用单道地震反射波法定量分析BSR反射特性的横向变化

１引言在适当条件下 ,海底沉积物中的气水合物稳定带的基底以似海底反射（ＢＳＲ）为标志。为此ＢＳＲｓ通常被当成海底气水合物的指示物。如地震反射波法发现的ＢＳＲｓ附近波速的分布已经利用多偏移距反射数据的全波形反演法在世界若干地方做过研究。来自各地的结果表明具有高振幅特征的ＢＳＲ下伏薄层游离气层（Ｓｉｎｇｈ等 ,１９９３）。这已经被钻探所证实（Ｍａｃｋａｙ等 ,１９９４ ;Ｈｏｌｂｒｏｏｋ等 ,１９９６）。但是 ,ＢＳＲｓ的反射波并非总是高振幅的 ,通常表现出较大的横向变化。其原因还不太清楚。利用波形反演法研究ＢＳ…     

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。     

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。     

莫克兰增生棱柱体内BSR之下厚层游离气之证据

莫克兰大陆边缘的地震反射资料显示出一个强的似海底反射（BSR），且广泛分布。我们将非线性全波形反演技术应用于此区的多道地震数据。用来研究复杂的速度结构及BSR的成因，计算结果显示出：在海底以下500m深度处纵波速度从2.2km/s突然下降到1.3km/s。低速带厚度约200－350m，可能含有大量游离气，这与最近ODP164航次在布莱克海台的钻井有些类似。大部分的游离气可能是气体水合物分解产生的，在加积楔中，构造抬升和沉积作用，引起气体水合物稳定域相对于沉积柱向上运移。     

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。     

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。     

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。     

阿拉伯海马克兰增生柱BSR下伏层层游离气显示

马克兰陆缘地震反射资料表明那里存在一分布广泛的强反射的似海底反射层（BSR）。我们运用非线性全波形反演方法分析该海域多道地震数据来研究BSR详细的速度结构及其成因。结果表明，在500m深的海底下，纵波速从2.2km/s突然减到１.3km/s，低速带一般厚２００－３００m，可能含有丰富的游离气体，这与ＯＤＰ１６４航次在布莱克海台钻探的情况类似，由于断层的上升和增生楔中的沉积作用，与沉积柱有关的水合物稳定带裂解后向上运移，产生了大量的游离气体。     

巴基斯坦马克兰增生棱体实测热流值与由BSR导出的热流值的比较

1997年秋，德国“Sonne”号调查船在巴斯坦第马克兰增生楔进行SO－124航次调查，利用地球物理调查以分析构造变形增生楔中天然气水合物富集沉积的热状况。垂直变形前锋的走向测量的42个热流值，并作了地震反射试验。本次调查从南部的深海平原开始，覆盖到陆坡2300m水深处。本次研究的目的是比较由BSR导出的热流值（意味着是估算的热流值）与在海底实测的热流值。这需要用速度和孔隙度之间的经验方程式来计算不同浓度沉积物的物理性质。变形前锋前南热流实测值经沉积之间的经验方程式来计算不同深度沉积物的物理性质。变形前锋南部热流沉积作用校后为47mW/m^2,这稍高于Hutchison等（Earth Planetayt Sci.Lett.56(1981)252-265)报道的热流值。在所有盆地中热流的估算值都明显高于实测值。因此，由海底实测的温度值推测而得到BSR处的温度比天然气水合物稳定条件得出的温度要低5－6K.估算和实测的热流值都有一个普遍的趋势：即从变形前然向北增厚的棱体都有小小的减少。类似的结果也在其他增生楔中存在，如Wang等[J.Geophys.Res.98(B3)(1993)4121-4142]和Ferguson等[J.Geophys.Res.98(B6)(1993)9975-9984]所述。在斜坡盆地中热流值具有小的变化，表明主要受传导热传递控制。液体可能沿着边界断层流动，这我们很难控制。快速沉积作用对BSR的动力特征的作用同样对估算热流值具有重大的影响。我们的数据组清楚显示，详细的地震调查资料和控制好地地下速度资料对比较实测热流值和由BSR导出的热流值是完全必要的。然而，未能胡定速度－孔隙度关系和一个高的，仅是近似建立的沉积速度，代表关键性的,失去约束条件的沉积速率只能从钻井资料中得到。     

似海底反射的地震速度和AVO效应

我们将浓度和压力作为一个函数得到冰和含气体水合物的地震波速度。同以往以简单的慢度和平均模量及双相模型为基础的理论不同，我们使用了Biot类型的三相理论，这一理论考虑了二种固体（颗粒和冰或笼形物）和一种液体（水）的存在，以及一个含气和水的多孔隙基质。对于固体的Berea砂岩，低于0℃时的纵波理论估计值过低，在含有冰－颗粒相互作用和颗粒胶结时与实验数据产生了好的吻合。严格地讲，水的比例与温度紧密相关。假定已知孔隙的平均半径和标准偏差，那么在一给定温度下的波速拟合就能对整个温度范围的速度进行预测。通过一个粘弹性的单相结构模型来计算反射系数。本文的分析是针对游离气带的顶部（位于含气体水合物的沉积层下）和底部（上履于饱含水的沉积层）进行的。如果似海底反射仅仅是由于胶结气体水合物与含游离气沉积层的分界面造成，我们可以得出结论：（1）在一定的气体饱和度下，很难估算低浓度情况下气体水合物数量。然而，水合物的高、低浓度还是可以区分的，因为它们分别呈现正和负的异常；（2）游离气和饱和度可以从反射振幅中而不是从异常类型中获取；（3）P波转化为S波的反射系数是指示高含量的气体水合物和游离气一个较好指示。另一方面，对于未胶结的沉积物，振幅随偏移距变化曲线总是为正。     

秘鲁近海气体水合物带底界的地震反射特征分析

位于秘鲁近海的ODP第688站位的地震资料显示出：该区存留有似海底反射层（简称BSR）,其深度与气体水合物稳定的深度相当。虽然在太平洋和大西洋的科学钻探岩芯中已经发现了气体水合物,但通常在有BSR显示地区避免钻探,这是因为钻探容易引起含水合物的沉积物民封闭的游离气的释放,造成危险。利用反褶积和真振幅恢复技术,可对地震资料重新处理,达到对BSR定量分析。从而地震资料提取声波参数,从第688站位的钻孔测量物性资料,利用前述两项资料可合成地震记录,并同实际地震资料进行比较,来估算游离气带的厚度。结果显示出：BSR沿侧向呈不连续分布,在BSR表现为强振幅的地带,其下游离气带厚5．5－17m;在BSR呈弱振幅之处,游离气带厚度不足5．5m,甚至完全缺失。     

利用地震反射法评价海底天然气水合物资源

海底天然气水合物是２１世纪的重要新能源,本文介绍了利用地震反射法来识别海底天然气水合物的存在和分布特征,并春资源量进行评价的方法。根据地震剖面上的拟海底反射层（ＢＳＲ）识别水合物的存在,并结合地震弹必参数和利用沉积物的孔隙率等等征,来评估海底天然气水合物的资源前景。     

彻斯匹湾挤压构造单道气枪和水枪地震资料处理成像

在彻斯匹克湾地区采集的的20个2D地震剖面目的是为了分析挤压构造的细节以及对火流星挤压产生的凹陷进行更准确的成像。我们尤其重视对盆地地震反射信号的加强。处理先做了第二零点预测反褶积，后接着做了子波反褶积提高了浅层反射的分辨率，采用匹配滤波来加强基底反射。反褶积、匹配滤波以及二维信号增强技术（F-X滤波）显著改善了地震剖面的可解释性。     

天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率

地震勘探是调查天然气水合物广泛使用而有效的方法,而BSR是水合物赋存的主要标志.通过对实际调查资料的分析对比,结合国外的调查研究成果,探讨了地震勘探频率在BSR识别中的影响和作用,提出了在我国海洋天然气水合物的地震调查中有利于BSR识别的合适的频率范围.     

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。     

加拿大东海岸存在天然气水合物的证据：BSR

天然气水合物被认为是世界上各沉积盆地中大量聚集在一起的甲烷。人们普遍认为,似海底反射（BSR）与天然气水合物之间具有依存关系。但根据钻井资料,没有BSR分布的地区,同样也发现有天然气水合物的存在,且钻遇到了天然气水合物;而有BSR的地区,却可能发现不了天然气水合物。似乎BSR与天然气水合物的关系显得有些模糊不清。     

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。