天然气水合物又称可燃冰，它是在一定条件下(合适的温度、压力)由水分子和甲烷气 体分子组成的结晶状固态化合物。天然气水合物广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带以及活动 和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境，它的能源总量相 当于全世界已知能源总储量的两倍，它将可能成为21世纪替代煤、石油、天然气的新型能 源矿产。天然气水合物可能引起滨岸或海底地质灾害，天然气水合物的开采不当，将会加剧 全球气候变暖趋势，从而造成环境灾害，严重危及人类自身的生存。因此，天然气水合物模 拟实验技术作为天然气水合物勘察研究的基础技术已经成为国内外研究热点。 常用的检测天然气水合物的生成和分解的方法有光学、声学和电学等。天然气水合物在 纯水中的生成和分解可以利用光通率的变化来进行判断，在一定的压力下降低温度，水合物 大量生成时光通率突然降低，此后慢慢升温，水合物分解时光通率又突然上升。但是为了模 拟海洋天然气水合物，需采用水、砂、甲烷等混合物，因其不透明性，采用光通率检测方法 就无能为力了。考虑到在不同介质中声学参数的变化，可以采用超声的方法进行检测。有关 水合物声学性质方面的研究，也主要是围绕水合物胶结沉积物或多孔岩芯的声学特征(声速、 衰减)展开的。 天然气水合物在纯水中的生成分解过程是一个相变过程，而发生相变的过程中介质可看 作悬浮液处理，超声波在液体中传播，由于液体介质物理性质的改变，超声在液体中传播的 声速、衰减和频率等声学参数都将发生变化。可以根据这些参数的变化来预测水合物的生成 和分解过程。海洋天然气水合物主要分布在海底沉积物的孔隙中。而海底沉积物可以看作是 一种紧密的湿颗粒双相多孔介质。基于双相多孔介质理论，分析和研究在孔隙中天然气水合 物发生相变过程引起的多孔介质物性的变化而导致的声波传播的改变，可以找出其中的变化 规律，对于研究沉积物及岩芯中的天然气水合物具有重要的理论意义和实际价值。 青岛海洋地质研究所建成了国内首个具有多种检测手段的海洋天然气水合物模拟实验 室。在国内首次使用钛钢制作高压釜用于海洋天然气水合物模拟实验研究，并成功研制了光 纤自供光摄录像装置，提高了实时观察釜内反应的能力，使用光强投射比测试系统确定天然 气水合物的合成与分解，提高了鉴定能力。设计并研制了天然气水合物在岩芯中合成和分解 的实验装置，在国际上首次采用TDR与超声综合判断水合物方法。天然气水合物超声检测 系统及专业软件，设计新颖，自动化程度高，能测量天然气水合物的声速、波幅和频率。这 些声学参数的变化反映了天然气水合物的状态变化，取得一定效果，满足了模拟实验要求。 在纯水中天然气水合物发生相变过程中，声速和幅度按照一定规律发生变化,但是由 于系统的温度影响比较大，所以效果还不十分理想；频率为112KHz处的频谱幅值主要和水 合物的相变有关，当水合物大量生成时频谱幅值突然升高，而水合物分解时这个频谱幅值又 突然降低，这是由于接收频谱中对于水合物的衰减各不相同的结果，因此可以根据此频谱幅 值的变化来预测水合物的形成和分解过程。在沉积物中天然气水合物发生相变过程中，声速 的变化比较灵敏，而幅度的变化不明显，主频有所漂移，但有一定的滞后性，对应水合物的 特征频率为107KHz，这些声学参数的变化基本满足实验要求，可以用来预测水合物的生成 和分解过程。在模拟岩芯中天然气水合物发生相变过程中，纵波和横波速度随着孔隙度的增 大而减小;衰减随着孔隙度的增大而增大，这些结果表明了实验结果与理论结果基本吻合， 并为进一步的实验工作打下了良好的基础。 利用人工神经网络良好的识辨能力，对在纯水中天然气水合物生成和分解的声学参数实 验数据进行处理，起到较好的效果。根据声学参数的变化与水合物生成和分解之间的关系， 利用回归分析方法建立一定的数学模型，可以很好的预测水合物的生成和分解。 关键词：天然气水合物， 模拟实验， 多孔介质， 声速， 衰减， 频率， 人工神经网络， 数学模型