冷泉羽狀流地震波場(chǎng)頻譜特征與氣含量關(guān)系研究

劉一林，李燦蘋，勾麗敏，汪洪濤，曾憲軍，陳鳳英，郭子豪，田鑫裕

(1.廣東海洋大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524088；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083；3.中油測(cè)井天津分公司解釋評(píng)價(jià)中心，天津 300457；4.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075)

0 引 言

天然氣水合物，俗稱可燃冰，存在于海底沉積層或陸地永久凍土帶，具有能量高、分布廣、規(guī)模大、清潔等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要新能源[1-3]。因此，天然氣水合物具有重要能源戰(zhàn)略意義，受到世界各國的密切關(guān)注[4]。近年來中國在天然氣水合物的勘探和開采方面開展了大量的工作，并且取得了顯著的成績，不僅在海域和陸地上都成功鉆獲實(shí)物樣品，還在試采上連續(xù)取得重大突破[5-6]。2017年5月我國在南海神狐海域首次成功試采天然氣水合物[7]，2020年2月第二輪海上作業(yè)試采點(diǎn)火成功[8]。兩次成功試采標(biāo)志著我國天然氣水合物實(shí)現(xiàn)了從“探索性試采”向“試驗(yàn)性試采”的重大跨越，邁出天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中極其關(guān)鍵的一步[9]。

在水合物賦存區(qū)域經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一種海洋地質(zhì)現(xiàn)象，即大量海底活動(dòng)冷泉[10-11]，它是繼現(xiàn)代海底熱泉活動(dòng)之后又一新的海洋地質(zhì)研究領(lǐng)域[12-13]。據(jù)估計(jì)，全球范圍內(nèi)發(fā)育的冷泉活動(dòng)區(qū)有九百多處[14]，墨西哥灣北部布什山(Bush Hill)是冷泉滲漏活動(dòng)發(fā)育的典型地區(qū)[15]，卡斯卡迪亞水合物脊(Hydrate Ridge)[16]、新西蘭北島西庫朗伊邊緣海[17]、尼日爾三角洲邊緣[18]等均發(fā)現(xiàn)有大量的活動(dòng)冷泉。我國南海海域、東海海域也有大量活動(dòng)冷泉發(fā)育，其中南海海域的冷泉研究較為成熟，如海馬冷泉、臺(tái)西南冷泉。當(dāng)冷泉中大量甲烷氣體噴涌到海水中，便形成了海底冷泉羽狀流。所以，冷泉羽狀流是海底氣體滲漏的直接證據(jù)，同時(shí)也對(duì)水合物勘探識(shí)別起到間接指示作用。研究發(fā)現(xiàn)，世界范圍內(nèi)發(fā)育的活動(dòng)冷泉均有高濃度甲烷溢出，其濃度值高出海水背景值數(shù)百倍甚至數(shù)千倍。如新西蘭希庫朗伊陸架邊緣的Tui冷泉滲漏出的甲烷濃度經(jīng)常超過500 nmol/L[19],黑海近海底海水甲烷濃度為 50～5.5 μmol/L[20],美國圣塔芭芭拉海峽的甲烷羽狀流中甲烷濃度高達(dá)1 600 nmol/L[21]。我國南海北部陸坡冷泉出露區(qū)的近海底甲烷濃度達(dá)3.8～4.2 μmol/L，是上覆水體濃度和海水背景值的300～1 000倍[22]。因而，冷泉羽狀流對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境以及大氣環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

冷泉羽狀流的識(shí)別可以通過海底可視技術(shù)、聲吶探測(cè)和地震探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，海底可視技術(shù)可以捕捉到羽狀流氣泡上升的真實(shí)照片[23]；聲吶技術(shù)由于探測(cè)頻率高從而可以獲得羽狀流清晰圖像[12]。然而隨著地震海洋學(xué)的發(fā)展，地震探測(cè)方法不僅可以識(shí)別海水中羽狀流，還能夠?qū)⒑Ｋc下伏地層連接起來，從而分析羽狀流、冷泉和水合物的內(nèi)在聯(lián)系。近幾年，國內(nèi)眾多學(xué)者在羽狀流數(shù)值模擬方面進(jìn)行了深入研究，如李燦蘋等[2,24-25]通過建立羽狀流水體模型，研究了冷泉活動(dòng)區(qū)氣泡羽狀流的地震響應(yīng)特征；段沛然等[26]使用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分法進(jìn)行了羽狀流數(shù)值模擬并觀測(cè)其地震響應(yīng)特征，其正演結(jié)果表明地震響應(yīng)能夠準(zhǔn)確描述海底冷泉羽流；張閃閃等[27]采用含氣泡液體聲波方程進(jìn)行了海底冷泉高頻地震波數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)了冷泉羽狀流地震響應(yīng)的高精度數(shù)值模擬。在羽狀流地震探測(cè)及與聲吶探測(cè)相結(jié)合方面也取得了一定進(jìn)展，如劉斌和劉勝旋[28]利用多波束聲吶發(fā)現(xiàn)了瓊東南海域的羽狀流，并結(jié)合淺層剖面分析了氣體滲漏與水合物系統(tǒng)之間的相互作用；韓同剛等[29]總結(jié)了羽狀流在海底可視技術(shù)、聲吶系統(tǒng)、地震方法的表現(xiàn)形態(tài)特征，分析了三種探測(cè)方法的適用性和局限性；楊力等[30]利用多波束聲吶數(shù)據(jù)、多道地震數(shù)據(jù)以及底質(zhì)取樣結(jié)果研究了瓊東南海域活動(dòng)冷泉系統(tǒng)，分析了活動(dòng)冷泉的羽狀流特征、海底地貌、底質(zhì)特征以及流體活動(dòng)構(gòu)造特征。

與聲吶相比，地震方法除了可以識(shí)別冷泉羽狀流，還可以通過地震屬性分析羽狀流地震響應(yīng)特征，由地震屬性反演羽狀流氣含量，從而進(jìn)一步探討氣含量與海底地層中水合物賦存狀態(tài)之間存在的內(nèi)在機(jī)理。本文將利用我國南海某測(cè)區(qū)羽狀流地震偏移剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行地震波場(chǎng)頻譜特征分析，通過已有氣含量與振幅屬性關(guān)系模型反演氣含量，最終獲得羽狀流地震信號(hào)頻譜參量與氣含量的關(guān)系。本研究為羽狀流的地震探測(cè)以及氣含量反演的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 地震信號(hào)頻譜分析及頻譜特征參量

信號(hào)頻譜分析，就是計(jì)算信號(hào)的傅立葉變換，在頻域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，達(dá)到預(yù)期要求[31]。由于地震波的頻譜特征包含了地下地層的巖性及構(gòu)造特點(diǎn)信息，所以研究地震波的頻譜特征有眾多意義，比如，分析有效波和干擾波在頻譜上的差異，可有效地指導(dǎo)地震儀器設(shè)計(jì)、地震資料處理參數(shù)的選擇；利用頻譜特征可以對(duì)地震資料進(jìn)行地層巖性解釋和特殊巖體解釋等[32]。羽狀流地震信號(hào)是地震波在海水介質(zhì)中傳播時(shí)遇到大量氣泡產(chǎn)生的散射波，因此，研究羽狀流地震信號(hào)頻譜特征有助于進(jìn)一步分析海水中氣泡的分布特點(diǎn)以及氣泡含量的分布狀態(tài)。

設(shè)離散地震信號(hào)x(nΔt)={x(0·Δt),x(Δt),x(2Δt), ……,x((N-1)·Δt)}，通過離散傅立葉變換，其頻譜和頻率的計(jì)算公式[33]如下：

(1)

(2)

式中：x(nΔt)為時(shí)域地震信號(hào)；Δt為信號(hào)的時(shí)間采樣間隔，ms；m為離散采樣點(diǎn)；N為采樣長度；fm為第m個(gè)樣點(diǎn)的頻率；X(fm)為頻域頻譜。

根據(jù)以上地震信號(hào)頻譜和頻率計(jì)算公式，本文提取以下頻譜特征參量[34]：

(1)主頻，頻譜曲線的最大峰值所對(duì)應(yīng)的頻率，表示地震脈沖中能量最大的簡(jiǎn)諧分量。

(2)振幅譜最大值，主頻對(duì)應(yīng)的振幅值。

(3)優(yōu)勢(shì)頻寬，譜值超過一定門坎值T的頻帶寬度，對(duì)歸一化振幅譜而言，T=0.5。

(4)有限帶寬能量，給定頻率范圍(優(yōu)勢(shì)頻寬)內(nèi)能量，計(jì)算公式為：

(3)

式中：X(m)為頻譜；A1為有限帶寬能量；m1為起始樣點(diǎn)；m2為終止樣點(diǎn)。

(5)總能量，頻域振幅的平方和，它與地層的反射系數(shù)等因素有關(guān)，在含油氣范圍內(nèi)，波形總能量一般響應(yīng)較強(qiáng)。在所選時(shí)窗內(nèi)其計(jì)算公式為：

(4)

式中：X(m)為頻譜；A2為有限帶寬能量；m為樣點(diǎn)位置；N為樣點(diǎn)長度。

2 羽狀流地震數(shù)據(jù)來源

本文所用地震數(shù)據(jù)采集于南海北部瓊東南海域[35]，其位置如圖1所示。該海域位于海南島東南向的新生代被動(dòng)大陸邊緣型盆地[30]。在瓊東南海域，不僅在地層中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物，還通過ROV(遙控?zé)o人潛水器)在海底發(fā)現(xiàn)了大面積冷泉系統(tǒng)(海馬冷泉)，同時(shí)結(jié)合多波束影像數(shù)據(jù)觀測(cè)到多個(gè)氣泡羽狀流[28]。

地震方法不僅是探測(cè)天然氣水合物的有效手段，還可以探測(cè)到水體中的氣泡羽狀流[35-36]。對(duì)研究區(qū)(圖1黑色矩形框區(qū)域)的水體地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其主要流程包括：濾波，去異常值，振幅補(bǔ)償，切除海底，去除次一級(jí)噪聲，速度分析，炮域去除水平軸，切除直達(dá)波，去除類似海底反射，第二次振幅補(bǔ)償以及疊前時(shí)間偏移。經(jīng)過以上步驟的處理，最終獲得水體中氣泡羽狀流的地震偏移剖面，如圖2所示。

本文選取圖2中一部分地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震信號(hào)頻譜分析，具體數(shù)據(jù)如下：CDP2201—3100，共900道，時(shí)間上從600～1 800 ms的地震數(shù)據(jù)，采樣間隔為2 ms，即600個(gè)樣點(diǎn)，如圖2中藍(lán)色框區(qū)域。從圖2中可以看出，該區(qū)域上部為羽狀流氣泡稀疏區(qū)，下部為羽狀流氣泡密集區(qū)，說明整個(gè)區(qū)域從上到下(對(duì)應(yīng)深度增加)羽狀流氣含量越來越高。為了分析羽狀流氣含量的變化是否會(huì)引起地震信號(hào)頻譜特征參量的改變，將所選藍(lán)色框區(qū)域分為18個(gè)模塊(圖2中紅色虛線區(qū)域)，每一模塊都是100×300的二維數(shù)據(jù)體，18個(gè)模塊所提取的地震數(shù)據(jù)依次命名為plume_mn，其中m取值1、2、3、4、5、6，n取值1、2、3。為便于研究，首先抽取整個(gè)剖面中CDP2550和CDP2750兩道(圖2中黃色虛線)數(shù)據(jù)分析該剖面地震信號(hào)時(shí)域波形特征以及頻譜特征；然后再抽取每個(gè)模塊中第100道和第200道數(shù)據(jù)提取頻譜參量和反演氣含量，嘗試分析頻譜特征參量與氣含量是否相關(guān)。最后對(duì)每個(gè)模塊的所有道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，從而獲得羽狀流氣含量與地震信號(hào)頻譜特征參量之間的關(guān)系。

3 羽狀流氣含量反演

根據(jù)第1節(jié)地震信號(hào)頻譜參量提取方法，利用圖2中的實(shí)際羽狀流地震數(shù)據(jù)，即可獲得羽狀流地震信號(hào)頻譜參量。為了探討羽狀流氣含量是否與地震信號(hào)頻譜特征參量相關(guān)，還需要利用實(shí)際羽狀流地震數(shù)據(jù)反演出氣含量。根據(jù)李燦蘋等人研究[36]，可知羽狀流氣含量與均方根振幅存在如下關(guān)系模型：

y=0.048x+7.99×10-4

(5)

式中：x是氣含量；y是均方根振幅。均方根振幅可以通過如下公式計(jì)算獲得：

(6)

即，在所選時(shí)窗內(nèi)計(jì)算起始樣點(diǎn)n1和終止樣點(diǎn)n2內(nèi)地震信號(hào)x(nΔt)的均方根A3，其中Δt是采樣間隔，n為樣點(diǎn)，n2-n1為樣點(diǎn)總數(shù)。

因此，利用實(shí)際羽狀流地震數(shù)據(jù)先由式(6)計(jì)算出均方根振幅，然后再由式(5)即可反演出羽狀流氣含量。當(dāng)利用單道地震數(shù)據(jù)時(shí)，將反演出的氣含量一維數(shù)組進(jìn)行平均后作為該模塊該地震道的氣含量；當(dāng)利用多道地震數(shù)據(jù)(每個(gè)模塊的所有數(shù)據(jù))時(shí)，將反演出的氣含量二維數(shù)組進(jìn)行平均后作為該模塊的氣含量。

4 羽狀流地震信號(hào)頻譜參量與氣含量的關(guān)系

4.1 羽狀流單道地震數(shù)據(jù)

首先抽取圖2中整個(gè)剖面的CDP2550和CDP2750兩道數(shù)據(jù)分析該剖面地震信號(hào)時(shí)域波形特征以及頻譜特征，然后再抽取每個(gè)模塊中第100道和第200道數(shù)據(jù)提取頻譜參量和反演氣含量，嘗試分析頻譜特征參量與氣含量是否相關(guān)。

4.1.1 單道羽狀流時(shí)域波形及頻譜特征

選取圖2中整個(gè)剖面的CDP2550道和CDP2750道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域波形特征分析及其頻譜特征分析，其時(shí)域波形及頻譜如圖3所示，兩道地震信號(hào)所在深度相同，只是橫向位置不同。

從圖3中可以看出，兩道信號(hào)時(shí)域上都呈現(xiàn)出散射波動(dòng)特征，特別是0.8 s之后，散射波動(dòng)愈加強(qiáng)烈，這可能是由于在0.8 s之后所對(duì)應(yīng)深度區(qū)域存在更多的羽狀流氣泡。含氣泡的羽狀流水體介質(zhì)屬于氣-液雙相介質(zhì)，也是隨機(jī)介質(zhì)，作為散射體的氣泡，其半徑相對(duì)于地震波長來說很小，所以會(huì)產(chǎn)生散射波動(dòng)現(xiàn)象。相比之下，CDP2750道信號(hào)在深部振幅稍強(qiáng)，說明此處氣泡分布較密集或者氣泡半徑稍大，故波動(dòng)幅度較大。兩道信號(hào)的頻譜帶寬基本相同，都在250 Hz以內(nèi)；由于是散射波頻譜，信號(hào)頻率成分較多，所以開叉較多，但在主頻兩邊頻譜分布較對(duì)稱(尤其是CDP2550道)。CDP2550道頻譜主要能量集中在60～200 Hz以內(nèi)，突出的尖峰較少；CDP2750道頻域振幅也稍強(qiáng)，與時(shí)域相對(duì)應(yīng)，頻譜主要能量集中在40～210 Hz以內(nèi)，在160 Hz附近具有較強(qiáng)單峰特征，說明該處羽狀流氣含量較大，產(chǎn)生振動(dòng)較強(qiáng)。兩道信號(hào)頻譜在50～200 Hz范圍內(nèi)跳動(dòng)劇烈，說明處于該位置的氣泡遇到聲波振動(dòng)較強(qiáng)烈，而且是不同頻率的振動(dòng)。

4.1.2 單道信號(hào)各頻譜參量與氣含量的關(guān)系

為分析羽狀流單道地震信號(hào)各頻譜參量是否與氣含量相關(guān)，首先提取plume_mn各模塊中第100道和第200道地震數(shù)據(jù)；然后按照本文第3節(jié)中氣含量的反演方法，先反演出每個(gè)模塊中第100道和第200道的氣含量；再利用本文第1節(jié)中提取頻譜參量的方法提取每個(gè)模塊中第100道和第200道的頻譜參量，即總能量、有限帶寬能量、振幅譜最大值、主頻和優(yōu)勢(shì)頻寬；最后將每個(gè)模塊中單道平均氣含量作為橫坐標(biāo)，每個(gè)模塊中單道各頻譜參量值作為縱坐標(biāo)，繪制出散點(diǎn)圖，并添加趨勢(shì)線，最終結(jié)果如圖4和圖5所示。

4.1.2.1 第100道羽狀流地震信號(hào)各頻譜參量與氣含量相關(guān)性分析

從圖4可以看出，氣含量改變時(shí)會(huì)引起各頻譜參量的變化，各振幅類頻譜參量(總能量、有限帶寬能量和振幅譜最大值)與氣含量都呈現(xiàn)出較明顯的正相關(guān)關(guān)系，即隨著氣含量的增大，各振幅類頻譜參量也隨之明顯增大，其中總能量和有限帶寬能量與氣含量的相關(guān)程度較高，散點(diǎn)基本分布在擬合線附近。主頻和氣含量也呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)，只是散點(diǎn)分布較零散，主頻在40～160 Hz之間，主要集中在80～150 Hz之間。優(yōu)勢(shì)頻寬分布零較散，總體呈下降趨勢(shì)，即隨著氣含量的增大，優(yōu)勢(shì)頻寬減小。這說明當(dāng)氣含量增大時(shí)，氣泡的振動(dòng)愈發(fā)強(qiáng)烈，但氣泡振動(dòng)的頻率更加集中，頻帶變窄。圖4中優(yōu)勢(shì)頻寬出現(xiàn)一個(gè)零值，這是由于該模塊中第100道歸一化后的振幅譜在門檻值0.5之上的只有一個(gè)點(diǎn)，所以優(yōu)勢(shì)頻寬結(jié)果為0。

4.1.2.2 第200道羽狀流地震信號(hào)各頻譜參量與氣含量相關(guān)性分析

從圖5可以看出，氣含量改變時(shí)同樣會(huì)引起各頻譜參量的變化，但氣含量的變化范圍較第100道的略大。與第100道類似，各振幅類頻譜參量(總能量、有限帶寬能量和振幅譜最大值)與氣含量也都呈現(xiàn)出較明顯的正相關(guān)關(guān)系，即隨著氣含量的增大，各振幅類頻譜參量也隨之明顯增大，其中總能量和有限帶寬能量與氣含量的相關(guān)程度也較高，散點(diǎn)基本分布在擬合線附近。主頻和氣含量的關(guān)系也與第100道類似，呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)，只是散點(diǎn)分布較零散，但主頻范圍縮小，在60～160 Hz之間，也主要集中在80～150 Hz之間。優(yōu)勢(shì)頻寬分布仍然較零散，但與氣含量的關(guān)系總體略呈上升趨勢(shì)，這說明當(dāng)氣含量增大時(shí)，氣泡的振動(dòng)愈發(fā)強(qiáng)烈，但氣泡振動(dòng)的頻率范圍略微加寬。優(yōu)勢(shì)頻寬與氣含量的關(guān)系之所以與第100道有差異，這是由于每道信號(hào)強(qiáng)弱不同，不同位置氣泡的密集程度以及氣泡大小均有所不同。圖5中優(yōu)勢(shì)頻寬也出現(xiàn)一個(gè)0值，同樣也是由于該模塊中第200道歸一化后的振幅譜在門檻值0.5之上的只有一個(gè)點(diǎn)，故優(yōu)勢(shì)頻寬結(jié)果為0。

4.2 羽狀流多道地震數(shù)據(jù)

從單道地震數(shù)據(jù)分析可知，氣含量的改變會(huì)引起各頻譜參量的變化，而且氣含量與振幅類頻譜參量呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系，頻率類參量與氣含量的相關(guān)性不是很明顯，同時(shí)兩道的優(yōu)勢(shì)頻寬也有差異。為進(jìn)一步驗(yàn)證以上結(jié)果，下面增加統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)量，利用18個(gè)模塊中所有道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜參量特征分析。

4.2.1 多道羽狀流時(shí)域波形及頻譜特征

選取模塊plume_42中所有道地震數(shù)據(jù)，其時(shí)域波形用三維圖顯示，如圖6(a)所示，x、y坐標(biāo)分別為CDP號(hào)和雙程旅行時(shí)，z坐標(biāo)為時(shí)域振幅。對(duì)plume_42中二維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅立葉變換，幅度頻譜用三維圖顯示，如圖6(b)所示，x、y坐標(biāo)分別為CDP號(hào)和頻率，z坐標(biāo)為頻域振幅。為方便顯示，此處CDP號(hào)為plume_42模塊中的重新標(biāo)號(hào)。圖6(a)的情況與單道相似，時(shí)域上仍然都呈現(xiàn)出散射波動(dòng)特征，振幅在±0.10范圍變化，說明該模塊所對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)含有大量氣泡，當(dāng)?shù)卣鸩ㄈ肷涞胶袣馀莸暮Ｋ橘|(zhì)時(shí)產(chǎn)生了散射波動(dòng)現(xiàn)象。圖6(b)的三維頻譜圖顯示出plume_42中所有道信號(hào)的幅度頻譜，其中CDP1—CDP150的幅度較小，CDP151—CDP280的幅度較大；同單道類似，各道頻譜帶寬基本相同，都在250 Hz以內(nèi)，呈現(xiàn)開叉較多的散射波頻譜特征，說明不同區(qū)域氣泡遇到聲波發(fā)生不同頻率的振動(dòng)。

4.2.2 多道信號(hào)各頻譜參量與氣含量的關(guān)系

為利用多道信號(hào)進(jìn)一步分析羽狀流地震信號(hào)各頻譜參量與氣含量的相關(guān)性，首先提取plume_mn中每個(gè)模塊所有道地震數(shù)據(jù)；然后按照本文第3節(jié)中氣含量的反演方法，反演出每個(gè)模塊的平均氣含量；再依據(jù)本文第1節(jié)中提取頻譜參量的方法提取每個(gè)模塊的各頻譜參量，即總能量、有限帶寬能量、振幅譜最大值、主頻和優(yōu)勢(shì)頻寬；最后將每個(gè)模塊的平均氣含量作為橫坐標(biāo)，每個(gè)模塊的各頻譜參量作為縱坐標(biāo)，繪制出散點(diǎn)圖，并添加趨勢(shì)線，最終結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以看出，平均氣含量的變化范圍與單道情況大致相似，只是最低值略大；氣含量改變時(shí)同樣會(huì)引起各頻譜參量的變化，而且各振幅類頻譜參量(總能量、有限帶寬能量和振幅譜最大值)與氣含量都呈現(xiàn)出更加明顯的正相關(guān)關(guān)系，即隨著氣含量的增大，各振幅類頻譜參量也隨之明顯增大，其中總能量和有限帶寬能量與氣含量的相關(guān)程度很高，散點(diǎn)基本分布在擬合線附近；主頻和氣含量的關(guān)系與單道情況類似，也呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)，只是散點(diǎn)分布較零散，主頻在60～150 Hz之間，主要集中在90～140 Hz之間；優(yōu)勢(shì)頻寬分布較零散，總體呈下降趨勢(shì)，與第100道情況類似，即隨著氣含量的增大，優(yōu)勢(shì)頻寬減小，這說明當(dāng)氣含量增大時(shí)，氣泡的振動(dòng)愈發(fā)強(qiáng)烈，但氣泡振動(dòng)的頻率更加集中，頻帶變窄。

羽狀流地震信號(hào)頻譜參量(除優(yōu)勢(shì)頻寬)與氣含量呈現(xiàn)出如此明顯的正相關(guān)關(guān)系，足以說明甲烷氣泡羽狀流首先能夠引起地震響應(yīng)，然后當(dāng)羽狀流氣含量發(fā)生變化時(shí)，地震屬性也將發(fā)生變化。羽狀流頻譜參量(除優(yōu)勢(shì)頻寬)與氣含量之間為正相關(guān)關(guān)系，這是由于氣含量增大，氣泡半徑隨之增大(氣含量為體積含量)，或者氣泡個(gè)數(shù)增多，使得地震波發(fā)生散射的散射面增大，散射波的能量也隨之增大，從而導(dǎo)致振幅增強(qiáng)，而且氣泡分布密度較高部位散射相干加強(qiáng)。因此，通過羽狀流地震信號(hào)頻譜參量與氣含量的相關(guān)性分析可以推測(cè)海水中氣泡的分布特點(diǎn)以及氣泡含量的分布狀態(tài)。

5 結(jié) 論

本文利用實(shí)際羽狀流地震偏移剖面中單道和多道地震數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行了地震波時(shí)域波形特征分析和地震波場(chǎng)頻譜特征分析，然后通過已有氣含量與振幅屬性關(guān)系模型反演氣含量，再提取羽狀流地震頻譜參量，最后獲得羽狀流地震信號(hào)頻譜參量與氣含量的關(guān)系，具體認(rèn)識(shí)如下：

(1)羽狀流時(shí)域波形呈現(xiàn)出散射波動(dòng)特征，不同位置上由于氣泡含量的差異導(dǎo)致了振幅強(qiáng)弱變化；羽狀流頻譜帶寬基本在250Hz左右，頻譜開叉較多，具有單峰特征，說明不同區(qū)域氣泡遇到聲波發(fā)生不同頻率的振動(dòng)。

(2)綜合單道和多道地震信號(hào)頻譜參量與氣含量的相關(guān)性分析表明：氣含量的改變可引起各頻譜參量的變化；各頻譜參量(除優(yōu)勢(shì)頻寬)與氣含量都呈現(xiàn)出較明顯的正相關(guān)關(guān)系，其中總能量和有限帶寬能量與氣含量的相關(guān)性最好，主頻和氣含量呈現(xiàn)出正相關(guān)的趨勢(shì)；單道的優(yōu)勢(shì)頻寬大致呈上升和下降兩種趨勢(shì)，而多道優(yōu)勢(shì)頻寬則分布較散，總體呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

(3)羽狀流頻譜參量(除優(yōu)勢(shì)頻寬)與氣含量呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，說明甲烷氣泡羽狀流能夠引起地震響應(yīng)，并且當(dāng)羽狀流氣含量發(fā)生變化時(shí)，地震屬性也將發(fā)生變化。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是，氣含量增大時(shí)地震波在阻抗界面受到的散射作用更強(qiáng)，則散射波的能量也將隨之增大，從而形成能量更強(qiáng)的信號(hào)以及更高的頻譜參量值。

綜上，羽狀流地震頻譜參量與氣含量呈現(xiàn)較好的相關(guān)關(guān)系，為羽狀流的氣含量反演做了前期鋪墊。羽狀流氣含量的分布特征及其變化狀態(tài)與海底氣體來源及地質(zhì)構(gòu)造直接相關(guān)，而水合物分解的甲烷是羽狀流氣體的重要來源。所以，可以將水體中羽狀流氣含量地震剖面與海底水合物地震剖面連接起來，分析羽狀流賦存狀態(tài)、海水下伏地層巖性和構(gòu)造特征、水合物賦存環(huán)境特征以及流體運(yùn)移通道特征等，從而探索羽狀流與水合物之間的內(nèi)在聯(lián)系，尋找識(shí)別水合物的地球物理特征標(biāo)志，為水合物的勘探識(shí)別提供有意義的方法指導(dǎo)。