波弗特海大陆边缘之下与气体水合物相关的BSR地震研究

位于阿拉斯加北部波弗特海上陆坡海底之下300－700m处有一强的似海底反射层（BSR），与上覆的气体水合物和下覆的天然气及孔隙水之间的相界面对应。世界各地BSRs具有类似的成因，这里通常解释为含本水合物碎屑沉积物之底界，下覆沉积物内可能有或没有游离气。令人惊奇的是，对这些强反向起因知之甚少。在这篇论文里，通过对合成的BSR振幅和波形（随震源－检波器偏移距变化）与穿越波弗特海发育较好的BSR多道地震反射资料比较，分析产生BSRs的物性差异。为了区分BSR之下是否有游离气，需要补充近垂直入射资料和叠前偏移资料。对振幅随偏移距变化（AVO）的分析暗示出：BSR的产生主要是由于BSR之下碎屑沉积物内存在游离气。据垂直入射合成地震记录，估计游离气带厚度薄于11－16m。若气体浓度深度而减少，则游离气带厚度可能大于16m。据AVO模拟，初估BSR之上沉积物内气体水合物饱和度不足孔隙体积的10％。     

海底流体排出及甲烷水合物BSR形成机理

在大陆边缘海底之下几百米深度处普遍观察到BSR,这些沉积物经历近的构造固红或快速堆积,相信BSR与稳定的甲烷水合物（笼形物）的最深部位对应,我们提出了下模式,BSR水合物的形成是在运移着的孔隙流体进水合物稳定域时,由向上运移的孔隙流体排出甲烷,在这个模式里,大多数甲烷产生于水合物稳定带之下,但此深度不足以充分生热,甲烷初始属生物成因,该模式要求从孔隙流体中排出已分解的甲烷,或随孔隙流体向上搬运已散布的游离气,模式解释证据,水合物在稳定域底界处浓聚,大量的甲烷源包含在水合物内,BSRs仅在特殊环境下出现,在深积物正常沉积体制下,不会向上强裂排出流体进入不合物稳定域,,所以BSRs不普遍,由于俯冲带增生楔处构造加厚,荷载增加,引致流体向上排出,该地区快速沉积未固结成岩,这些地区水合物BSRs常见,当孔隙流体进入水合物流体＋水合物与流体域之间的严格边界,然而,需要形成水合物的甲烷数量源自深海钻井有关孔隙流体中烷浓度的有限资料暗示,从上升流体中有效的排出甲烷,可以包含比所需产生游离气的数量少,在大多数流体排出体制,流体向上运移至海底的数量足够连续排出过剩的氯化物及水合物形成时同位素分离的残余物,因此,当观察钻孔资料,没有大量氯化物或同位素异常残留在孔隙流体内,甲烷浓度与稳定域上或下的孔隙流体内CO2量之差别,可以对早期沉积物成岩反应有明显的影响。     

海洋甲烷水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析，温哥华岛近海的北喀斯喀特俯冲带边缘有一清楚的BSR区。海底以下300m处的反射层代表笼形物或甲烷水合物层的底界。1300m水深和3600m长的地震检波器组合允许BSR振幅随炮检距变化，并进行高分辨速度分析和垂直入射资料模拟，所有三种类型分析结果能够较好地解释海底以下大约300m处BSR之上10－30m厚的高速层，并有一明显的底界和过渡顶界。在这层内，大约1／3的沉积物孔隙空间为冰状水合物充填。地震无法探测BSRs之下的游离气，这些结果对水合物BSR的形成与分布的模拟起到重要的控制作用。     

海洋沉积物中天然气水合物的形成、分布与演化预测

我们运用一个新的分析公式，解出了动量，质量和能量联立方程。这个方程控制着海洋沉积物中天然气水合物的聚集和演化，而且可以推导出水合物稳定区的顶底位置，水合物实际产生区的顶底位置，沉积物中水合物聚集速率的时间，以及在扩散和平流两端元系统中聚集速度与深度的关系。得出的主要结论如下：（1）天然气水合物在海洋沉积物中实际出现的底界通常并不与天在气水合物稳定带底一致，比稳定带底要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带底界一致，比稳定底界要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带顶界（通常在海底）和天然气水合物生成带顶界的不一致。（2）如果似海底反射界面（BSR）标志着游离气带的顶界，那么在某些地背景下BSR实际上应当发生在比稳定带底更深的地方。（3）甲烷天然气水合物温压稳定域内存在的甲烷甲对于天然气水合物的生成是不够的。只有甲烷溶解在流体中的质量分数超过甲烷在海水中甲烷的溶解度，或者甲烷通量超过了对应于甲烷扩散运移率的临界值时天然气水合物才能生成。可以利用这些临界通量综合地球物理或地球化学资料限定生物成因和热成因的甲烷最小产生率。（4）对于大多数扩散－分散系数值，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底界附近的天然气水合物薄层为特征的，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底附近的天然气水合物薄层为特征的。以平流为主的系统有厚的天然气水合物层，而且对于高的流体通量，在层底比在沉积序列浅层有更大规模的聚集。基于以上结果以及在某些以扩散为主的体系中生成最小的天然气水合物区也需要很高的甲烷通量，我们推测所有的自然界的天然气水合物系统，甚至那么如被动边缘的相对低通量的环境都可能以平流占主导地位。     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型，在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上，首先我们使用迭加速度分析得到层，然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度，我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气，然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中，通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后，通过引入天然气水合物或游离气的饱和度，应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合，测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感，因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

深水条件下海底天然气水合物稳定带内的甲烷迁移

１引言海底天然气水合物温压稳定带 (下称水合物带 )这个术语被用来说明某地质剖面的一部分 ,将现有条件下能够存有天然气水合物的海底与上面的水体界定开。事实上 ,由于现有条件复杂多变 ,所以很难精确地估计该带的厚度。这些变化主要指气体成分、水体盐度、海底温度、地热及水压梯度。通常是用深度 (压力 )、温度图来确定该带底部 ,其数值在地热曲线和纯水或海水为均衡状态的甲烷水合物稳定曲线的交会点上。的确 ,甲烷是海底天然气水合物中主要的烃类成分 ,其浓度要百倍于其它的碳氢化合物气体 ,在其它因素相同的情况下 ,水合物带的厚度随…     

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。     

台湾近海碰撞带内水合物BSR分布

用偏移后的6道和120道反射剖面，在台湾近海增生柱内误别出似海底反射层（BSR），BSR具反极性，并随水深增加，BSR在海底浅层地层深度加大，说明BSR可作为甲烷水合物稳定域底界的标志。BSR位于台湾造山带及中国大陆边缘剥蚀沉积物区内，沉积物富含有机质，因此可提供甲 烷气体，在该区的北部陆地存在气苗也暗示这些地层内存在的甲烷。BSR具体发育在背斜脊部，泥火山，指示甲烷气迁移并圈闭。背斜内近期海底上隆可减少孔隙压力，因此水合物分解释放游离气，从而增强了BSR处的声波阻抗差。在海底峡谷区明显缺乏BSR，在背斜内的BSR之下发现“平点”，说明孔隙空间充填水合物后降低沉积物的渗透率，故增强了圈闭游离气。我们估算了台湾南部附近BSR深度和分布范围，面积超过77000km^2，特别是在潮海沟一侧增生柱斜坡之下大约30％－60％的地区有BSR，即使水深相近，增生柱海沟－侧（西边）的BSR深度比向弧一侧（东边）的浅，说明沿尼拉海沟沉积物加积并脱水，使流体从深部向浅部流动，地温梯度增高。     

双BSR之谜：水合物稳定域变化的指示标志

在挪威西部的滑坡区地震反射剖面上，可探测到经典的BSR及目前未知的双BSR。假定强BSR为水合物稳定带底界（CH4占99％）进行P－T模拟，上部的BSR可能代表气体水合物顶界，下部的BSR可能代表冰期与间冰期之间水合物稳定域的残留部分之底界，或作为含重烃成分的气体水合物之底界。     

用于研究东海天然气水合物的地震资料处理方法

通过对东海海域二维地震、单道地震、浅层剖面等资料进行的综合研究表明 :用于研究天然气水合物的地震资料处理应提高速度分析精度和分辨能力 ,进行子波估算 ,压制多次波 ,相对保持振幅 ,DMO,AVO及波阻抗特殊处理等。在地震剖面上天然气水合物主要特征有 :BSR、振幅异常、速度异常、AVO异常等标志特征。据此 ,可对天然气水合物进行识别和预测。东海海域是天然气水合物可能赋存的有利部位 ,其中冲绳海槽是天然气水合物成藏的目标区域。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征和资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物拟海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义。     

布莱克海脊底辟处与天然气水合物稳定带有关的甲烷圈闭与运移—来自地震资料的新发现

Bkake脊底辟位于Carolina海槽沿海线一系列盐底辟的最南面，底辟引发上覆沉积物断裂，使得流体和气体向海底运移。通过分析位于天然气水合物富集区的Blake脊底辟处的地震反射资料，得知底辟中心的天然气水合物稳定基底非常浅：底辟处海底向上挠曲了近100m，由2300m左右变为2200m左右。由BSR指示的天然气水合物稳定基底BGHS在底辟两侧约为4.5s，中心上升为4.15s。底辟上部BGHS至海底以下0.05s(40-50m)出现一系列垂向断裂，这一断裂系列分化成一些陡的小断裂，成为通向海底的裂口，它覆盖了大约700m的直径范围。另外还有一些由主断裂及位于底辟中心BGHS附近的分化的次生断裂。气体及其它流体可以沿这些断裂向上运移。本文做了复杂的示踪分析比较不同反射面的反射强度及瞬时频率。底辟中心的低频异常显示强烈的地震衰减，是由流体沿断裂通道（可能是甲烷）的运移引起的。气体（主要是甲烷）沿天然气水合物稳定带的运移目前还无法解释其原因。我们推断断裂中的孔隙流体温度及盐度太高以至不能形成天然水合物，即使在远离底辟的天然气水合物稳定深度。另外天然气水合物可能堵住断裂墙以至水的供给太少不能将所有的气体转化为天然气水合物。BSR变浅反映出底辟增加的热流要么由下伏盐的高热导率引起，要么是由流体的热对流引起。孔隙水的高盐度降低天然气水合物的稳定性，对BSR变浅也起到重要作用。通过调查发现BSR变浅理论上是由于底辟处盐度增加，虽然地质学上似乎难于理解。这一发现表明高盐度的孔隙水对盐结构以上BSR深度的侧向变化起到重要作用。     

挪威斯瓦尔巴群岛西部天然气水合物高分辨地震研究

在斯瓦尔巴群岛西部的高分辨率地震剖面上可识别出强似海底反射（BSR）（振幅变化大）。据高频海底水听器（HF－OBH）资料计算，在BSR之上速度达1840m/s，暗示沉积物含气体水合物；BSR之下出现低速层，认为含气沉积物所致，厚度12－25m。另外，在经典的水合物稳定带（HSZ）之内。可识别出含游离气的两个低速层，而理论上这里不存在游离气。     

海底天然气水合物稳定带的特征分析

水合物稳定带（HSZ）控制着海底天然气水合物的成矿作用和分布规律，其厚度及分布范围决定了天然气水合物的蕴藏量，所以水合物稳定带的分析对天然气水合物的成矿与分布规律、成因与演化机制以及资源研究具有重要的指导意义。水合物稳定带本身受海底温度、压力和甲烷量等因素的影响，其变化会影响水合物稳定带的范围、稳定带底界的位置，并制约着天然气水合物的稳定性和甲烷气的释放。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征及资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物似海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物的具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义.     

大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物稳定带底界模拟

随着深海调查研究的不断深入,发现大洋基性和超基性岩与水相互作用可发生蛇纹岩化作用产生无机成因甲烷等烃类气体,可能在大洋区海底形成水合物。为评估大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物生成热力学条件及水合物稳定带分布特征,本文利用实测的原位温度、水深等条件,结合甲烷水合物-水-游离气三相平衡温压条件,计算了马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山、北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊和Lost City慢速扩张脊3个不同地质构造环境的蛇纹岩化发育的大洋区海底环境甲烷水合物稳定带底界,并对其水合物发育潜力进行了评估。研究表明马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山和北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊满足天然气水合物发育的热力学条件,可能发育有甲烷水合物,相应的水合物稳定带底界深度分别约为858～2 515和153～232 mbsf。大西洋Lost City喷口附近发育甲烷水合物可能性较小。     

全球范围内天然气水合物构造背景及其稳定域研究综述

天然气水合物是人类21世纪的重要能源。目前。全球范围内共有80余处获取水合物样品。识别水合物地震标志—似海底反射(BSR)的地区更为广泛。大量的钻孔资料和地震剖面显示：主动大陆边缘的增生楔和被动大陆边缘的断裂褶皱系、泥火山、泥底辟等构造为水合物聚集成藏的有利构造环境。世界范围内不同水合物产区的温压场及稳定域特征。差别较为明显。各水合物产区的构造背景与水合物发育区的温压场环境以及稳定域的展布规律存在明显的相关关系。本文分别讨论了主动大陆边缘的增生楔(以卡斯凯迪亚为例)和被动大陆边缘的泥火山(以Hakon Mosby泥火山为例)的温压场特征、水合物聚集规律和各自的成藏模式。在此基础上。作者还进一步讨论了南海坳隆断裂带与水合物之间的关系。认为坳隆断裂带分别在气源、疏导体系(断层、砂体)和温压场环境等三方面为水合物形成提供了有利条件。