南海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释——水合物区沉积地层特征

本文通过南海北部陆坡神狐海域浅地层、单道地震剖面联合解释,发现了一系列与天然气水合物密切相关的海底异常地貌、地层结构.在精细浅地层剖面上发现了陆坡丘状体、浅部断层以及由连续强反射层、声空白补丁、局部增强反射和声空白带构成的海底浅部含气带.浅部含气带位于海底之下34-82m,通过其空间分布位置判断,认为气体来源于深部天然气水合物的分解.在单道地震剖面上识别出麻坑、气体渗漏柱、褶皱、模拟海底反射(BSR,bottom simulating reflector)等结构.BSR位于我国首次钻取的天然气水合物样品深度之下,判断其为该区水合物稳定带底界.依据ODP1148站深海钻井的地层厚度、沉积速率、测年等资料进行地层划分,识别出渐新世、中新世等地层界面,初步建立了神狐海域水合物区沉积地层年代标尺.地层年代划分结果表明BSR、褶皱、首次钻取的水合物样品位于晚中新世至上新世地层内,以上地层成为南海北部神狐海域天然气水合物勘探重点目标层位.     

南海北部陆坡东沙海域海底丘状体气体与水合物分布

海底丘状体在天然气水合物发育区是一种常见的微地貌,对丘状体的研究有助于理解海底流体渗漏模式以及水合物的赋存规律。本文研究南海北部陆坡东沙海域天然气水合物发育区海底丘状体的特征及其与水合物的关系。研究所用的数据包括准三维多道地震数据、多波束数据以及浅地层剖面数据。在多波束海底地形图上,丘状体表现为局部的正地形,直径大约为300 m,高出周围海底约50 m。浅地层剖面上存在明显的声空白以及同相轴下拉现象,指示了海底丘状体气体的分布以及流体运移的路径。丘状体周围明显的BSR表明局部区域可能发育有水合物,水合物钻探结果也证实了这一推测。三维多道地震剖面上,丘状体正下方存在空白反射区域,这与泥火山的地震反射特征类似。但空白反射区域内存在强振幅能量,而且丘状体正下方存在连续的反射层,这表明该丘状体并非泥火山成因。综合钻探结果以及三维地震成像结果,认为水合物形成过程引起的沉积物膨胀以及海底碳酸盐岩的沉淀是形成该丘状体的主要原因。     

南海神狐海域上陆坡区典型浅地层剖面的初步解释

应用Triton SB-Interpreter软件对"大洋一号"DY115-20航次试航A航段在南海神狐海域上陆坡区取得的TOPAS浅地层剖面资料进行后处理,并对处理结果进行初步解释,结果表明:(1) 根据地形特征,南海神狐海域上陆坡区顺坡向下可分为起伏区和平坦区,起伏区地形起伏较大,声波穿透性较差;平坦区地形基本没有起伏,声波穿透性较好.(2) 陆坡凸起可能广泛发育于研究区,并且和天然气水合物关系密切,陆坡凸起的成因可能是泥底辟作用,或泥底辟等因素的存在导致沉积地层在重力作用下发生变形.(3) 研究区沉积层中发育有声空白补丁、局部增强反射和声空白带等声学特征,证明了含气结构的存在,相应的沉积层构成了一个含气结构带,若含气结构带下方发育的断层成为气体向上运移的通道,深部天然气水合物的分解为气体的来源,则由此构成的"气源+运移通道+含气结构带"组合可能成为天然气水合物的找矿标志.综上可见,应用Triton SB-Interpreter软件对TOPAS浅地层剖面资料进行后处理,得到的浅地层剖面对寻找天然气水合物具有一定的指示意义.     

参量阵浅地层剖面的处理方法及在识别浅层天然气水合物中的应用

近年来，参量阵浅地层剖面以其简便的野外采集方式、高分辨率的浅部地层成像能力，迅速发展为海底浅层天然气水合物探测的有效方法。为了更好地获取东海浅层天然气水合物赋存区的地质信息，针对参量阵浅地层剖面数据开展了精细化处理。首先将异常振幅压制和空间振幅均衡等方法有机结合，解决了数据中的各种噪音和能量不均衡等问题，然后利用Hilbert变换提高地层分辨率，最后利用信号增强技术进一步提高同相轴连续性，获得了波组特征更清晰的地震剖面。处理后的参量阵浅地层剖面具有信噪比较高、连续性好、地层结构清晰等特点，可以更好地揭示空白带、气烟囱、亮点和火焰状异常等地震反射特征，为识别浅层天然气水合物赋存区地质信息奠定基础。对精细处理后的数据进一步开展曲率属性、瞬时振幅属性、相干属性等地震属性分析，结果显示，与浅层天然气水合物渗漏相关的声学异常能够被清晰地识别出来。此项研究一方面验证了参量阵浅地层剖面数据处理方法的可行性，另一方面也探索了属性分析技术在海底浅层天然气水合物识别方面的应用。     

南海东北陆坡海底微地貌特征及其天然气渗漏模式

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测深和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体／大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。以海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能成为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。     

南海东北部陆坡海底微地貌特征及其天然气渗透模式

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测探和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体/大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。具有海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能称为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。     

尖峰北盆地含气流体运聚疏导组合特征及对水合物成藏的控制作用

南海北部陆坡尖峰北盆地发育良好的气源及含气流体运聚疏导条件,具备较好的天然气水合物成藏潜力。为深入揭示尖峰北盆地水合物的成藏地质特征,基于高精度三维多道地震、浅地层剖面、多波束资料,深入分析了研究区深、浅部含气流体运聚疏导通道的地质、地球物理特征及对水合物成藏的控制作用。详细刻画了研究区深、浅部主要含气流体疏导通道的形态特征、发育规模、分布特点及对含气流体运聚的控制作用;重点剖析了深、浅部含气流体疏导通道组合特征及与水合物分布的耦合关系,最后结合水合物成藏地质条件,探讨了研究区水合物的成藏模式及影响因素。研究结果表明:尖峰北盆地的含气流体疏导通道主要以断裂型为主,亮点反射、反射空白带、BSR、声空白、声浑浊等含气流体运聚及水合物赋存指示标志多出现在沟源断层、古隆起伴生断层、多边形断层的顶部及邻近区域。以T3反射界面为界,其下伏沟源断层、古隆起伴生断层与上覆多边形断层构成的深、浅部含气流体疏导通道在垂向上相连通,沟通了深部气源层与浅层水合物稳定域,形成了"沟源断层—多边形断层"与"古隆起伴生断层—多边形断层"两种含气流体运移与水合物成藏模式。多边形断层的存在一方面促进了含气流体向浅层发生"中继疏导",控制水合物富集成藏;另一方面,在多边形断层密集发育段,强烈的流体充注会引起局部温压平衡破坏和水合物分解、渗漏,导致"断续型"BSR的产生。浅层气体的渗漏和扩散可以持续作用至海底并对海底形态进行改造,导致海底滑塌、断裂、麻坑、丘状体等一系列海底微地貌的形成。     

海底天然气水合物的地震资料处理与分析

介绍了利用多道反射地震资料，采用反射振幅随炮检距变化AVO（Ampltude versus Offset)技术和其他地震正、反演方法，通过研究地震剖面上的拟海底反射层（BSR）分布、地震弹性参数特征，来探讨BSR上、下方含天然气水合物沉积层和含游离气沉积层的内部结构和某些主要物理性质，如沉积物的空隙率、天然气水合物的饱和度等，由此来评估海底天然气水合物的资源前景并研究其成矿机制。     

南海北部琼东南海域气烟囱发育特征及其对水合物形成与分布的影响

琼东南海域地震资料解释发现了BSR(似海底反射)、BSR下伏强反射及烟囱体等天然气水合物的地震响应特征。研究发现,区内气烟囱的分布与BSR的分布存在明显的相关性,气烟囱是气体垂直运移的主要通道,气体垂直向上运移至水合物稳定带大量聚集,从而形成水合物。因此,精细刻画研究区气烟囱发育特征对于区内天然气水合物成藏及分布研究具有重要意义。传统气烟囱识别方法只通过地震剖面上的弱反射或相关属性分析,笔者利用基于MLP算法的神经网络,高效地分析了本区域气烟囱的分布,并根据烟囱与BSR分布之间的关系,分析了气烟囱对天然气水合物形成及分布的影响。     

冲绳海槽天然气水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析,在冲绳海槽南部和中部发现了拟海底反射层(BSR)现象。通过对海底异常反射层的振幅特征、速度异常和AVO属性分析,说明该BSR可能反映了天然气水合物的存在,并发现冲绳海槽断层与天然气水合物的形成有密切关系。     

琼东南盆地气烟囱构造特点及其与天然气水合物的关系

气烟囱是由于天然气(或流体)垂向运移在地震剖面上形成的异常反射,是气藏超压、构造低应力和泥页岩封隔层综合作用而形成。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,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。在中中新世后,气烟囱是琼东南盆地气体向上运移的通道。地震识别出的似海底反射(BSR)分布区存在大量的气烟囱构造,通过速度、泥岩含量、流体势等属性参数及钻井资料,判断该烟囱构造为有机成因的泥底辟型烟囱构造。     

南海北部揭阳凹陷天然气水合物的地震异常特征分析

大量研究表明南海北部珠江口盆地是天然气水合物发育区,但是该盆地东部揭阳凹陷水合物研究较少。本文利用揭阳凹陷新采集三维地震资料,对该三维地震资料进行成像道集优化和叠前时间偏移处理,得到针对水合物的新处理地震数据体,并通过高精度网格层析反演得到层速度数据体。利用该数据开展叠后约束稀疏脉冲反演,获得含天然气水合物地层波阻抗异常,综合分析反演与地震属性识别水合物。从新处理地震资料看,该区域似海底反射(bottom simulation reflection,BSR)反射呈连续、不连续与地层斜交等特征,BSR发育在一个继承性小型水道上,且下部断裂和气烟囱发育。通过分析BSR特征及BSR上下地层的速度、波阻抗、振幅、频率、相干等属性异常,结合水合物成藏条件,发现了南海北部新的天然气水合物有利富集区,为该区域水合物勘探提供基础。     

Reservoir characterization of gas hydrate in the Northwestern part of the Ulleung Basin,East Sea

An analysis of 3D seismic data from the northwestern part of the Ulleung Basin, East Sea, revealed that the gas hydrate stability zone (GHSZ) consists of five seismic units separated by regional reflectors. An anticline is present that documents activity of many faults. The seismic indicators of gas hydrate occurrence included bottom simulating reflector (BSR) and acoustic blanking in the gas hydrate occurrence zone (GHOZ). By the analysis of the seismic characteristics and the gradient of the sedimentary strata, the GHOZ was divided into four classes: (1) dipping strata upon strong BSR, (2) dipping strata below strong BSR, (3) parallel strata with acoustic blanking, and (4) parallel strata below weak BSR. Seismic attributes such as reflection strength and instantaneous frequency were computed along the GHOZ. Low reflection strength and high instantaneous frequency were identified above the BSR, indicating the occurrence of gas hydrate. A remarkably high reflection strength and low instantaneous frequency indicated the presence of free gas below the BSR. Considering the distribution of the gas hydrate and free gas, two gas migration processes are suggested: (1) stratigraphic migration through the dipping, permeable strata and (2) structural migration from below the GHSZ along faults.     

Characteristics of Gas Hydrate and Free Gas Offshore Southwestern Taiwan from a Combined MCS/OBS Data Analysis

In this study, we present the results of the combined analyses of ocean bottom seismometer and multi-channel seismic reflection data collection offshore southwestern Taiwan, with respect to the presence of gas hydrates and free gas within the accretionary wedge sediments. Estimates of the compressional velocities along EW9509-33 seismic reflection profile are obtained by a series of pre-stack depth migrations in a layer stripping streamlined Deregowski loop. Strong BSR is imaged over most of the reflection profile while low velocity zones are imaged below BSR at several locations. Amplitude versus angle analysis that are performed within the pre-stack depth migration processes reveal strong negative P-impedance near the bottom of the hydrate stability zone, commonly underlain by sharp positive P impedance layers associated with negative pseudo-Poisson attribute areas, indicating the presence of free gas below the BSR. Ray tracing of the acoustic arrivals with a model derived from the migration velocities generally fits the vertical and hydrophone records of the four ocean-bottom seismographs (OBS). In order to estimate the Poisson’s ratios in the shallow sediments at the vicinity of the OBSs, we analyze the mode-converted arrivals in the wide-angle horizontal component. P-S mode converted reflections are dominant, while upward P-S transmissions are observed at large offsets. We observe significant compressional velocity and Poisson’s ratio pull-down in the sediment below the BSR likely to bear free gas. When compared to Poisson’s ratio predicted by mechanical models, the values proposed for the OBSs yield rough estimates of gas hydrate saturation in the range of 0–10% in the layers above the BSR and of free gas saturation in the range of 0–2% just below the BSR.     

浅剖资料在南海北部东沙西南海域水合物调查中的应用

南海北部东沙海域陆坡已经被证实为天然气水合物前景分布区,浅地层剖面数据以其高效率采集过程和浅表层高分辨率的特点被国内外学者应用到天然气水合物调查中并取得了很多成果。以南海北部东沙西南海域的两条浅剖测线为例,分析了该区浅表层沉积物的声学特征,并在浅剖剖面上发现了浅层含气带以及气体泄露现象,初步推测为深部的天然气水合物分解后通过断层运移到浅层中形成了浅层含气带,部分浅层气体还通过泄露点喷射到海水中从而形成了剖面中的气体泄露现象。最后,进一步通过对研究区域的沉积及气源条件、温压条件、地质及生物证据的讨论,证实该区具有天然气水合物发育的基本条件,因此,可以证实上述浅剖资料解释中关于天然气水合物的推测。     

天然气水合物的重要特征与评价及其在中国海域的勘探前景

从勘探技术和资源评价的角度综述了甲烷水合物生成和聚集的重要特征, 如地震反射剖面、测井曲线资料、地球化学特点等以及对未知区的地质勘探和选区评价 .甲烷水合物在地震剖面上主要表现为BSR(似海底反射)、振幅变形(空白反射)、速度倒置、速度-振幅结构(VAMPS)等,大规模的甲烷水合物聚集可以通过高电阻率(＞100欧姆.米)声波速度、低体积密度等号数进行直接判读.此项研究实例表明,沉积物中典型甲烷水合物具有低渗透性和高毛细管孔隙压力特点,地层孔隙水矿化度也呈异常值,并具有各自独特的地质特征.现场计算巨型甲烷水合物储层中甲烷资源量的方法可分为:测井资料计算法公式为:SW＝(abRw/φm.Rt)1/n;地震资料计算法公式为:ρp＝(1-φ)ρm+(1-s)φρw+sφρh、VH＝λ.φ.S.对全球甲烷水合物总资源量预测的统计达20×1015m3以上.甲烷水合物形成需满足高压、低温条件,要求海水深度＞300 m.因此,甲烷水合物的分布严格地局限于两极地区和陆坡以下的深水地区,并具有3种聚集类型:1.永久性冻土带;2.浅水环境;3.深水环境.深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP)已在下述10个地区发现大规模的甲烷水合物聚集,他们是:秘鲁、哥斯达黎加、危地马拉、墨西哥、美国东南大西洋海域、美国西部太平洋海域、日本海域的两个地区、阿拉斯加和墨西哥湾地区.在较浅水沉积物岩心样中发现甲烷水合物的地区,包括黑海、里海、加拿大北部、美国加里福尼亚岸外、墨西哥湾北部、鄂霍茨克海的两个地区.在垂向上,甲烷水合物主要分布于海底以下2 000 m以浅的沉积层中.最新统计表明又主要分布于二个深度区间:200～450 m和700～920 m,前者是由ODP995～997站位发现的;后者在加拿大麦肯齐河三角洲马立克2L-38号井中897～922 m处发现.中国海域已发现多处甲烷水合物可能赋存地区,包括东沙群岛南部、西沙海槽北部、西沙群岛南部以及东海海域地区.姚伯初报道了南海地区9处地震剖面速度异常值的发现,海水深度为420～3 920 m,海洋地质研究所则在东海海域解释了典型BSR反射的剖面,具有速度异常、弱振幅、空白反射、与下伏反射波组具不整合接触关系(VAMPS)等,大致圈定了它们的分布范围,表明在中国海域寻找甲烷水合物具有光明的前景.     

东海天然气水合物的地震特征

使用中国科学院海洋研究所“科学一号”调查船于2001年以及20世纪80年代在东海地区采集的多道地震资料,以海域天然气水合物研究为目的,对这些资料进行了数据处理并获得了偏移地震剖面。通过对地震剖面的解释,在6条剖面上确定了6段异常反射为BSR,均有振幅强、与海底相位相反的特点。6段BSR基本上都没有出现和沉积地层相交的现象。分析认为,这与东海地区第四纪以来的沉积特征有关,并不能由此否认这些异常反射是BSR。6段BSR出现的水深为750~2 000 m,埋深在0.1~0.5 s(双程时间)之间。随着海底深度的增大,BSR埋深有增大的趋势。计算结果显示,6段BSR所处的温度和压力条件都满足水合物稳定赋存所需要的温度和压力条件。本文的BSR主要与北卡斯凯迪亚盆地以及智利海域水合物的温度、压力条件相似,而与日本南海海槽、美国布莱克海台等海域水合物的温度、压力条件相差比较大。在地震剖面上,6段BSR所处的局部构造位置都和挤压、断层有关,有利于水合物的发育;在空间上,它们主要分布在东海陆坡近槽底的位置以及与陆坡相近的槽底。在南北方向上,除分布在吐噶喇断裂和宫古断裂附近外,还与南奄西、伊平屋和八重山热液活动区相邻。热液活动和水合物虽然没有直接的成因关系,但岩浆活动为水合物气源的形成提供了热源条件,为流体和气体的运移、聚集提供了通道条件,从而有利于水合物的发育与赋存。根据地震剖面反射特征推断,剖面A1A2和A14A23发育BSR的位置应该有气体或者流体从海底流出,可能是海底冷泉发育的位置。剖面A14A23上BSR发育处,振幅比的异常增大和BSR埋深的降低是相关联的。这种关联支持该处发育海底冷泉的推测。     

南黄海西部地区浅层气地震特征

通过近年来南黄海西部地区的浅层地震调查,发现该地区浅层气地震特征丰富而多变,特别是多处海底面、海水层中的浅层气地震记录,揭示本区存在较多浅层气,且部分浅层气由海底逸出,释放到海水层中。该区的浅层气地震特征按空间位置分为3大类:(1)地层中的特征:声学空白、声学幕、声学扰动、不规则强反射顶界面、两侧相位下拉;(2)海底面的特征:海底麻坑、大型塌陷坑;(3)海水层中的特征:声学羽流、云状扰动、点划线反射。选择相应特征的典型浅层气地震记录,进行了声学成因解释,讨论了大型塌陷坑的浅层气成因、海水层中声学反射与浅层气体的成因关系以及浅层气地震特征的气体浓度指示作用。根据南黄海西部地区浅层气地震特征,绘制了该区的浅层气分布图。