利用海底地震检波器广角反射数据研究日本TOKAI离岸Nankai海槽气体水合物聚集

1996和1997年，在日本TOKAI离岸Nankai海槽采集了四分量的海底地震检波器（OBS）数据。我们将OBS数据与多道地震数据（MCS）联合分析，研究甲烷水合物在沉积中的分布和特征。地震数据揭示了一个非常复杂的动态沉积史，受控于下沉的浊流沉积、活动通道、褶皱以及陡倾角断层。不管这点，表明气体水合物存在的似海底反射（BSR），很容易识别为一个振幅横向变化的反射。 对于OBS反射数据，我们应用一种成像技术，获得的结果与多道地震剖面有很好的吻合。我们还应用模拟和反演程序揭示详尽的速度结构。东Nankai海槽水深在930至1160m之间的区域，OBS数据允许我们构建一个含9个地层的地球物理模型描述其最上部700m的沉积。旅行时反演给出了上升的P波速度，其值达到2100m／s。如此高的P波速度可以解释为部分的水合物饱和度达到孔隙空间部的20％。在海底以下320m处，BSR与P波速度的明显下降相对应，速度值大约降至1580至1750m／s之间。这一低速层厚约80m。S波速度通过广角数据的同相轴相关、时间拾取和正演模拟得到，在水合物稳定带其值达到700—750m。在BSR正下方，我们观测到s波的速度有小的下降。这可能暗示水合物对沉积基质的弱胶结作用。在更深的位置，高P波与S波速度表明沉积过固结，这归因于独特的压缩构造背景。

墨西哥湾北部深水区气体水合物勘探（二）——利用钻井结果确认模型

4 对基于测井数据计算水合物浓度的讨论 根据电阻率数据计算的水合物浓度表明，在2020ms至2120ms这一时间区间内存在二个主要的潜在水合物聚集带，其测井尺度的饱和度值在0。30％之间变化，换算为地震尺度则为0～15％（图7）。

宽区域的OBS多次波数据成像

利用海底地震仪（OBS）记录的水层多次波对加拿大西部近海的海底结构进行成像，将成像结果与常规一次反射数据成像结果对比。这一多次波偏移成像（镜像成像）方法利用了海底之上的下行压力波场，其特点是数据完全不含任何一次反射的信息，而是由这些反射的虚反射信息构成了接收信号。镜像成像方法是利用针对一次反射波的克希霍夫叠前深度偏移算法对接收的虚反射数据进行成像。通过对数据和速度模型的一个简单处理：假定检波器不位于海底而是位于海面上二倍于水深的高度位置，可以解决穿越水层的多次波的附加传播路径。偏移结果表明，与利用一次反射波成像的常规方法结果相比，尤其在反射体很浅且OBS间距稀疏时，多次波偏移成像方法对海底下的结构提供了更宽的照明。镜像偏移方法的成像结果与垂直入射的漂缆数据（单道）在照明度上是相当的。

墨西哥湾北部由断裂控制的气体水合物系统

作为Chevron联合生产计划（JIP）的一部分，2005年在墨西哥湾北部的Keathley Canyon151站位进行针对气体水合物的钻探调查，结果表明存在于饱水粘土中的天然气水合物是由连通的陡倾角裂缝控制的。通过对随钻测井电阻率数据的分析，我们可以推断出气体水合物的原位聚集模式有二种：充填断裂或使渗透层饱和。KC151站位，气体水合物存在的最普遍模式就是陡倾角断裂被水合物所充填，大部分断裂位于海底之下220～300m，且倾角都大于40°。这些断裂都近南北向，与水平应力方向（165°SE-345°NW）一致，这一值是根据井壁崩落得到的并与这一区域的等深线平行。在一个水合物充填的断裂区间，孔隙度随水合物的饱和度上升而上升。我们认为在断裂形成期间，高孔隙压力使沉积物膨胀，从而造成孔隙度的上升。此外，气体水合物的形成可能使断裂滑动错开，这也会增加这一区间地层的孔隙度。

多分量地震技术在挪威中部边缘气体水合物调查的应用

作为数量巨大的碳来源，天然气水合物可能是未来潜在的能源储备，也可能与全球的气候变化相关联，基于这一事实，在过去二十年中，天然气水合物方面的重要性持续上升是有目共睹的。此外，天然气水合物的分解以及并发的游离气释放造成潜在的海底坡身不稳。多分量地震技术能够拓宽对天然气水合物储层的认识。在海洋条件下，当下行传播的纵波（P波）在一个沉积界面反射时，可以转化而产生横波（S波）。利用水平和垂直的地震检波器可以在海底处记录到上行的S波。除P波数据外，S波数据非常有用，这是由于S波几乎不受多孔岩石中孔隙充填的影响并且速度较P波速度慢。这一性质清楚表明一个明显的优势，因为（1）利用S波可以提高地震分辨率；（2）含气或质量差的P波反射目标体可以较好成像；（3）孑L隙流体与岩性可以辨别；（4）增强估算气体水合物浓度的能力。在挪威中部边缘，多分量地震数据可使我们选择一个含水合物沉积物的可靠岩石物理模型。多分量地震数据能将气体或气体水合物对地震速度的影响与岩性对地震速度的影响进一步区分开。改进后的声成像结果使我们能清楚了解含水合物沉积层的下方区带，由于气体的存在，这一区带在P波数据上反射模糊。挪威中部边缘的天然气水合物研究很大程度上得益于对多分量数据的利用，部分数据由奥斯陆石油地质服务公司向特罗姆瑟大学地质系提供。

墨西哥湾北部深水区气体水合物勘探（二）——利用钻井结果确认模型

在2005年墨西哥湾北部钻井、测井、常规取样和保压取样之前，我们对三维地震数据进行五步法分析获得了气体水合物的饱和度。根据穿透二个重点研究钴位气体水合物稳定带的钻井数据，本文研究目的就是对预测结果的正确性进行检验。预测结果在第一部分已经详细探讨过（2008）。本文对根据电阻率和纵波速度的测井数据计算的气体水合物饱和度以及第一部分的预测结果进行详细分析。其中预测结果几乎完全基于地震数据而没有本区域的测井数据控制。测井数据测试、岩心数据分析以及保压岩心脱气实验都表明，就气体水合物在沉积物中的存在位置及大致的浓度而言，钻前分析与钻后结果在整体上是一致的。我们发现，将基于测井数据的估算值调整到地震频率的尺度时，其结果与根据地震数据预测的结果一般都是一致的。我们根据新的野外数据对钻前模型重新进行校准，这样就可以得到精细的模型以适于将来的研究。

利用多种测井数据估算阿拉斯加北部陆坡Mount Elbert井原位气体水合物饱和度

2006年，美国地质调查局（USGS）完成了对可用的2D和3D地震数据的解释和分析后，提出了一个确定阿拉斯加北部Milne Point区域永冻带下气体水合物稳定带内的水合物矿藏的可行办法。为了验证USGS的预测并获得关键的储层数据，也是为了形成长期生产测试计划发展的需要，2007年2月，在Mount Elbert矿区进行的钻井取得了多种测井数据和岩芯数据，并将这些数据用来估算水合物原位饱和度及储层属性。气体水合物饱和度可根据不同的测井数据估算，如核磁共振（NMR），P波与S波速度，电阻率以及孔隙水盐度等。根据NMR测井数据估算的气体水合物饱和度与通过P波和S波估算的结果非常吻合。由于原生水的低盐度及低的形成温度，原生水的电阻率与页岩的电阻率是相当的，因此在利用电阻率测井数据准确估算气体水合物饱和度时，必需解决粘土的影响。确定二个气体水合物高饱和区段，上部区段的厚度约43ft，平均气体水合物饱和度为54％，下部区段厚度53ft，平均气体水合物饱和度为50％，二个区段的最大饱和度都达到75％。

Svalbard西部海洋气体水合物系统的地震各向异性研究

在Svalbard西部近大陆斜坡底部，具有明显似海底反射（BSR）的位置，水合物技术计划以海底地震检波器阵列开展高分辨率地震调查，采集的数据表现出明显方位角的地震各向异性特征。将水平地震检波器分量记录旋转到径向和横向方向，以共偏移距和方位面元叠加。将这些横向分量的振幅作为方位角和时间的函数成图，结果显示了四个强连续响应区，它们被无效区以90度的间隔分开，是水平的横向各向异性的指示。强响应带的XX显示出分解横波存在的椭圆偏振特征。在BSR处及其正下方的各向异性响应最强，但在层的上方也存在一些各向异性。通过合成波形模拟进一步研究各向异性构造的结构与成因。这些研究结果显示，在BSR之下的游离气带，最大的方位速度变化达到10％。较快横波的偏振方向（速射向）为显著的NW—SE向，在115～135°之间变化，是位置的函数，在有些地方是深度的函数，大致平行于大陆斜坡的局部走向及附近的Molloy变形断层系统。对这一各向异性的最可能解释是存在平行于偏振方向的近垂直的、成直线排列的微裂缝，BSR之下的裂缝含游离气，其上含水合物与孔隙水。这些裂缝可充当溶液中甲烷或游离气的运移通道，使游离气和水合物优先聚集其中。

墨西哥湾北部深水区气体水合物勘探（一）——基于地质模型、反演和岩石物理原理的地震方法

以高质量地震数据为基础，本文介绍了利用“五步法”探测海洋气体水合物的结果。五步法处理流程包括：（1）地震数据重处理以获得更高分辨率；（2）对可能的含水合物带进行详细的地层评价与解释；（3）地震属性分析以进一步描述可能的含水合物带；（4）利用地震反演获得含水合物带三维的合适弹性参数；（5）利用地震数据反演和岩石物理原理分析并定量计算气体水合物饱和度。研究所用数据为墨西哥湾北部的Atwater谷盆14和Keathley峡谷151区块的地震数据。尽管详细的分析的确表明了似海底反射（BSR）的存在，但我们的研究还是主要依据其它大量的地震属性（如气烟囱、地震穿透带以及与油气系统相关的其它特征）来刻画存在于这一区域的气体水合物。利用Mallik（McKenzie三角洲，加拿大）和Blake海台（ODP164航次，大西洋大陆边缘）的井数据并进行适当修正，我们测试并证实了一个可应用于当前含水合物沉积物区域的可行岩石模型。利用反射地震数据反演计算的P波和S波的速度，我们将这一模型用来计算墨西哥湾北部重点研究区主体沉积中的气体水合物的饱和度。本文研究依据地震方法，预测了2005年钻井之前重点研究区的气体水合物饱和度。在没有井数据可利用且岩性不均一性很不确定的边缘区域，实施基于如本文所描述的地震技术可以确认潜在的气体水合物，并为钻前的井位确定以及为将来的含气体水合物沉积描述提供有价值的信息。

测井与地震数据综合分析以估算墨西哥湾Keathley峡谷气体水合物浓度

根据地震数据准确探测并确定沉积物中气体水合物与游离气的数量需要测井数据，以校正含水合物／游离气沉积物的物理属性。作为墨西哥湾联合开采计划（JIP）的一部分，在此区域进行了一系列的取芯或者钻井用来描述含气体水合物沉积物的物理属性以校正地球物理推测，进而评估资源量以及气体水合物中气体的运移机制。在本文研究中，由于井孔条件不利致使测井质量降低，因此只是少量使用井下声波测井数据。但随钻测井（LWD）的电阻率是可靠的，并可获得孔隙度测井数据。为了将测井信息与此区域可利用的三维地震数据联系起来，可利用Keathley峡谷151—2井的阻抗测井数据曲线计算得到速度数据，因为在Keathley峡谷附近的151—3井获得的声波测井数据或者垂直地震数据要么质量很差，要么深度范围有限。基于气体水合物饱和度估算是根据随钻测井的电阻率数据，用Biot—Gassmann修正理论可得到合成声波测井数据，并且产生的合成地震记录与过井的地震剖面非常吻合。以测井数据为基础，此区域一个模糊的似海底反射（BSR）被解释为饱和度为15％的含气体水合物沉积的反射覆盖于饱和度为3％的部分饱气沉积之上。在海底之下220—230m和264～300m这二个典型区间，根据电阻率测井数据估算的气体水合物饱和度超过30％～40％，但是在岩心中没有发现气体水合物的实物样。推测是由于取岩心质量不够以及气体水合物的外形形态导致没有发现气体水合物的实物样品。

新Caledonia离岸Fairway盆地似海底反射高分辨率地震研究初步成果

1998年法国-澳大利亚实施一个航次的联合调查，随之第一次报告了在新Caledona离岸Fairway盆地存在气体水合物。此航次识别了一个似海底反射（BSR），位于LordHowe隆起东侧的新Caledona西部。在同一区域实施了ZoNeCo5（1999）航次后，提出BSR的范围超过7万km^2，有可能是已圈定面积最大的BSR。为了确定BSR的存在并评估其特征，在2004年ZoNeCo11航次调查了一个站点。同时采集了以3．3km长电缆记录和以紧密间隔的海底地震检波器记录的高分辨率地震数据。海面地震数据成像可得到沉积构造以及推测的BSR相关的沉积地层的细节。基于OBS数据的旅行时反演提供了海底下速度分布的信息。这一研究的初步结果表明，尽管在Fairway盆地出现至少二个异常反射体，但都不能描述为BSR。观察到的异常反射体的成因依然未知，但更可能是与流体循环有关，而不是与沉积中气体和气体水合物的存在有关。

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。