尼日爾三角洲前緣擠壓帶的古今BSRs分布特征

楊金秀，宋朋霖，何巍巍，王紅亮，王 民，肖佃師

[1.中國石油大學(xué)(華東) 深層油氣重點實驗室，山東 青島 266580； 2.中國石油 勘探開發(fā)研究院 西北分院，甘肅 蘭州 730020；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083]

天然氣水合物簡稱水合物，近年來受到了全世界很多學(xué)者的關(guān)注[1-4]。水合物作為資源量豐富的未來潔凈新能源，由于其不穩(wěn)定性和甲烷的強溫室效應(yīng)，還可能對海底滑坡、全球氣候變化以及海洋生態(tài)等造成一定影響。水合物主要存在于低溫、高壓條件下，通常分布于海底至埋深幾百米的淺層沉積物中[2,5-6]。在天然氣水合物的地震研究中，一般將地震剖面上的似海底反射層BSR (bottom simulating reflection)作為天然氣水合物存在的主要地震標志，它代表了天然氣水合物穩(wěn)定區(qū)的底界BHSZ(base of gas hydrate stability zone)[2,7]。BSR在地震上表現(xiàn)為強振幅、負極性、斜切等時地層等特征，其發(fā)育位置主要受天然氣水合物穩(wěn)定條件控制，包括溫度、壓力、鹽度和氣體組分等因素，此外還受儲層沉積物物理性質(zhì)的影響[3,8-10]。天然氣水合物穩(wěn)定條件的變化會造成BHSZ在垂向上的遷移，在地震資料上表現(xiàn)為BSR的上下移動。

除與天然氣水合物相關(guān)的現(xiàn)今BSR外，研究人員還在日本海域的南海海槽、俄勒岡近海的水合物脊、黑海和挪威大陸邊緣等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了古BSR(或殘余BSR)、雙BSR，以及多BSRs等BSR類型[10-14]。綜合前人研究認為，按照BSR個數(shù)可將BSR分為單BSR、雙BSRs和多BSRs等類型；而按照成因可將BSR分為與天然氣水合物相關(guān)的BSR(包括現(xiàn)今BSR和古BSRs)和與成巖作用相關(guān)的BSR。其中，與天然氣水合物相關(guān)的現(xiàn)今BSR也可出現(xiàn)雙個或多個，例如在挪威大陸邊緣，雙BSRs分別是由Ⅰ型和Ⅱ型天然氣水合物的穩(wěn)定底界所造成，較深的BSR代表了較重?zé)N類所形成的Ⅱ型水合物的穩(wěn)定底界[10-11]。Ⅱ型水合物的穩(wěn)定溫度界限較高，因此其深度比Ⅰ型甲烷水合物的穩(wěn)定底界要深，這兩個BSRs之間游離氣和Ⅱ型水合物共存。

與天然氣水合物相關(guān)的古BSRs代表了BHSZ遷移前的位置，是由天然氣水合物穩(wěn)定條件的變化造成的，如沉積、剝蝕、褶皺與底辟等作用[7,12,15]。目前地震研究中的古BSRs大多位于現(xiàn)今BSR附近，在深部地層并不可見。這可能是由于發(fā)育古BSRs的地層隨著埋深的增大而發(fā)生了壓實、成巖、變質(zhì)，甚至受構(gòu)造運動等作用而遭到破壞，因此深部地層古BSRs的痕跡并未保留下來。與成巖作用相關(guān)的BSR通常具有正極性，成巖作用所需溫度比天然氣水合物的溫度穩(wěn)定界限要高，因此深度也比天然氣水合物相關(guān)的BSR要深，且此類BSR距離海底的深度比較固定，有時甚至?xí)S著海底水深的增加而變淺[14]。

綜上，本文利用尼日爾三角洲前緣擠壓帶的三維地震資料，通過地震解釋和數(shù)值模擬，研究天然氣水合物系統(tǒng)的古今BSR分布特征，以及天然氣水合物穩(wěn)定底界在地質(zhì)歷史時期的垂向遷移過程及主控因素。通過以上研究，可以掌握天然氣水合物穩(wěn)定區(qū)(GHSZ：gas hydrate stability zone)隨地質(zhì)過程的垂向動態(tài)響應(yīng)，認識地質(zhì)歷史時期隨水合物生成和分解發(fā)生的碳循環(huán)過程，有助于客觀認識水合物在全球碳循環(huán)中所起的雙重作用，一方面，水合物作為緩沖器束縛了甲烷氣體，防止其進入海水和大氣中；另一方面當其分解時，烴類氣體可能會從巖石圈進入水圈和大氣圈，引起環(huán)境和氣候效應(yīng)。

1 地質(zhì)背景

尼日爾三角洲位于中非西部的被動大陸邊緣，是世界上最大的海退型三角洲，位于泛非斷裂與中非轉(zhuǎn)換斷層的三聯(lián)點 (圖1)[16-17]。尼日爾三角洲盆地在早白堊世開始發(fā)育，是尼日利亞油氣最富集的三角洲盆地。盆地分為兩個演化階段，早白堊世—晚白堊世桑頓期的裂谷階段和晚白堊世坎佩尼期的漂移漂移(圖2)[17]。海相沉積物開始沉積于南大西洋擴張后的阿爾必期[18—19]，到第三紀時期，尼日爾三角洲在尼日爾-貝努埃(Niger-Benue)河口處擴張至大西洋，真正的三角洲沉積始于晚古新世—始新世，沉積物在現(xiàn)今三角洲區(qū)域的北翼開始充填基底地壘斷塊之間的構(gòu)造洼槽。中新世是尼日爾三角洲一個重要的時期，由于快速沉積和泥巖欠壓實，形成了一系列與重力作用相關(guān)的構(gòu)造類型如生長斷層、滾動背斜、泥底辟和逆沖褶皺構(gòu)造等[16-24]。

圖1 尼日爾三角洲構(gòu)造帶及研究區(qū)位置Fig.1 Locations of the Niger Delta structural zone and the study areaa.研究區(qū)位置；b.研究區(qū)塊Ⅰ海底傾角屬性平面圖；c.研究區(qū)塊Ⅱ海底傾角屬性平面圖

尼日爾三角洲的沉積地層主要為新生界，包括海相的Akata組，海陸過渡相的Agbaba組和陸相的Benin組，最大沉積厚度可達12 km(圖2)[18,20]。據(jù)前人研究，研究區(qū)主要的烴源巖為Akata組泥巖，而主要的儲層為 Agbaba組的砂巖[20-24]。受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場、大陸坡重力和泥巖超壓等影響，尼日爾三角洲構(gòu)造特征具有明顯的分區(qū)性，由陸向?？煞譃樯煺箮?、過渡帶和擠壓帶3個構(gòu)造帶 (圖1)[18-19,21]。研究區(qū)位于尼日爾三角洲前緣擠壓帶，下伏地殼類型是洋殼、過渡殼，大地?zé)崃髦递^高，且海相泥頁巖熱封蓋能力強，故擠壓帶地溫梯度值較高[17]。

2 數(shù)據(jù)與方法

本文使用位于尼日爾三角洲前緣擠壓帶的兩套三維地震數(shù)據(jù)，研究區(qū)塊Ⅰ和研究區(qū)塊Ⅱ，其分布面積分別約為9 880和1 700 km2的面積，水深范圍為1 300～4 300 m(圖1)。三維地震數(shù)據(jù)采集于2004年，對地震子波進行了零相位化處理，以及Kirchhoff彎曲射線疊前時間偏移。地震數(shù)據(jù)的面元為12.5 m×18.75 m，主頻為50 Hz，地震資料的垂向分辨率約為10 m，這相當于主頻波長的1/4。本文研究利用Landmark工作站進行地震解釋、視極性屬性和振幅屬性提取等方面的研究，綜合分析了天然氣水合物系統(tǒng)的古今BSR反射特征及其控制因素。在地震剖面上，地震反射層由紅色同相軸和下部緊挨著的黑色同相軸組成，代表向下波阻抗的增大，如海底。視極性屬性為振幅包絡(luò)峰值處實地震道的極性，可以輔助分析振幅異常的品質(zhì)[14]。例如，含氣沉積物和周邊沉積物相比通常具有較低的波阻抗，因此含氣地層的頂部通常具有負極性。

另外，本次研究還通過選擇Moridis (2003)的純甲烷天然氣水合物在35 psu鹽度下的相平衡穩(wěn)定曲線，對研究區(qū)天然氣水合物穩(wěn)定底界BHSZ(地震資料上表現(xiàn)為BSR)進行了數(shù)值模擬[25]。世界大洋數(shù)據(jù)庫World Ocean Database(WOD)數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)的鹽度值約為35 psu(圖3)。純甲烷天然氣水合物在35‰鹽度下的相平衡相平衡公式如下：

lnP=a+bT+cT2+dT3+fT4+gT5

(1)

式中:p和T分別為甲烷水合物的穩(wěn)定壓力條件和穩(wěn)定溫度條件，a,b,c,d,f,g為經(jīng)驗常數(shù)，分別為

圖2 尼日爾三角洲地層綜合柱狀圖[17]Fig.2 Composite geological column of the Niger Delta[17]a.研究區(qū)位置；b.研究區(qū)塊I海底傾角屬性平面圖；c.研究區(qū)塊Ⅱ海底傾角屬性平面圖

a=-1.941 385 044 645 60×105,b=3.310 182 133 979 26×103,c=-2.255 402 644 938 06×101,d=7.675 591 177 870 59×10-2,f=-1.304 658 297 887 91×10-4,g=8.860 653 166 875 7×10-8。

由于水合物穩(wěn)定底界的深度較淺，本次模擬假設(shè)地震剖面上BSR發(fā)育深度處的壓力值為靜水壓力，壓力可通過以下公式求取：

pbsr=ρswgHbsr

(2)

式中:ρsw為海水密度，為1 028 kg/m3；g是重力加速度，為9.81 m/s2；Hbsr是BSR的深度值，可通過下面公式求得：

Hbsr=Vsb×TWTsb/2+Vsed(TWTbsr-TWTsb)/2

(3)

式中:Vsed為沉積物地震波速度，為1 700 m/s；Vsw為海水地震波速度，為1 500 m/s；TWTbsr和TWTsb分別為BSR和海底的雙程走時，單位是s，可通過地震剖面讀取。地震剖面上的溫度分布可由下面公式求?。?/p>

圖3 尼日爾三角洲世界大洋數(shù)據(jù)Fig.3 The Niger Delta in the World Ocean Database(WOD)a.研究區(qū)世界大洋數(shù)據(jù)點位置；b.鹽度散點圖；c.溫度散點圖[26]

TH=Tsb+GG×H

(4)

式中:TH為海底以下H米深處的溫度，℃；Tsb為海底的溫度值，℃,可通過WOD查詢(圖3)；GG為地溫梯度值，10-2℃/m。通過設(shè)定不同的地溫梯度，將模擬BSR與觀測BSR進行對比，擬合程度高則代表了所選地溫梯度較符合實際。

3 結(jié)果與討論

3.1 現(xiàn)今BSR地震反射特征與分布

本文利用地震和視極性屬性特征來識別與水合物相關(guān)的BSR。研究區(qū)的現(xiàn)今BSR表現(xiàn)為大致平行于海底、斜切等時地層以及具有強振幅和負極性等地震特征(圖4，圖5)?，F(xiàn)今BSR的強振幅和負極性是由含天然氣水合物沉積物和下部含游離氣沉積物之間明顯的波阻抗差決定的，代表了天然氣水合物和游離氣之間的相界面，主要受溫壓條件控制[27-29]。研究區(qū)現(xiàn)今BSR的埋藏深度為海底以下約500 ms (雙程走時TWT:two way travel time)，假設(shè)沉積物的地震波速度為1 700 m/s，則BSR的深度約為425 mbsf (meters below sea floor)。現(xiàn)今BSR主要分布在水深大于1 800 ms(雙程走時)的區(qū)域，假設(shè)海水的地震波速度為1 500 m/s，則水深大于1 350 m。

與毛里塔尼亞濱海地區(qū)(offshore Mauritania)、水合物脊(Hydrate Ridge)和Storegga滑坡(Storegga Slide)等地BSR連續(xù)分布的案例不同，研究區(qū)的現(xiàn)今BSR分布呈分散狀，主要位于褶皺-逆沖推覆構(gòu)造帶附近[2,8]。根據(jù)地震解釋結(jié)果，現(xiàn)今BSR在平面上的分布面積總共約670 km2，約占工區(qū)面積的7%[28]。在研究區(qū)，BSR大多分布在斷層、氣煙囪或者底辟構(gòu)造等流體運移通道發(fā)育的地區(qū)，反映了流體運移條件對BSR的形成具有重要作用，為水合物系統(tǒng)提供了氣源。在褶皺地區(qū)，現(xiàn)今BSR向上拱起并通常與根部較深的斷層伴生，可能是因為褶皺帶的斷層等通道向上疏導(dǎo)了深處熱流體，影響了水合物穩(wěn)定條件，導(dǎo)致BSR上拱(圖4，圖5，圖6)。而在氣煙囪發(fā)育的地區(qū)，也可見現(xiàn)今BSR的局部上拱，這可能是由氣煙囪帶來的熱流異常所造成(圖4，圖5)[29]。

圖4 尼日爾三角洲南北向地震剖面及對應(yīng)屬性剖面(剖面位置見圖1b)Fig.4 The N-S seismic section of the Niger Delta and its corresponding attribute sectiona.地震剖面上的現(xiàn)今BSR特征；b.視極性屬性剖面上的現(xiàn)今BSR特征

圖5a為未解釋的位于尼日爾三角洲前緣擠壓帶的地震剖面，可見明顯的斜切等時地層的反射層，其下可見高振幅反射異常。經(jīng)地震解釋，發(fā)現(xiàn)除BSR下部發(fā)育小范圍的游離氣區(qū)(FGZs：free gas zones)外，其上下地層還發(fā)育斷層和氣煙囪(圖5b)。而對該地震剖面進行的BSR數(shù)值模擬結(jié)果表明，地溫梯度設(shè)置為4.2×10-2℃/m時，模擬預(yù)測的BSR位置與地震剖面上的觀測BSR擬合程度最高，說明目前研究區(qū)較高的地溫梯度條件(圖5b)。圖中綠色實線代表 間隔為5 ℃的溫度等值線。

圖6顯示了尼日爾三角洲前緣擠壓帶北部兩條地震剖面的BSR數(shù)值模擬結(jié)果，該模擬結(jié)果與圖5的模擬結(jié)果一致，當?shù)販靥荻仍O(shè)置為4.2×10-2℃/m時，模擬預(yù)測的BSR位置與地震剖面上的觀測BSR擬合程度最高。由圖可見，該地區(qū)BSR下部的游離氣區(qū)FGZs發(fā)育規(guī)模也較小，在擠壓背景下形成的背斜褶皺帶伴生了大量的斷層和氣煙囪等垂向流體運移通道(圖6a,b)。通常，海底和BSR之間的區(qū)域被認為是水合物穩(wěn)定區(qū)，因此水合物穩(wěn)定區(qū)厚度即可通過計算BSR深度與海底深度之差求取。本次研究繪制了BSR深度和水合物穩(wěn)定區(qū)厚度隨海底深度變化的散點圖(圖6c)。由圖可知，北部研究區(qū)的水深較大，大于3 100 m，BSR深度與海底深度呈正相關(guān)，隨海底深度的增加而變深。但隨海底深度的增加，水合物穩(wěn)定區(qū)厚度變化不大，約為500 ms (雙程走時TWT:two way travel time)，假設(shè)沉積物的地震波速度為1 700 m/s，則約為425 m。

圖5 尼日爾三角洲南部前緣帶東西向地震剖面及BSR數(shù)值模擬結(jié)果(剖面位置見圖1b)Fig.5 The E-W seismic section of the deformation front of the southern Niger Delta,and the numerical modelling result of the BSRsa.地震剖面顯示現(xiàn)今BSR、古BSR、氣煙囪、斷層和褶皺等解釋結(jié)果；b.該地震剖面在地溫梯度為4.2×10-2 ℃/m時的現(xiàn)今BSR數(shù)值模擬結(jié)果

圖6 尼日爾三角洲西部前緣帶地震剖面和BSR模擬深度及水合物穩(wěn)定區(qū)厚度(剖面位置見圖1c)Fig.6 The seismic section of the deformation front of the western Niger Delta,and the map showing the BSR depth in numerical modelling and the thickness of the hydrate stable zonesa.地震剖面a在地溫梯度為4.2×10-2 ℃/m時的現(xiàn)今BSR數(shù)值模擬結(jié)果；b.地震剖面b在地溫梯度為4.2×10-2 ℃/m時的現(xiàn)今BSR 數(shù)值模擬結(jié)果； c. a,b剖面上模擬BSR深度和GHSZ厚度隨海底水深的變化曲線

3.2 古BSRs地震反射特征與分布

除現(xiàn)今BSR外，研究區(qū)還發(fā)現(xiàn)多個古BSRs，主要分布在褶皺地區(qū)的背斜緩翼(圖7，圖8)。古BSRs大多位于現(xiàn)今BSR下部，垂向分布范圍大概為現(xiàn)今BSR至200 m以深的范圍。

研究區(qū)的古今BSRs不是連續(xù)的地震反射，而是表現(xiàn)為振幅終止點的連線[30]。古今BSRs均斜切等時地層，在地震剖面上，古今BSRs與地層的相交表現(xiàn)為交點；在三維空間，該相交表現(xiàn)為交線[30]。其中，現(xiàn)今BSR與地層相交處振幅較強且可見相位反轉(zhuǎn)(圖7c,d)。本次研究選擇古今BSRs較發(fā)育的兩個區(qū)塊，分別對斜切古今BSRs的A和B兩個層位進行了地震解釋，繪制出反映古今BSRs分布特征的振幅屬性平面圖(圖7a,b)。A層位的振幅平面圖顯示了7個古BSRs (圖7a)，B層位的振幅平面圖在西部有4個古BSRs，而到東部增加到了10個古BSRs (圖7b)。其中，有區(qū)域可對比的古BSRs，可能主要受區(qū)域性的天然氣水合物熱穩(wěn)定條件的影響；也有局部的古BSRs，區(qū)域上不連續(xù)，主要受局部熱異常條件或儲層物性條件的控制。在地震剖面上，古BSRs也具有大致平行于海底、斜切等時地層以及具有負極性的特征，與現(xiàn)今BSR的區(qū)別在于古BSRs的反射特征較弱，并且不連續(xù)，分布范圍也比現(xiàn)今BSR更局限。在相關(guān)地層的振幅平面圖中，古BSRs表現(xiàn)為平行分布的直線或曲線，延伸長達數(shù)十千米，可用現(xiàn)今BSR作為參照來識別振幅較弱的古BSRs(圖5ab)。如圖6c所示，背斜翼部的古BSRs被較為連續(xù)的弱反射層隔開，推測該連續(xù)的弱反射層可能代表了低孔隙度的細粒沉積物地層，其低孔隙度阻礙了天然氣水合物和游離氣的存在，因此未形成古今BSRs。

通過調(diào)查大量的地震剖面，認識到古BSRs大多位于現(xiàn)今BSR下部，與現(xiàn)今BSR大致平行，具有較弱的振幅(圖5b，圖6c，圖7，圖8b)。但本次研究中也發(fā)現(xiàn)一處位于現(xiàn)今BSR上部的古BSR，也具有斜切等時地層、平行于現(xiàn)今BSR且具有較弱振幅的地震反射特征(圖8a)。這可能是由于該處熱流作用相對較弱、構(gòu)造抬升引起的剝蝕占主導(dǎo)作用，或海底水溫的減小等條件影響了天然氣水合物的穩(wěn)定條件，造成了天然氣水合物穩(wěn)定底界的向下遷移，表現(xiàn)為古BSR位于現(xiàn)今BSR的上部。另外，前人研究認為古BSRs的振幅特征是由之前存在的天然氣水合物所導(dǎo)致的成巖作用所引起的，如硫化鐵的沉淀，而非殘余的游離氣，因為在較長的時間尺度內(nèi)，游離氣會擴散掉[13,30-32]。

圖7 尼日爾三角洲南部前緣帶BSR振幅屬性平面圖及地震剖面(區(qū)域平面位置見圖1b)Fig.7 The amplitude surface attribute maps and the seismic section of the BSR deformation front of the southern Niger Deltaa，b.振幅屬性平面圖顯示了古今BSRs與地層交線； c，d.地震剖面顯示的古今BSRs特征

圖8 尼日爾三角洲南部前緣帶地震剖面(剖面位置見圖1b)Fig.8 The seismic section of the deformation front of the southern Niger Deltaa.地震剖面顯示現(xiàn)今BSR及上部的古BSR；b.地震剖面顯示現(xiàn)今BSR與下部的4個古BSRs

3.3 BSR垂向遷移及其主控因素

現(xiàn)今BSR與古BSRs不同的疊置關(guān)系代表了BSR不同的垂向遷移歷史，這是由天然氣水合物穩(wěn)定條件的變化決定的。一個地區(qū)的水合物穩(wěn)定條件通常是受多種因素控制，因此需綜合考慮各因素及對水合物穩(wěn)定條件影響的權(quán)重，來解釋具體工區(qū)BSR位置的演化。通常認為，沉積作用、海底水溫增大和熱流高異常等因素，能夠使天然氣水合物穩(wěn)定底界向上遷移，即古BSR深度大于現(xiàn)今BSR；而剝蝕作用和海底水溫減小等條件會導(dǎo)致天然氣水合物穩(wěn)定底界向下遷移，從而使古BSR深度小于現(xiàn)今BSR[13,33]。

尼日爾三角洲前緣擠壓帶構(gòu)造活動強烈且目的層的沉積速率較高，沉積作用會使BSR上移(圖9a)。另外，研究區(qū)下伏地殼類型是洋殼和過渡殼，大地?zé)崃髦递^高，且海相泥頁巖熱封蓋能力強，而熱流沿順層面更易傳播，所以在尼日爾三角洲的擠壓帶，尤其是背斜頂部，地溫梯度值較高[17]。研究區(qū)以褶皺、逆沖推覆構(gòu)造等構(gòu)造單元為特征，并發(fā)育大量伴生的斷層、生長斷層和氣煙囪等[17,34-35]。這些流體運移通道除為天然氣水合物系統(tǒng)(包括水合物和下伏游離氣)提供氣源外，還可將深部熱液運至淺部，造成地溫梯度的增大和淺部地層溫度的增加。如天然氣水合物相平衡曲線所示，地層溫度和地溫梯度的增大，也會造成BSR的向上移動(圖9b)。對現(xiàn)今BSR的數(shù)值模擬結(jié)果顯示，研究區(qū)淺層的地溫梯度設(shè)置為4.2×10-2℃/100 m時模擬BSR與觀測BSR擬合程度最好，也反映了該地區(qū)的地溫梯度較高。

除沉積作用、地層溫度和地溫梯度對古BSRs的影響外，海底水溫和海平面變化也會造成BSR的垂向移動，但海底水溫和海平面的變化通常具有幕式、周期性和旋回性的特點，它們的升降會造成BSR的上下移動[30,36]。BSR在地質(zhì)歷史時期的垂向遷移是諸多因素綜合作用的結(jié)果，鑒于研究區(qū)的古BSR主要位于現(xiàn)今BSR之下，結(jié)合研究區(qū)的擠壓構(gòu)造背景，本次研究認為沉積作用和地下熱流的影響是引起研究區(qū)BSR上移的主要因素。

3.4 BSR對天然氣水合物分布的指示

在海域天然氣水合物系統(tǒng)，現(xiàn)今BSR的上部和下部地層常可見強振幅異常，可能分別是由水合物和游離氣造成的，但成巖作用或者高含水的砂巖儲層也可在地震資料上表現(xiàn)為強振幅異常[4,14]。前人研究認為，水合物的形成對沉積物具有膠結(jié)作用，使BSR上部出現(xiàn)了空白反射，而下部游離氣的存在則使地震反射增強[5,8]。Hovland (1997)則認為，BSR上部的空白反射是由其相對較高的含水飽和度，而非由水合物的膠結(jié)作用造成[37]。由于水合物的生成消耗了BSR附近的孔隙水，造成其含水飽和度較低，因此上部的含水飽和度正?；蛳鄬^高，因此造成了聲波空白。而Boswell等(2016)認為，振幅空白和區(qū)域上廣泛分布的BSR僅代表細粒沉積物內(nèi)的中低飽和度水合物，不具有資源遠景[4]。隨著全球范圍內(nèi)針對海域天然氣水合物系統(tǒng)的鉆探活動的增加，發(fā)現(xiàn)高飽和度水合物層通常在地震資料上表現(xiàn)為天然氣水合物穩(wěn)定區(qū)GHSZ 內(nèi)的強振幅異常反射，且非空白反射[4,38-39]。2015年的GMGS3鉆探的全部19個鉆位均發(fā)現(xiàn)水合物，其中5口井鉆遇高飽和度水合物，井震對比發(fā)現(xiàn)水合物層在地震剖面上表現(xiàn)為BSR上部與海底極性相同的強振幅反射[39]。綜上，盡管缺少測井和取芯數(shù)據(jù)，本次研究認為研究區(qū)位于BSR上部具有正極性的強振幅異常代表了水合物層，而BSR下部的強振幅、負極性的地震反射特代表了游離氣區(qū)FGZs。

圖9 天然氣水合物穩(wěn)定相圖Fig.9 The phase diagram of the gas hydrate stability zonea.相圖反映了BSR隨沉積作用而發(fā)生的垂向遷移；b.相圖反映了BSR隨地溫梯度和地溫的增加而發(fā)生的垂向遷移

本次研究認為含水合物地層在研究區(qū)表現(xiàn)為強振幅異常和正極性反射，位于水合物穩(wěn)定區(qū)GHSZ內(nèi)，且靠近現(xiàn)今BSR (圖4，圖5，圖7，圖8)。從地震剖面可以看出，研究區(qū)的含水合物地層可分為兩類，一類為氣煙囪頂部的強振幅、雜亂反射(圖4)，可能是受氣煙囪的影響，較強的垂向流體運移過程使地層產(chǎn)生裂縫群，造成雜亂反射[34]。另一類為背斜頂部的強振幅、較連續(xù)的反射(圖6)。本次研究在一個高振幅異常較為發(fā)育的小區(qū)塊，提取了現(xiàn)今BSR至250 ms以淺窗口的振幅屬性，其平面圖顯示了強振幅異常，即水合物層的分布范圍，代表了水合物勘探的有利目標區(qū) (圖10)。盡管如此，目前研究并不能排除其他導(dǎo)致BSR上部強振幅異常的因素，但隨著研究資料和手段的進一步豐富，對這些強振幅異常的解釋將得到更充分的證據(jù)支撐。

4 結(jié)論

1) 本文通過地震解釋與地震屬性提取對尼日爾三角洲前緣擠壓帶的水合物系統(tǒng)進行研究，識別了古今BSRs，以及現(xiàn)今BSR上下的水合物層和游離氣區(qū)FGZs。研究表明，古今BSRs均與水合物相關(guān)，具有大致平行于海底、斜切等時地層、強振幅和負極性等特征，在研究區(qū)呈分散狀分布，主要位于褶皺-逆沖推覆構(gòu)造帶附近。其中，古BSRs的反射特征較現(xiàn)今BSR弱，分布范圍也比現(xiàn)今BSR更局限，其振幅特征可能是由先前存在的天然氣水合物所引起的成巖作用造成的。

2) 高飽和度水合物層在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅異常和正極性反射，位于水合物穩(wěn)定區(qū)GHSZ內(nèi)，且靠近現(xiàn)今BSR，主要位于氣煙囪和背斜頂部。FGZs一般位于現(xiàn)今BSR下部，具有強振幅、負極性的地震反射特征。研究區(qū)的FGZs發(fā)育較為局限，大多地區(qū)沒有發(fā)育FGZs或者僅發(fā)育較薄的FGZs，且薄的FGZs主要位于背斜頂部或其周邊地區(qū)。

3) 沉積作用和地溫梯度的增大被認為是研究區(qū)BSR上移的主要影響因素。研究區(qū)構(gòu)造活動強烈且目的層的沉積速率較高；下伏地殼類型是洋殼和過渡殼，大地?zé)崃髦递^高；熱流易沿順層面?zhèn)鞑?，所以在背斜頂部地溫梯度值較高；尼日爾三角洲擠壓帶的斷層、氣煙囪和底辟構(gòu)造發(fā)育，也為熱流的垂向運移提供了通道。