海洋天然氣水合物地震探測(cè)技術(shù)進(jìn)展
——從單縱波到多波

李子坤,王 赟,陸敬安,于光明,王祥春

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院,地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MWMC研究組,北京100083;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣東廣州510075;3.北京多分量地震技術(shù)研究院,北京100029)

天然氣水合物(gas hydrate)是烷類氣體(主要為甲烷)分子被包裹在水分子內(nèi),在相對(duì)高壓低溫的自然條件下形成的“籠狀”結(jié)晶復(fù)合物。天然氣水合物礦藏最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)60年代,因其可分解釋放甲烷氣體,故被看作化石能源的潛在替代品之一[1]。按照成藏地理環(huán)境的不同,天然氣水合物主要分為陸地天然氣水合物和海洋天然氣水合物,分別分布于陸上永久凍土帶和海上近海大陸坡沉積層中。目前,天然氣水合物的研究與勘探調(diào)查已經(jīng)在30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)展開(kāi),其中,以海洋天然氣水合物研究居多?？傮w上看,少數(shù)國(guó)家和地區(qū)的天然氣水合物開(kāi)發(fā)已進(jìn)入探索試驗(yàn)開(kāi)采階段,水合物勘查識(shí)別和實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)相對(duì)成熟。

海洋天然氣水合物(以下簡(jiǎn)稱水合物)儲(chǔ)層的形成機(jī)理在學(xué)術(shù)上尚不明確,但氣源是形成水合物儲(chǔ)層的必要條件之一[2]。以我國(guó)南海北部水合物的形成機(jī)制為例,由于神狐海域新生代沉積盆地生物氣含量豐富,水合物的形成以生物氣作為主要?dú)庠?而在東沙群島的東南部,在深部生成了大量熱解氣,與較淺部產(chǎn)生的生物氣合并,共同作為水合物生成的氣源[3]。氣體可沿活動(dòng)斷裂或底辟構(gòu)造體運(yùn)移至適合天然氣水合物析出的低溫高壓區(qū)域——即天然氣水合物穩(wěn)定帶(gas hydrate stability zone,GHSZ),在此轉(zhuǎn)化為固態(tài)水合物,以擴(kuò)散狀、脈狀、塊狀或結(jié)核狀形式賦存。

海洋地震作為水合物的主要勘查方法,利用了地層中含水合物時(shí)地震剖面上所呈現(xiàn)的異常地震反射特征,包括似海底反射(bottom simulating reflectors,BSR)、地震空白帶(seismic blanking zone,SBZ)、速度倒轉(zhuǎn)、速度-振幅異常結(jié)構(gòu)等。BSR是見(jiàn)于地震剖面上的一組具有與海底反射極性相反、強(qiáng)振幅、形狀大致與海底平行等特征的反射層[4],常指示GHSZ與其下伏游離氣層的分界面[5-6];SBZ一般存在于BSR上覆區(qū)域,呈弱反射能量特征[3,7-8],往往與BSR相伴相生,共同指示水合物儲(chǔ)層。

地震技術(shù)除了用于識(shí)別水合物儲(chǔ)層外,還可用來(lái)估算水合物與游離氣的空間分布和儲(chǔ)量。一般常用的方法是地震數(shù)據(jù)全波形反演、走時(shí)層析成像、波阻抗反演、AVO屬性反演、地震屬性綜合分析等,得到相關(guān)的成像數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)水合物空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中全波形反演與走時(shí)成像技術(shù)可以進(jìn)一步得到彈性波速度,結(jié)合巖石物理模型,可對(duì)儲(chǔ)層的水合物飽和度進(jìn)行評(píng)價(jià)和估計(jì)。波阻抗反演也可以結(jié)合鉆井曲線數(shù)據(jù),基于Archie公式對(duì)地層孔隙中的水合物飽和度進(jìn)行估算[9]。隨著各國(guó)對(duì)海洋天然氣水合物調(diào)查研究的重視,海洋地震技術(shù)得到更充分的發(fā)展。因其勘探范圍較廣、施工成本低、成像分辨率較高等特點(diǎn),在海洋天然氣水合物調(diào)查研究中愈來(lái)愈發(fā)揮著不可替代的作用。因此,本文重點(diǎn)介紹海洋天然氣水合物的地震識(shí)別探測(cè)技術(shù)的發(fā)展及存在的問(wèn)題。

1 水合物儲(chǔ)層地震反射特征

隨著水合物調(diào)查與研究的持續(xù)開(kāi)展,水合物成藏模式的研究也不斷深入。但由于水合物成藏氣體疏導(dǎo)體系、運(yùn)移方式和來(lái)源的不同,國(guó)內(nèi)外存在多種以不同標(biāo)準(zhǔn)劃分的水合物成藏模型。根據(jù)氣體疏導(dǎo)方式的不同,劃分為擴(kuò)散型和滲漏型[10],擴(kuò)散型與滲漏型水合物儲(chǔ)層在地震剖面上的指示特征不盡相同,需要分開(kāi)討論。

1.1 BSR與SBZ

對(duì)于擴(kuò)散型水合物儲(chǔ)層,最明顯的地震反射特征為縱波剖面上的BSR與SBZ。目前,BSR被公認(rèn)為海洋天然氣水合物最有可能存在的標(biāo)志之一,同時(shí)在地震剖面上較易識(shí)別,因而地震勘探是水合物勘探前期必不可少的調(diào)查與研究方法。

20世紀(jì)70年代,在Blake海臺(tái)及其附近海域的一系列地震剖面上發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)反射現(xiàn)象,SHIPLEY等[4]將這種強(qiáng)反射定名為BSR。他們對(duì)美國(guó)東海岸、墨西哥灣西部、哥倫比亞北部和巴拿馬北部海岸以及從巴拿馬到墨西哥阿卡貝科附近的中美洲太平洋一側(cè)的地震成像中出現(xiàn)的異常反射進(jìn)行了總結(jié),再綜合BSR的空間幾何關(guān)系、反射系數(shù)、反射極性和壓力-溫度關(guān)系,認(rèn)為此異常反射可以作為水合物儲(chǔ)層存在的標(biāo)志。隨后DILLON等[2]針對(duì)美國(guó)東海岸地震剖面上的BSR作了進(jìn)一步說(shuō)明:水合物使所在地層的縱橫波速度均有較大幅度提高;而下伏地層無(wú)論是否含游離氣,都會(huì)出現(xiàn)縱波速度的大幅下降,形成負(fù)極性的強(qiáng)反射。我國(guó)南海北部被動(dòng)大陸邊緣區(qū)存在的水合物儲(chǔ)層,廣泛分布于水深350～3000m海域的海底沉積內(nèi),由于該區(qū)域通常呈水平沉積,BSR一般與沉積層理反射大致平行[3]。

在Blake外海臺(tái)和巴拿馬西部的地震資料中,異常反射層BSR上方同時(shí)出現(xiàn)了SBZ[4],見(jiàn)圖1。DILLON等[2]推測(cè)是GHSZ內(nèi)地層的孔隙中填充了水合物,其膠結(jié)作用使地層之間的阻抗差減小,他們根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立儲(chǔ)層模型,通過(guò)改變水合物含量及膠結(jié)程度,正演模擬得到的合成記錄很好地還原了SBZ現(xiàn)象。但HOLBROOK等[8]提出了不同的看法,認(rèn)為盡管在研究區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)SBZ的地層中發(fā)現(xiàn)了水合物儲(chǔ)層,但由于鉆探結(jié)果顯示該地區(qū)的沉積物幾乎全部由綠灰色超微化石粘土組成,且從海底以下150m開(kāi)始往深部的巖性變化不大,所以更相信SBZ是因沉積物的相對(duì)均質(zhì)性而產(chǎn)生的自然低背景反射,而不是水合物膠結(jié)的結(jié)果。

圖1 Blake外海臺(tái)頂部和東側(cè)的多道地震反射剖面[4]

經(jīng)歷了早期僅僅依靠BSR特征在地震剖面上直接識(shí)別水合物階段,人們開(kāi)始對(duì)水合物儲(chǔ)層進(jìn)行地震屬性研究,即通過(guò)地震反射強(qiáng)度、三瞬屬性、相對(duì)波阻抗和能量半衰時(shí)等屬性來(lái)凸顯BSR特征。例如強(qiáng)瞬時(shí)振幅可指示BSR的水平和垂向分布特征,而低瞬時(shí)頻率可指示水合物儲(chǔ)層下伏游離氣的富集[11],瞬時(shí)相位則可以實(shí)現(xiàn)BSR的追蹤,相對(duì)波阻抗有利于更清晰地反映BSR的負(fù)極性特征[12]。另外,近年來(lái)隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的興起,地層中水合物的存在導(dǎo)致地震反射波形發(fā)生了變化,基于水合物發(fā)育區(qū)和BSR處的地震道波形特征進(jìn)行分類和識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

盡管BSR與其上部的SBZ聯(lián)合作為水合物在近海淺層沉積存在的標(biāo)志已被學(xué)術(shù)界認(rèn)可,但其產(chǎn)生的機(jī)制以及與水合物存在的更深層次的相關(guān)關(guān)系仍存在諸多爭(zhēng)議。不論是BSR還是SBZ,與海底沉積物中是否存在水合物并不是嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系[8,13-15]。例如,在沒(méi)有游離氣的情況下,即使存在水合物,BSR也可能不發(fā)育;對(duì)于BSR上方SBZ形成的原因,目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),通常認(rèn)為其振幅減弱的程度與水合物的成藏模式、飽和度以及巖石孔隙度有關(guān)[16-17]。我國(guó)神狐海域鉆探揭示地震剖面上SBZ現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并非水合物存在,而是由于淺部地層為未固結(jié)的含黏土粉砂和粉砂質(zhì)泥,沉積地層巖性較為單一、阻抗差異小所引起。由此可見(jiàn),我們依然需要對(duì)水合物儲(chǔ)層的標(biāo)志特征BSR及其上的SBZ開(kāi)展進(jìn)一步的研究,以促進(jìn)對(duì)水合物沉積模式的正確認(rèn)識(shí),減少地震預(yù)測(cè)的多解性。

1.2 速度異常

速度異常是水合物存在的另一個(gè)重要特征,不論是哪種水合物的成藏模式,由于純水合物的縱波速度范圍為3.2～3.7km/s[18],如果地層的沉積物中出現(xiàn)了固態(tài)的水合物,縱波速度很可能會(huì)增加,從而出現(xiàn)速度異常。20世紀(jì)90年代后,基于多次覆蓋的人工地震技術(shù)迅速發(fā)展且在海洋領(lǐng)域獲得了應(yīng)用,其中層速度反演方法的應(yīng)用促進(jìn)了水合物儲(chǔ)層垂向速度結(jié)構(gòu)的研究[11],確定了水合物儲(chǔ)層的速度異常識(shí)別標(biāo)志,即含水合物儲(chǔ)層聲波速度異常增大,而上覆地層和下伏地層速度較低,整體表現(xiàn)為上下低、中間高的高速異常層。

1.3 海底冷泉與甲烷泄露

當(dāng)較深部的烴類氣體沿?cái)嗔鸦蛄芽p等通道運(yùn)移至海底較淺部,在合適的溫壓條件下,可直接在海底較淺部甚至海底表面聚集形成水合物,這就是被稱作滲漏型水合物成藏系統(tǒng)。當(dāng)滲漏型水合物儲(chǔ)層的溫壓條件不穩(wěn)定時(shí),地層中的水合物可能會(huì)分解,釋放出甲烷等氣體以噴涌或滲漏的方式注入海洋中,形成一種以水合物分解為成因的海底冷泉[19];如果冷泉?dú)怏w的通量足夠大,氣體會(huì)在海水中上升時(shí)形成氣泡羽狀流。世界許多地區(qū)都探測(cè)到了氣泡羽狀流,這些區(qū)域常伴有豐富的水合物,且可被地震成像發(fā)現(xiàn)[20-22],故海底冷泉和氣泡羽狀流也已被看作是滲漏型水合物的標(biāo)志。

另外,滲漏型水合物也可以引起似海底反射(BSR)、地層速度異常等指示擴(kuò)散型水合物的地震異常特征,但目前研究表明[23],由滲漏型水合物引起的這類異常不如擴(kuò)散型水合物典型,且由于埋藏更淺,更難于在地震剖面上發(fā)現(xiàn)。

2 水合物儲(chǔ)層巖石物理模型

巖石物理模型是連接地層物性參數(shù)和彈性參數(shù)的橋梁,也是目前利用地震技術(shù)估算海洋水合物儲(chǔ)層飽和度的主要手段。通過(guò)合適的巖石物理模型計(jì)算水合物儲(chǔ)層的彈性波速度,將利用地震技術(shù)得到的彈性波速度剖面與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匹配,從而反演得到估算的水合物飽和度。目前主要研究基于以下3類針對(duì)擴(kuò)散型水合物儲(chǔ)層提出的巖石物理模型。

2.1 等效介質(zhì)理論模型

HELGERUD等[24]針對(duì)海底未固結(jié)、高孔隙的水合物儲(chǔ)層,提出了一種等效介質(zhì)理論模型來(lái)計(jì)算儲(chǔ)層的彈性參數(shù)。該模型是基于DVORKIN等[25]針對(duì)海洋沉積物所提出的巖石物理模型發(fā)展而來(lái),綜合考慮了孔隙中水合物和游離氣的影響。在該模型下,水合物儲(chǔ)層的等效彈性模量和彈性波速度由Gassmann方程計(jì)算得到:

(1)

式中:Ksat和Gsat分別對(duì)應(yīng)飽和孔隙流體的水合物儲(chǔ)層的體積模量和剪切模量;Kdry和Gdry分別表示水合物儲(chǔ)層的固體骨架在干燥時(shí)的體積模量和剪切模量;Ks和Kf分別表示固相礦物和孔隙流體的等效體積模量;φ是儲(chǔ)層的孔隙度;ρ是儲(chǔ)層的體密度,為各相密度的加權(quán)平均;vP和vS分別為水合物儲(chǔ)層等效的縱波速度與橫波速度。

HELGERUD等[24]利用DVORKIN等[25]提出的Hashin-Shtrikman-Hertz-Mindlin(以下簡(jiǎn)稱HSHM)理論模型來(lái)計(jì)算干燥固體骨架的彈性模量。這里需要介紹一個(gè)臨界孔隙度的概念,NUR等[26]在巖石物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):當(dāng)多孔巖石的孔隙度小于某一數(shù)值時(shí),礦物顆粒是固結(jié)的,且孔隙度越小固結(jié)程度越高;而孔隙度大于這一數(shù)值后,巖石礦物呈分散狀懸浮在孔隙流體當(dāng)中,礦物顆粒之間幾乎不接觸;這一孔隙度值被定義為臨界孔隙度(φc),一般為36%～40%,取決于巖石礦物的種類。HSHM理論假設(shè)巖石的孔隙度在臨界孔隙度時(shí),干燥的固體骨架可看作是數(shù)個(gè)完全相同的致密小球隨機(jī)接觸堆積的集合體,其等效彈性模量由Hertz-Mindlin理論[27]計(jì)算:

(2)

式中:Gs為固相礦物的等效剪切模量;σ為固相礦物的泊松比;P為一定深度處沉積巖層的有效壓強(qiáng);a為集合體中每個(gè)小球的平均接觸次數(shù)(取值為8.0～9.5);KHM和GHM分別為集合體等效的體積模量和剪切模量。(1)式和(2)式中固相礦物的等效體積模量Ks與等效剪切模量Gs均利用HILL的平均方程[28]計(jì)算得到;孔隙流體的等效體積模量Kf為各流體組分等應(yīng)力下的平均。

計(jì)算多組分混合物的等效彈性模量時(shí),當(dāng)已知各組分的體積分?jǐn)?shù)和彈性模量,我們可以預(yù)測(cè)混合物彈性模量的上下限。在HSHM理論中,儲(chǔ)層的干燥骨架是兩個(gè)組分的混合。當(dāng)水合物儲(chǔ)層的孔隙度小于φc時(shí),看作是孔隙度為φc的致密小球集合體包圍在孔隙度為0的固相礦物組分(圖2a)的周圍(圖2b),其等效彈性參數(shù)由Hashin-Shtrikman理論[29]的下限來(lái)計(jì)算;當(dāng)水合物儲(chǔ)層的孔隙度大于或等于φc時(shí),看作是孔隙度為φc的致密小球集合體(圖2c)包圍在孔隙度為1的零剛度組分(圖2e)的周圍(圖2d),其等效彈性參數(shù)由Hashin-Shtrikman理論的上限來(lái)計(jì)算。因此,水合物儲(chǔ)層的干燥固體骨架的彈性模量由公式(3)計(jì)算:

圖2 HSHM理論下的干巖石骨架微觀模型,孔隙度從左至右增大[25]

(3a)

(3b)

(3c)

式中:Z為簡(jiǎn)化算式的代數(shù)符,無(wú)實(shí)際物理意義。

另外,該模型考慮了水合物在巖石孔隙中的兩種極端賦存形態(tài)[30]:“膠結(jié)”和“非膠結(jié)”,針對(duì)這兩種形態(tài),公式中Kdry和Gdry的計(jì)算方式有所不同。膠結(jié)模型將水合物作為顆粒接觸基質(zhì)(接觸膠結(jié))或包裹基質(zhì)(包裹膠結(jié))的形式,此時(shí)水合物被視為固相礦物的一部分,改變了水合物儲(chǔ)層固相的彈性參數(shù),并降低了儲(chǔ)層的孔隙度;非膠結(jié)模型認(rèn)為水合物是孔隙流體的一部分,不會(huì)影響沉積物固體框架的強(qiáng)度。

2.2 三相Biot理論模型

CARCIONE等[31]基于Biot的多孔彈性理論[32],模擬了含水飽和的水合物沉積物的彈性特征,在LECLAIRE等[33]研究部分凍結(jié)多孔介質(zhì)的方法(LCA模型)基礎(chǔ)上提出了一種理論模型。該模型將含水、水合物和固體骨架三相的水合物儲(chǔ)層,設(shè)想成兩個(gè)孔隙含水飽和的骨架——即固體沉積物骨架和水合物骨架,每個(gè)骨架都表現(xiàn)出其特征彈性模量,這些模量體現(xiàn)在剛度矩陣和剪切矩陣(Rij和μij,i,j=1,2,3)中,矩陣Rij和μij中的元素是關(guān)于地層孔隙度、孔隙流體黏度、地震波角頻率,以及流體、固體顆粒和水合物的密度、體積模量和剪切模量,還有水合物骨架和沉積物骨架的等效體積模量和等效剪切模量的函數(shù)。由于LCA模型下的矩陣Rij和μij公式表達(dá)過(guò)于復(fù)雜,我們?cè)诖瞬徽归_(kāi)討論,CARCIONE等[31]利用此模型推導(dǎo)了水合物儲(chǔ)層的3個(gè)縱波速度(一個(gè)快縱波和兩個(gè)慢縱波)和2個(gè)橫波速度(一個(gè)快橫波和一個(gè)慢橫波)的方程。

在此基礎(chǔ)上,CARCIONE等[34]考慮到在低頻假設(shè)下,波的頻散可以忽略,固體顆粒、水和水合物等處于應(yīng)變狀態(tài),這樣形成了一個(gè)封閉系統(tǒng),此時(shí)的三相Biot理論方程可以有一個(gè)簡(jiǎn)化形式,水合物儲(chǔ)層的縱波和橫波速度由以下方程計(jì)算:

(4)

式中:K,G,ρ和φ分別表示體積模量、剪切模量、密度和體積分?jǐn)?shù);下標(biāo)“s”、“w”、“h”分別表示固體顆粒、水和水合物;下標(biāo)“sm”和“hm”分別表示固體骨架和水合物骨架;Ke和Ge分別表示水合物儲(chǔ)層的等效體積模量和剪切模量;ρ為儲(chǔ)層的密度。其中各個(gè)分量的計(jì)算方式詳見(jiàn)文獻(xiàn)[34]。

GEI等[35]完善了CARCIONE等[31]提出的三相Biot理論方程,考慮了游離氣、孔隙中的等效壓力和地震波衰減的影響,推廣了該理論的適應(yīng)范圍,但可能因其完善后的方程計(jì)算過(guò)于復(fù)雜,并未得到廣泛應(yīng)用。

LEE等[36]則針對(duì)CARCIONE等[31]提出的三相Biot理論方程,同樣在低頻假設(shè)下從另一個(gè)角度進(jìn)行了簡(jiǎn)化,于是含水合物沉積地層的快縱波可通過(guò)下式計(jì)算:

(5)

式中:Rij和μij兩個(gè)矩陣中各個(gè)元素的計(jì)算也同樣得到了簡(jiǎn)化。與之前的理論模型不同,在計(jì)算水合物骨架和固體骨架的體積模量與剪切模量時(shí),LEE等[36]并沒(méi)有使用CARCIONE等[31]所用的Kuster-Toks?z模型[37],而是使用PRIDE等[38]所提出的表達(dá)式:

(6)

式中:Kd為水合物骨架或固體沉積物骨架的體積模量(即Khm或Ksm),μd為水合物骨架或固體沉積物骨架的剪切模量(即μhm或μsm);Ks和Gs分別表示沉積物顆粒的體積模量和剪切模量;α被稱為固結(jié)參數(shù),它表征固結(jié)引起的沉積物硬化程度,往往依靠測(cè)井所得的P波速度來(lái)擬合得到;φn表示非骨架部分的體積分?jǐn)?shù)。水合物在孔隙中與沉積物顆粒的膠結(jié)程度對(duì)整個(gè)沉積物骨架的彈性模量有重大的影響,所以在計(jì)算沉積物骨架的彈性模量時(shí),LEE等[36]給出了視孔隙度φas的概念,用來(lái)替換φn進(jìn)行計(jì)算,即:φas=φw+εφh,其中φw和φh分別表示孔隙水和水合物的體積分?jǐn)?shù)。若經(jīng)驗(yàn)參數(shù)ε=1,則水合物懸浮在孔隙空間中,不起承載作用;若ε=0,則水合物被認(rèn)為是礦物框架的一部分,在沉積物顆粒之間形成膠結(jié)接觸。

2.3 微分等效介質(zhì)理論模型

JAKOBSEN等[39]在HORNBY等[40]和SHE-NG等[41]研究的基礎(chǔ)上,將富含粘土的水合物儲(chǔ)層的地震特性與其孔隙度、礦物組分、微觀結(jié)構(gòu)、粘土顆粒排列和水合物飽和度聯(lián)系起來(lái),提出了一個(gè)各向異性的微分等效介質(zhì)理論模型。該理論基于自洽近似(self-consistent approximation,SCA)[42]與微分等效介質(zhì)(differential effective medium,DEM)理論[43]結(jié)合后的一階平滑近似[44]。水合物儲(chǔ)層在微觀上被等效成一組完全相同的塊狀子復(fù)合物,每個(gè)子復(fù)合物又由形狀相同的橢球體顆粒定向排列構(gòu)成;子復(fù)合物單元的等效彈性靜力學(xué)參數(shù)可以用張量Kijkl來(lái)表示,它將施加的應(yīng)力與每個(gè)內(nèi)含物中的平均應(yīng)變聯(lián)系起來(lái)[45]。

在SCA理論模型中,子復(fù)合物由背景基質(zhì)與相對(duì)無(wú)窮小體積的內(nèi)含物構(gòu)成,有待確定的等效介質(zhì)置于背景基質(zhì)中;通過(guò)改變背景基質(zhì)的彈性參數(shù),即張量Kijkl,可使背景基質(zhì)的彈性參數(shù)逼近于所求等效介質(zhì)的彈性參數(shù)。這種利用自洽近似法創(chuàng)建的雙相連通介質(zhì)模型是各向異性的,并考慮了各組分之間的相互關(guān)系,但僅適用于介質(zhì)孔隙度為40%～60%的情況,在其它孔隙度下無(wú)法保證雙相連通性[46],此時(shí)需要與DEM模型結(jié)合起來(lái)。DEM理論是通過(guò)逐漸將內(nèi)含物替換至背景基質(zhì)中,直到該組分的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到期望值時(shí),得到多相介質(zhì)的等效彈性模量。JAKOBSEN等[39]同樣考慮了2種情況:在水合物被當(dāng)作是儲(chǔ)層中起承載作用的組分時(shí),先用SCA理論計(jì)算粘土和水合物(各占50%)構(gòu)成的骨架的等效彈性模量,再用DEM理論將水以孤立的內(nèi)含物的形式替換到骨架中,最終得到子復(fù)合物單元的等效彈性模量;在水合物被認(rèn)為不起承載作用時(shí),連通骨架為粘土和水(各占50%),而之后替換進(jìn)來(lái)的內(nèi)含物為水合物。如需在儲(chǔ)層礦物中加入其它礦物組分(如石英等),同樣利用DEM理論將其當(dāng)作內(nèi)含物替換進(jìn)來(lái)。接著,根據(jù)水合物儲(chǔ)層實(shí)際取樣巖心分析,得到子復(fù)合物在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的定向分布規(guī)律,然后運(yùn)用一階平滑近似算法最終得到水合物儲(chǔ)層的等效彈性參數(shù)。受重力影響,板狀粘土顆粒傾向于水平層狀排列,所以該模型下的儲(chǔ)層認(rèn)為是橫向各向同性的。

2.4 巖石物理模型適應(yīng)性分析

以上的巖石物理模型是運(yùn)用最為廣泛的3類基礎(chǔ)模型,其后發(fā)展的模型大多都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和拓展[47]。發(fā)展至今,更早的權(quán)重方程[48]由于具有一定經(jīng)驗(yàn)公式的性質(zhì),沒(méi)有物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)支持,近年來(lái)的研究已經(jīng)基本不再使用。目前使用最多的是等效介質(zhì)理論模型和三相Biot理論模型。等效介質(zhì)理論模型是唯一直接體現(xiàn)地層有效壓力的模型,并針對(duì)水合物與沉積物基質(zhì)骨架膠結(jié)和懸浮于孔隙水中的水合物給出了不同的模型考慮,更適用于未固結(jié)的泥質(zhì)含量更高的松散海底沉積介質(zhì)的描述。三相Biot理論模型基于水合物占據(jù)孔隙空間且相互連通的假設(shè)[34],但由于Biot理論假設(shè)孔隙水不依附沉積物顆粒,因此更適用于模擬泥質(zhì)含量較少的砂巖儲(chǔ)層中的水合物[49]。該模型最初通過(guò)賦值經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為0或1來(lái)表示水合物是否影響了固體框架的彈性參數(shù),但之后的研究發(fā)現(xiàn),將經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)為常數(shù)0.12能更好地?cái)M合實(shí)際測(cè)井測(cè)量的縱、橫波速度[36]。此外,其固結(jié)參數(shù)的選擇在很大程度上影響了該模型的精確度,因固結(jié)參數(shù)取決于有效壓力和地層的膠結(jié)程度,目前多由研究區(qū)其它不含水合物的井位所得到的速度結(jié)合Mindlin理論公式擬合計(jì)算得到[50],故對(duì)于不同研究區(qū),其值不同。后來(lái)出于模型簡(jiǎn)化需要,更多的研究采用了LEE等[36]對(duì)其簡(jiǎn)化而推導(dǎo)的簡(jiǎn)化三相Biot理論,可以更快地計(jì)算出水合物儲(chǔ)層的等效彈性波速度,但由于其原理只考慮了固相基質(zhì)、水和水合物三相,所以當(dāng)考慮到地層孔隙中游離氣與水合物共存的情況時(shí),無(wú)法使用該模型直接進(jìn)行數(shù)值模擬。

這些模型提出時(shí),科學(xué)家還未對(duì)滲漏型水合物開(kāi)展系統(tǒng)的研究調(diào)查,僅僅是用來(lái)對(duì)擴(kuò)散型水合物進(jìn)行等效模擬。針對(duì)滲漏型水合物儲(chǔ)層,LEE等[51]推導(dǎo)出一個(gè)層狀介質(zhì)模型來(lái)研究裂縫填充型水合物的各向異性,對(duì)于其它類型的滲漏型水合物儲(chǔ)層,尤其是塊狀水合物儲(chǔ)層,目前并沒(méi)有可引用的巖石物理模型,導(dǎo)致使水合物儲(chǔ)層的等效彈性模量計(jì)算存在困難。另外,合適的溫壓條件是水合物結(jié)晶析出的前提,而現(xiàn)有的模型均未考慮溫度參數(shù),這可以說(shuō)是水合物儲(chǔ)層研究面臨的致命之處。

3 天然氣水合物地震探測(cè)技術(shù)

3.1 地震探測(cè)技術(shù)的發(fā)展

國(guó)外對(duì)于水合物的地震勘探起步較早,當(dāng)?shù)卣鹂碧竭€是單道采集時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始在海洋上布置測(cè)線進(jìn)行水合物儲(chǔ)層的探測(cè)[4]。到后來(lái)逐步發(fā)展為二維、三維地震勘探。目前,水合物探測(cè)主要依賴高分辨率地震技術(shù),包括拖纜和海底高頻地震儀(high frequency ocean bottom seismometer,HF-OBS)等多種技術(shù)。我國(guó)對(duì)海洋天然氣水合物的研究起步較晚,20世紀(jì)八九十年代,國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始對(duì)海洋天然氣水合物進(jìn)行研究,并對(duì)國(guó)外的相關(guān)調(diào)查研究展開(kāi)了跟蹤。直到1999年,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局采用高分辨率地震探測(cè)技術(shù)率先在我國(guó)南海北部西沙海槽區(qū)域進(jìn)行了水合物的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)了可能指示水合物存在的地震標(biāo)志——BSR現(xiàn)象,之后我國(guó)開(kāi)始加大水合物資源調(diào)查力度,對(duì)南海北部多處海域進(jìn)行了大量的高分辨率二維地震探測(cè)[5,7,52-54];隨著調(diào)查研究的深入,相繼展開(kāi)一系列配套的鉆探工作和海底高頻地震儀(HF-OBS)的布設(shè)工作[55-62]。

地震探測(cè)技術(shù)除了用來(lái)探測(cè)水合物儲(chǔ)層外,對(duì)其飽和度的預(yù)測(cè)結(jié)果則直接決定了該儲(chǔ)層是否具備開(kāi)發(fā)價(jià)值。在OBS技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水合物探測(cè)之前,通常利用海上拖纜接收的縱波速度信息與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),結(jié)合巖石物理模型或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)對(duì)儲(chǔ)層的水合物飽和度進(jìn)行估算,但利用單純縱波存在多解性[63];且海上拖纜接收地震信號(hào)導(dǎo)致了較短的偏移距,增加了走時(shí)反演的不確定性[64],使縱波速度估計(jì)不準(zhǔn),直接增大了水合物飽和度的估計(jì)誤差。故由單純縱波向多波探測(cè)發(fā)展成為水合物研究的必然趨勢(shì)。

不同于以往利用海上拖纜在水中接收單分量縱波地震波信號(hào),HF-OBS布設(shè)在海底,能同時(shí)接收到P波、S波、SP波與PS波等多波信號(hào),提供了更多的地震響應(yīng)信息。其優(yōu)勢(shì)可以歸納為以下幾點(diǎn):

1) 由于純水合物的橫波速度可以達(dá)到1.8km/s[18],而一般海底淺部松散沉積的橫波速度在0.6km/s以下,且不同水合物的微觀賦存模式(懸浮式、接觸式和膠結(jié)式[65])下,水合物儲(chǔ)層的橫波速度表現(xiàn)不同[66],所以對(duì)海底沉積進(jìn)行橫波速度分析有助于判別水合物的微觀賦存狀態(tài),進(jìn)一步確定所選用的巖石物理模型是否合適;

2) 橫波對(duì)水合物儲(chǔ)層含氣構(gòu)造具有較好的成像效果,當(dāng)游離氣與水合物共存時(shí),會(huì)降低縱波速度,對(duì)僅用縱波速度進(jìn)行水合物飽和度的估計(jì)存在干擾;而橫波速度受游離氣影響較小,對(duì)水合物存在更為敏感[63],可以更精確地刻畫(huà)游離氣與水合物共存條件下的水合物飽和度,同時(shí)對(duì)BSR下方游離氣的含量估計(jì)有積極作用[60];

3) HF-OBS系統(tǒng)提供了長(zhǎng)偏移距的數(shù)據(jù),且橫波速度信息提供了附加的約束條件,使彈性波速度估算結(jié)果更可信;

4) 從實(shí)際觀測(cè)情況來(lái)看,在淺層勘探中橫波勘探的分辨率要高于縱波[67],而水合物的賦存環(huán)境恰好是近海大陸坡埋深較淺的沉積層。故近年來(lái),國(guó)內(nèi)外將高分辨率三維探測(cè)技術(shù)與HF-OBS技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用,發(fā)展了較為系統(tǒng)的海洋天然氣水合物多波探測(cè)技術(shù)[68-71],可用來(lái)進(jìn)行波形反演、走時(shí)反演、多波聯(lián)合反演等研究,以提高橫向分辨率,獲得更精確的縱、橫波速度、地層波阻抗變化等[57]。

3.2 水合物多波探測(cè)現(xiàn)狀

MIENERT等[68]對(duì)布設(shè)在挪威中部Ormen Lange地區(qū)近海已知存在水合物儲(chǔ)層的OBS地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了速度分析,得到了海底沉積層垂向的縱、橫波速度,并分別利用權(quán)重方程和等效介質(zhì)理論模型對(duì)地層中的水合物飽和度進(jìn)行了估算。

歐盟天然氣水合物計(jì)劃項(xiàng)目在挪威外海Svalbard海域采用三維和二維地震與四分量OBS聯(lián)合勘探方法,記錄了該天然氣水合物區(qū)的多波地震響應(yīng);WESTBROOK等[69]利用該套數(shù)據(jù)通過(guò)三維走時(shí)層析成像、二維射線追蹤反演和一維波形反演,反演了P波和S波的速度,并分別利用DEM理論模型與三相Biot理論模型估算了BSR上方地層的水合物飽和度。采用DEM理論模型進(jìn)行估算時(shí),作者通過(guò)不斷改變每個(gè)深度處的水合物飽和度來(lái)達(dá)到與反演得到的縱、橫波速度的最小二乘匹配;而采用三相Biot理論模型時(shí),由反演得到的縱波速度與理論模型計(jì)算的背景值(假設(shè)地層中不含水合物時(shí))之間的差值得到水合物的飽和度。值得注意的是,在上述研究中,水合物飽和度變化的垂向分辨率大約為20m,即受儲(chǔ)層厚度的影響,這意味著遠(yuǎn)小于這個(gè)厚度的飽和度突變無(wú)法被識(shí)別。

KUMAR等[63]利用美國(guó)俄勒岡州近海水合物脊的海上拖纜與OBS聯(lián)合探測(cè)試驗(yàn)地震數(shù)據(jù),對(duì)該海域水合物儲(chǔ)層中的水合物飽和度進(jìn)行了估算。縱、橫波速度剖面先由四分量OBS數(shù)據(jù)經(jīng)走時(shí)反演得到,接著結(jié)合Wood平均方程和等效介質(zhì)模型的思想提出了一個(gè)更符合該地區(qū)水合物賦存形式的巖石物理模型來(lái)擬合P波速度,而S波速度由一個(gè)縱、橫波速度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得到。由于該地區(qū)的鉆井資料已經(jīng)證實(shí)在GHSZ內(nèi)水合物和游離氣共存,游離氣使水合物帶來(lái)的P波速度增加被削弱,這時(shí)僅用P波速度進(jìn)行水合物飽和度的預(yù)測(cè)存在多解性(圖3),而S波速度受游離氣影響較小,加入S波速度進(jìn)行約束,提高了水合物飽和度估算的精確度。

2005年,加拿大在溫哥華島外海大陸坡北Cascadia海域的水合物富集區(qū)進(jìn)行了二維拖纜地震與OBS聯(lián)合探測(cè),DASH等[64]將單道拖纜地震數(shù)據(jù)與OBS數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行走時(shí)反演,得到了海底面以下約250m深的BSR處的P波速度結(jié)構(gòu)模型;近偏移距與遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù)的結(jié)合既保證了海底介質(zhì)層位的刻畫(huà),也提高了速度反演的精度;隨后作者利用P波速度模型和等效介質(zhì)理論模型對(duì)該地層的天然氣水合物飽和度進(jìn)行了估計(jì);轉(zhuǎn)換橫波的速度是通過(guò)OBS水平分量的數(shù)據(jù)進(jìn)行射線追蹤正演估算的,結(jié)果表明BSR上方的水合物賦存區(qū)表現(xiàn)出較一般海底沉積中明顯的橫波速度正異常,指示水合物在沉積層中膠結(jié)了礦物顆粒而作為承載物存在。由于縱波對(duì)游離氣的存在很敏感,導(dǎo)致BSR下方的反射縱波急劇衰減,從而無(wú)法得到BSR下方地層可靠的縱波速度;而橫波則能夠很好的成像,這對(duì)研究BSR下方的地層結(jié)構(gòu)很有利。

圖3 反演速度與模型計(jì)算速度之間的誤差與水合物含量和游離氣飽和度的變化關(guān)系[63](圖3a中的“+”表現(xiàn)了僅用縱波速度時(shí)最小誤差下的多解性,而在圖3b中這一點(diǎn)得到了更好的約束)

2010年,印度國(guó)家地球物理研究所在Krishna-Godavari海盆區(qū)進(jìn)行了二維地震與OBS聯(lián)合采集。SATYAVANI等[72]利用多道地震數(shù)據(jù)和OBS多分量數(shù)據(jù)通過(guò)走時(shí)反演得到了縱波與橫波速度模型,隨后基于等效介質(zhì)理論模型分別利用縱波和橫波速度進(jìn)行了水合物飽和度的計(jì)算,最終結(jié)果取這兩種飽和度的平均值(圖4)。其主要意義是利用OBS的轉(zhuǎn)換橫波信息對(duì)反射縱波的約束,提高了縱、橫波反演結(jié)果的精度。

圖4 地震疊加剖面與水合物飽和度空間分布疊合顯示[72]

此外,楊佳佳等[58]利用巖石物理模型構(gòu)建3種水合物微觀賦存模型(懸浮式、接觸式和膠結(jié)式)建立了海底水平層狀模型,采用有限差分方法正演了由海面激發(fā)、海底OBS接收的合成地震剖面,結(jié)果表明:當(dāng)水合物作為流體懸浮在孔隙中時(shí),橫波剖面上的BSR不會(huì)出現(xiàn),驗(yàn)證了該模型下水合物儲(chǔ)層的橫波速度對(duì)水合物存在并不敏感。

以上研究結(jié)果表明,現(xiàn)有的方法大多仍是依靠海上拖纜地震數(shù)據(jù),附加測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和OBS數(shù)據(jù)的約束,通過(guò)各種算法處理得到縱、橫波速度剖面,再匹配某種巖石物理模型來(lái)估計(jì)水合物在地層中的含量。利用這種方法估計(jì)水合物飽和度時(shí)的精度主要受兩方面的影響:一方面是速度模型的精度,另外一方面是巖石物理模型的精度。引入寬角度反射的OBS多波信息進(jìn)行聯(lián)合反演后,轉(zhuǎn)換橫波信息的約束使速度模型的精度有一定的提高;但提高巖石物理模型的精度仍很困難,水合物可以懸浮在孔隙流體當(dāng)中,也可以與礦物顆粒膠結(jié),或者充填在裂縫中,不同的水合物賦存狀態(tài)會(huì)帶來(lái)不同的多波地震響應(yīng),且隨著水合物飽和度的變化,這幾種賦存狀態(tài)可能同時(shí)出現(xiàn)或只出現(xiàn)其中一種,然而不同賦存狀態(tài)的水合物顆粒的比例又是未知的,造成了飽和度估計(jì)時(shí)較大的誤差與多解性。此外,水合物飽和度估計(jì)的分辨率也值得我們考慮,這可能主要取決于速度模型分辨率的高低。

4 問(wèn)題與展望

4.1 面臨的問(wèn)題

水合物儲(chǔ)層在地震剖面上的特征及識(shí)別標(biāo)志,目前公認(rèn)的4大地震特征(BSR、SBZ、速度倒轉(zhuǎn)和速度-振幅異常)已被廣泛應(yīng)用于地震探測(cè)中。但BSR及SBZ形成的原因和具體產(chǎn)生機(jī)制依然沒(méi)有確定的解釋,對(duì)其判定也沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

由于OBS能提供橫波信息,因此近年來(lái)得到了大量應(yīng)用,但相對(duì)于海面拖纜數(shù)據(jù),OBS相關(guān)處理和反演技術(shù)還不成熟。首先是OBS投放數(shù)量有限,且回收率無(wú)法達(dá)到百分之百,所以單靠OBS數(shù)據(jù),成像范圍有限,分辨率不高,與常規(guī)拖纜數(shù)據(jù)成像相比還不具備優(yōu)勢(shì);其次OBS與海面拖纜數(shù)據(jù)聯(lián)合成像精度受限于空間采樣嚴(yán)重不足,采集成本過(guò)高[60];深海OBS處理技術(shù)的不成熟也是限制該技術(shù)發(fā)揮更大效益的關(guān)鍵因素之一[73]。

在OBS技術(shù)之前,由于水合物及下部游離氣藏易引起AVO異常,學(xué)者們往往通過(guò)對(duì)海上拖纜的縱波地震數(shù)據(jù)進(jìn)行AVO分析來(lái)研究水合物的分布及儲(chǔ)量預(yù)測(cè)[31,74],但隨著研究的推進(jìn),問(wèn)題也隨之而來(lái)?？偨Y(jié)全球已被鉆探證實(shí)的水合物儲(chǔ)層的屬性特征,含水合物地層的厚度多為薄層,且可與不含水合物常規(guī)沉積地層間隔出現(xiàn),表現(xiàn)為薄互層沉積,再加上水合物在橫向上分布的不均勻性,這種情況在我國(guó)南海的水合物賦存區(qū)表現(xiàn)得十分典型,因此基于單阻抗差界面的AVO異常分析會(huì)受到薄(互)層調(diào)諧干涉效應(yīng)和水平方向的非均勻性的影響。但在現(xiàn)有的研究中,無(wú)論是建立巖石物理模型進(jìn)行速度擬合來(lái)估算水合物儲(chǔ)層的水合物飽和度,還是估算BSR下伏氣層的游離氣飽和度,都是將賦存水合物的多個(gè)間斷薄層當(dāng)做大套厚層處理,使用單阻抗差界面來(lái)進(jìn)行地震波場(chǎng)模擬。如何利用薄互層彈性波傳播理論[75],針對(duì)水合物儲(chǔ)層建立更符合客觀實(shí)際的水合物薄(互)層模型,基于OBS技術(shù)的多波信息,將單阻抗差界面反射的AVO分析拓展到頻率依賴的薄(互)層多波AVO分析上,或利用薄(互)層理論進(jìn)行速度、各向異性等研究,為研究水合物地震標(biāo)志的產(chǎn)生機(jī)理和水合物儲(chǔ)層飽和度估算提供新的思路和方法。

4.2 展望

自從海洋水合物被發(fā)現(xiàn),人類對(duì)這一具有廣闊前景的新能源的探索就沒(méi)有停止過(guò)。從最初單純的地震反射剖面上的幾何特征研究和標(biāo)定,到含水合物地層及其上覆、下伏地層的巖石物性研究,以及利用地震波衰減吸收特征來(lái)識(shí)別水合物儲(chǔ)層,再到利用水合物儲(chǔ)層的多波響應(yīng)預(yù)測(cè)水合物和游離氣在地層中的空間分布和體積含量,海洋地球物理領(lǐng)域?qū)λ衔锏卣鸺夹g(shù)的研究從宏觀描述、定性分析,逐漸發(fā)展到基于微觀結(jié)構(gòu)特征和巖石物理理論的定量彈性參數(shù)反演與儲(chǔ)量估算。

關(guān)于水合物儲(chǔ)層地震標(biāo)志的研究,隨著OBS的出現(xiàn),單純縱波方法的局限性有望得以克服。盡管國(guó)內(nèi)外已大量采用高分辨率三維拖纜與四分量OBS聯(lián)合進(jìn)行水合物調(diào)查,但水合物儲(chǔ)層的多波反射信息的發(fā)掘利用仍存在很大的探索空間。即如何充分發(fā)揮橫波對(duì)海底淺表沉積物的高分辨率優(yōu)勢(shì)[62],進(jìn)而利用縱、橫波聯(lián)合的方式對(duì)BSR與SBZ現(xiàn)象進(jìn)行深入探討,降低現(xiàn)有縱波BSR與SBZ標(biāo)志指示水合物儲(chǔ)層的多解性是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

對(duì)于各類型水合物儲(chǔ)層綜合考慮孔隙中液、氣、固混合的多相巖石物理模型的研究,兼顧溫度與壓力參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層的宏觀影響,發(fā)展巖石物理模型理論是當(dāng)務(wù)之急。在此基礎(chǔ)上利用含水合物地層和含游離氣地層的地震波吸收衰減特征差異,提取品質(zhì)因子,進(jìn)而進(jìn)行基于黏彈性介質(zhì)的AVO反演和全波形反演也是值得嘗試的方向。而建立水合物儲(chǔ)層的薄(互)層模型,在此基礎(chǔ)上開(kāi)展彈性波響應(yīng)特征研究,實(shí)現(xiàn)水合物儲(chǔ)層彈性參數(shù)及其各向異性的反演預(yù)測(cè)是未來(lái)海洋多波地震技術(shù)的主要任務(wù)之一。

隨著各國(guó)水合物試采工作的進(jìn)行,出現(xiàn)了很多新問(wèn)題。比如對(duì)水合物儲(chǔ)層進(jìn)行開(kāi)采時(shí),多采取對(duì)地層升溫或減壓的方法讓固體水合物分解釋放甲烷氣,這一過(guò)程可能造成地層塌陷、甲烷泄露、水合物二次生成堵塞管道等問(wèn)題,然而目前對(duì)于水合物開(kāi)發(fā)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控局限在生產(chǎn)井和觀測(cè)井內(nèi)布設(shè)儀器,對(duì)于大范圍的儲(chǔ)層監(jiān)控并沒(méi)有一個(gè)完整的方案[76]。在地震技術(shù)方面,何濤等[76]提出在海底布設(shè)三維全光纖四分量海底電纜(4-Component Ocean Bottom Cable),在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)水合物儲(chǔ)層進(jìn)行時(shí)移地震監(jiān)控,可能對(duì)整個(gè)水合物儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)管控都有著積極作用。故海洋地震技術(shù)也需要從探測(cè)走向開(kāi)發(fā),例如實(shí)現(xiàn)對(duì)水合物的結(jié)晶與析出、動(dòng)態(tài)的空間分布以及飽和度的變化等量化評(píng)價(jià),從而可以間接監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層溫度、壓力的變化。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合調(diào)研發(fā)現(xiàn),地震技術(shù)在水合物儲(chǔ)層探測(cè)應(yīng)用中起到了十分重要的作用,雖仍存在許多待解決的問(wèn)題,但如下的結(jié)論得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。

1) 縱波地震剖面上識(shí)別水合物儲(chǔ)層的四大特征——BSR、SBZ、速度倒轉(zhuǎn)、速度-振幅異常已是業(yè)界共識(shí)。雖然BSR不一定指示水合物的存在,但它已成為地震技術(shù)探測(cè)水合物儲(chǔ)層的首選方法。

2) BSR振幅的強(qiáng)弱優(yōu)先取決于其下伏地層中是否含游離氣,而不是上覆地層中存在水合物;若BSR下伏地層含游離氣,則會(huì)在縱波地震剖面上出現(xiàn)速度倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

3) 地層含水合物在絕大多數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致縱波速度的增加,橫波速度是否增加則取決于地層孔隙中水合物的賦存形式,即存在水合物顆粒膠結(jié)固相礦物顆粒而作為承載骨架時(shí),地層的橫波速度才會(huì)增加。

4) 產(chǎn)生SBZ可能存在多種原因,是否為水合物儲(chǔ)層的指示標(biāo)志,值得進(jìn)一步深究。

5) 水合物儲(chǔ)層的地震波衰減具有頻率依賴性,在高頻下呈高衰減異常;在較低的地震勘探頻段下則呈現(xiàn)不明顯的衰減。

6) 單純利用縱波技術(shù)預(yù)測(cè)水合物的飽和度存在較大誤差,采用OBS的橫波信息對(duì)彈性波速度模型反演附加約束可以提高一定的精度。