气水合物勘查的需求，还有其他的技术在探索应用，如O BS技术已经开始应用于水合物调查中，以及可控源电磁法也准备投入应用，这都基于能获取更多的信息（如横波）和天然气水合物电阻特性考虑的。

参考文献

[1]梁金强，郭依群，沙志彬等.南海北部神狐海域天然气水合物准三维地震调查（2005年度）成果报告（内部报告），2006

[2]张明，伍忠良，天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率海洋学报”，2004

Study of Explorational Techniques for Gas Hydrate in South China Sea

Zhang Ming Wu Zhongliang Liu Fanglan

（Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760）

Abstract:There are 25 cruise he been carried out for gas hydrate since 1999 in South China Sea.And there are different ways he been used to try getting more information and evidence for gas hydrate in South China Sea.The article tell the experience in these activities.

Key words:Gas hydrate survey,High resolution seismic,Sampling