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％。     

海底气体水合物BSR的AVO模拟

在世界各地陆架外缘的地震剖面上，出现与海底近似平行的拟海底反射层BSR。BSR与气体水合物稳定域同时发生，并通常用作指示海底天然气水合物。尽管假设BSR标志含气体水合物的沉积物之底界，但位于BSR之下沉积物内低速游离气的产状及重要性仍是长期争论的课题。这篇论文通过对俄勒冈近海和波弗特海面两个地区BSR的反射系数模拟或AVO模拟，调查水合物丰度与BSR伴生的游离气。根据两地的多道地震剖面，地震速度资料和俄勒冈ODP第892站的钻井记录资料模拟，若BSR之上的气体水合物饱和度小于孔隙体积的30％，BSR的AVO研究能确定BSR之下是否存在游离气。根据AVO，能大致估算BSR之上气体水合物饱和度，但仅用地震资料，不能控制BSR之下的游离气饱和度。两个地区的AVO分析暗示出：BSR之下的游离气是导致强振幅BSR的主要原因。对两地区研究，计算BSR之上的水合物浓度不足孔隙体积的10％。     

秘鲁近海似海底反射的速度结构：全波形反演结果

我们对海底以下气体水合物的广泛分布之认识源于似海底反射（BSRs）这一地震观测结果。根据纵波速度研究BSRs精细结构的全波形反演是一种可行技术，我们将非线性的全波形反演技术用于研究秘鲁近海的一处BSR。首先利用一个统计的反演技术确定地震速度变化特征，使旅行曲线的相关能量最大化。这些速度被用作全波形反演的初始模型，并产生BSR附近详尽的速度／深度模型。我们发现数据与一个由薄的低速层形成的BSR的模型吻合最好。在18m的层内，纵波速度由2.15km/s下降至平均速度为1.70km/s，在其中6m在层内，最小速率仅1.62km/s。利用纵波速度反演结果，计算沉积物中的气体含量，结果表明低速层为厚6－18m、孔隙空间含部分游离气的地带。BSR的出现与地层区域垂向抬升相一致。因此，我们认为该BSR处的气体是由于抬升作用造成压力下降，水合物稳定带底部水合物分解而形成的。     

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。     

层析方法在印度科拉拉-康坎（Kerala-Konkan）地区天然气水合物调查中的应用

地震层析是根据多道地震数据估算速度结构的有效方法。本次研究针对海上科拉拉-康坎（Kerala—Konkan）地区一条以前识别出似海底反射（BSR）的地震测线东段的多道地震数据,采用2D方法得到可能的速度场结构,并推测气体水合物,游离气的存在。层析模拟由反射相识别和不同源-接收器位置的走时拾取组成。利用这些拾取采用射线追踪技术进行正演和反演来得到2D速度场。本次模拟调查区的模型第一次显示出细微速度结构。2D模拟揭示了速度场沿地震线研究段的横向发生的变化。结果表明薄层沉积物盖层（约50—60m）的速度为1770至1850m／s。在海底之下具高P波速度（1980—2100m／s）的沉积物层被解释为水合物层,水合物层的厚度在110—140m之间变化。在水合物层底部有一低速层,速度为1660—1720m／s,被解释为游离气层,厚度在50—100m之间。本次调查表明在海上科拉拉-康坎（Kerala—Konkan）局部地区水合物之下存在游离气。     

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。     

用地震AVO方法研究含气体水合物沉积物的内部结构

采用岩石物理合成地震模型，我们解释了弗罗里达近海BSR振幅随炮检距变化，现场地震资料的AVO分析和以往得出的速度结果对比显示：BSR将含游离甲烷的沉积物与含水合物沉积物分隔开来，BSR振幅随偏移跨增大呈负增长，这种特性说明BSR之上的P波速度比BSR之下的P波速度要大，BSR之上的S波速比BSR之下的波速度小。由此可见，用AVO和速度结果可帮助推断水合物沉积物内部结构。为了达到这个目的，建立两种微力学模型，对应于孔隙空间内水合物沉积的两种特殊情况：（1）水合物胶结颗粒接触，并增强了沉积物强度；（2）水合物远离颗粒接触部位，并未影响沉积积物骨架的硬度。仅第二种模型能定量化形成所观察到AVO响应。因此，推断含水合物沉积物内部结构意味着：（1）BSR之上的沉积物未胶结，故机械强度关弱；（2）其渗透率低，因为水合物阻塞了孔隙空间孔道。后者解释了为什么游离气圈闭在BSR之下，地震资料也暗示水合物层顶部缺少强反射，这一事实建议恰恰在BSR之上的沉积物内水合物浓度高，随深度减少逐渐降低，这种影响与BSR之上的低渗透水合物沉积物阻止游离甲烷上运移一致。     

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。     

西伯利亚贝加尔湖中含气体水合物沉积物的多频地震研究

本文讨论了西伯利亚贝加尔湖中含甲烷水合物之沉积物所表现的声学特性与频率关系。所用的五种不同类型的震源（枪阵，二种单气枪，水枪和电火花）的频带宽度10－1000Hz。对于低频枪阵数据，我们所观察到的水合物稳定带（HSZ）底是一个反极性强振幅的似海底反射（BSR）。对于中一高频率数据，BSR的振幅和连续性降低，甚至消失，垂向和水平方向的分辨率解释了这一特征。BSR反射振幅随着偏移距的增加而增强，BSR反射系数以及其下反射增强表明HSZ之下存在游离气。在BSR之上观察到一些延伸的强反射，推断为在HSZ内游离气与水合物共存的标志。BSR之上的空白带厚度变化不定，而对于中一高频的数据，BSR本身起一个低通滤波器的作用。提供初始地震信息的新单道剖面穿过了贝加尔钻井工程（BDP－97）的钻孔位置，在此处HSZ底部之上约200m的深度取到含水合物的沉积物。将钻井和地震信息结合，我们可以粗略估算储存于贝加尔湖中水合物和碳量，也让我们得出一个结论：贝加尔湖中气体水合物的储量没有形成一个有希望的能量远景。     

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。     

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。     

用~(129)I测定孔隙水体的年龄:与海洋气体水合物成因的关系

气体水合物是能源和温室气体潜在的巨大来源。最新调查表明，气体水合物在大陆坡普遍存在，而且水合物中甲烷的能源当量很可能超过所有已知原油和天然气储量的总和。海洋气体水合物通常由圈闭在水冰晶格中的甲烷组成，一般发现于海底以下（bsf）200～500 m之间海洋沉积物的特定深度范围内。在地震剖面上，气体水合物稳定带的底部由一强反射层――似海底反射层（BSR）指示。在BSR之下常见游离甲烷气体，但其浓度显著低于气体水合物中的甲烷。气体水合物的成因与形成已成为越来越多的研究中的焦点。尽管通常假定气体水合物与海洋沉积物中有…     

印度西部大陆边缘天然气水合物和游离气的可能模型

我们通过印度西部大陆边缘(WCMI)的多道地震反射资料解释，以建立天然气水合物形成的可能模型。地震剖面上双程走时(TWT)为2950ms的反射界面被解释为甲烷水合物层底界，即似海底反射(BSR)，它出现于海底以下500ms处。相似成因的KSRs在世界范围内广泛存在，不管其下有否游离气，它们通常是含天然气水合物的碎屑沉积物的底界。本文建立了一个天然气水合物/游离气模型，运用不用物性以合成地震记录，并与多道地震反射资料上所观察到的BSR振幅和不同震源一检波器偏移距的波形进行对比。初步结果为研究水合物分布和形成的预测模型提供了重要证据。不同偏移距的振幅恢复也为水合物特性的响应研究提供了依据。     

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。     

巴基斯坦近海大陆斜坡的天然气水合物：利用地震技术约束反演

1997年10月，在巴基斯坦外海的聚合大陆边缘得到了新的垂直入射、广角反射和折射数据。似海底反射（BSR）是横穿整个大陆边缘至阿曼海湾的最突出的反射特征。一般这一反射同气体水合物稳定带底的期望深度相一致。增生棱柱体上的BSR是一个清晰的反极性反射，且BSR之下的地层表现出反射率增强，这表明地层间存在被捕获的气体。广角反射和折射数据的联合反演在BSR深度处产生约200m厚的低速带。利用Born展开式，可根据反褶积和平衡处理后的单道数据来计算带限阻抗记录，结果表明BSR处的速度下降约200ms^-1。在朝海岸方向的CDP4400处，Minshull和White(1989)等人得到一个约600ms^-1的速度倒置，此结果表明BSR的特征在越过巴基斯坦外海大陆边缘时显著变化。海湾下的BSR出现在相似的海底地层深度，此处的地震反射出现亮点。然而，其反振幅异常小，且BSR下方的反射地层没有表现出反射率增强。广角反射和折射数据的联合走时反演表明：持续上升的速度暗示了有充足的甲烷以形成游离气和气体水合物，且主要受沉积物同化为增生棱柱体的限制。我们认为当沉积物同化为增生棱柱体时，这些变异与构造抬升和正在进行的沉积引起的一个渐进过程有关。沉积和抬升造成等温线向上偏移，并因此导致气体水合物的分解，释放出的甲烷气体造成BSR增强。我们的地质调查反映了深海平原以及第一个倾斜盆地内水深分别为3300m和2490m处的BSR属性。CDP4400位于近岸的一个隐伏、隆起演化的盆地内，水深为1730m。因此我们提出，在加积楔内，区域构造抬升与正进行的沉积引致稳定区域的向上偏移造成水合物循环。此外，通过甲烷的深度平流，构造脱水作用可以在稳定区域底部积聚水合物。     

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。     

天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

布莱克海岭中天然气水合物赋存层碳酸盐矿物、硫化物的矿物学和同位素组成特征

ODP164航次期间，在布莱克海岭发现了天然气水合物，主要赋存在海底200mbsf至450mbsf海底似反射层（BSR）之间。在横跨BSR的深度里，没有出现沉积间断。只是BSR层受到了Cape Fear盐底辟（一种刺穿构造）的干扰。在该地区，自生碳酸盐矿物（白云石、菱铁矿）少量的出现在沉积物中，仅占几个百分含量。     

美国东南部大陆边缘的天然气水合物利用宽角地震资料进行全波形约束和走时反演

利用BSR已完成美国东南边缘大约50000km2的地区编图，并已证实可能与大量天然气水合物有关。1992年6月，同时获得该地区的单道地震和宽角海底地震资料，主要集中在布莱克洋脊和卡罗来纳海隆，能清楚地观察到来自BSR的宽角反射偏移距（达6km）。为了了解区域性的变化和生成卡罗纳海隆高背景速度的二维平均速度模型，用宽角和垂直入射资料进行走时反演，然后做全波形反演业确定BSR的地震成因。最合适的模型显示了两处的BSR之下具相似的低速（1.4km/s），暗示圈闭了低饱和度（10％）的游离气，反演结果也显示有一薄层高速楱状体，最大速度为2.3km/s，刚好位于布莱克洋脊的BSR上方；计算了沉积物反射率，观察到卡罗来纳海隆具有较高的反射率，BSR之下的反射率增加几乎与两个站位的含气带对应。根据速度模型估算了水合物的浓度。另一方面，占沉积物总体积3%的水合物之平均浓度暗示布莱克洋脊地区水合物稳定带厚度少一半。卡罗来纳海隆水合物平均 浓度最大为20%，卡罗来纳海隆7%。这两处水合物浓度高，无法仅用原地生物活动来解释，可能与次生的聚集机制不关，因稳定域迁移引起水合物循环，可能影响两地的水合物凝聚。另外，流体向上排出的增加，也可以使 布莱克洋脊生存下去。     

天然气水合物沉积的地震定量分析方法

反射地震剖面能提供天然气水合物区域性存在的间接证据。尽管这一技术经过三十多年不断深入的发展，但将此相关技术应用于天然气水合物研究方面仍然存在一些未决问题和需求。举例来说，在似海底反射（BSR）处观测到负的波阻抗差，气体水合物在负阻抗差形成中所起作用一直存在争论。此外，振幅随角度变化（AVA）分析是应用于储层存在游离气时获取信息的一种勘探方法，由此获得的定量信息的确定性尚有争议。本文研究采用有效介质理论（EMT），将AVA分析应用于长偏移距高分辨率的叠前地震数据。以海洋浅部沉积物的原位物理性质为约束条件合成AVA响应并建立模型，作为BSR处气体水合物浓度和游离气饱和度的函数。经过仔细处理后，结果表明这一方法检测游离气是可能的，并且游离气的低饱和度可以量化。气体水合物对观测到的阻抗差的贡献非常小，特别是在气体水合物浓度小于10％时。这一分析已经应用于哥斯达黎加和沙巴大陆边缘的海洋地震数据。