近日，nature子刊《scientific reports》以“acoustic characterization for creep behaviors of marine sandy hydrate-bearing sediment”为题，刊发了自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所在天然气水合物储层蠕变研究领域的最新研究成果。论文第一作者为青岛海洋地质研究所李彦龙研究员，通讯作者为吴能友研究员和日本工程院外籍院士蒋宇静教授。
海洋天然气水合物面临系列工程地质问题的制约，而水合物储层蠕变变形是地质工程风险的早期征兆，也是大规模工程地质风险孕育和发展的基本形式。
为此，研究人员对砂质含水合物沉积物样品进行了一系列的多级加载蠕变试验，并实时记录其声学响应特征。首次使用声速、纵横声速比、泊松比、主频和主频幅值来表征含水合物沉积物蠕变破坏。研究发现，在长期加载的过程中，含水合物沉积物会经历三个阶段：减速蠕变、稳定蠕变和加速蠕变。蠕变试验得出的长期强度是三轴剪切实验的0.45-0.60倍。忽视蠕变效应会低估天然气水合物长期开采过程中可能出现的地质工程风险规模和强度。研究人员还发现，含水合物沉积物声速和纵横波速比可以作为含水合物沉积物蠕变破坏的显著标志，当加速蠕变阶段出现前，主频及其幅值会出现异常波动。当加速蠕变发生时，纵横波速度和纵横波速比会突然急剧下降。由此，研究人员提出采用主频和其幅度的异常波动作为水合物储层蠕变破坏的早期预警指标。
上述研究得到了国家自然科学基金、国家留学基金、崂山实验室重大项目、泰山学者特聘项目、山东省自然科学基金和中国地质调查局二级项目的支持。这些研究成果将为未来天然气水合物原位监测提供一定的参考。