1 气水合物特征 1.1 地震响应特征

国内外研究表明：天然气水合物在地震记录上的响应表现为团状、楔状的分段性空白反射。BSR是水合物层与下部地层（或含气层）的分界面，上部为高速层（水合物成矿带是相对高速体），下部为相对低速层（如含游离气速度更低），反射系数为负值，因此，BSR与海底反射波极性相反，且近似平行于海底，与正常沉积地层斜交。

目前对BSR的成因机制国际上有两种观点，一种观点认为BSR是水合物与游离气的分界；另一种观点认为BSR是水合物与含水沉积物的分界。但不论BSR的形成机制如何，BSR与天然气水合物底界相对应已成共识。但是，BSR无法确定游离气是否存在^{[1, 2]}。

1.2 速度及阻抗特征

通常，海洋中浅层沉积层的地震纵波速度为1 600 ~ 1 800 m/s, 如果存在水合物，地震波速度将大幅提局，可达1 850 ~ 2 500 m/s，如果水合物下面为游离气层，则地震波速度会骤减200 ~ 500 m/s。在西伯利亚麦索雅哈气田，在原为含水砂岩层内形成水合物后，其纵波速度会从1 850 m/s提高到2 700 m/s; 在深海钻探计划的570站位测井结果表明，含水砂岩层进入含水合物砂岩层时，密度由1.79 g/mL降低到1.19 g/mL，而声波速度从1 700 m/s提高到3 600 m/s。而对南海北部神狐海域进行的气水合物阻抗反演分析研究中可以发现，反演数据体波阻抗高低分异明显，气水合物为低值背景中的高值区域，其阻抗范围约为3 850 ~3 960 g•mL^-1•m•s^-1[3]。

以上研究结果均表明，气水合物与上下围岩在速度剖面或者阻抗剖面上，层速度或者纵波阻抗值呈现一种上下小、中间大的特征。

2 气水合物研究技术 2.1 地震属性分析技术

地震记录的信号特征是岩石物理特性及其变异综合产生的，即它是岩石岩性、物性、流体成分（含油气性）等相关信息的综合反映。地震属性提取的过程就是由叠前或叠后地震综合信息中，经数学变换分离出相关的地震波几何形态、运动学信息、动力学信息和统计学信息。这些信息有的对岩石储集层环境敏感，有的对储集层孔隙流体敏感，利用这些分离出的信息突出和解释目标体就是地震属性分析。目前较常用的识别和预测天然气水合物分布区的属性为“三瞬”属性^[4-6]。

瞬时振幅反映了反射波能量的强弱，以直观方式突出了各种原因引起的振幅包络变化。水合物层的密度与地震波在其中的传播速度要高于含有游离气或含水的沉积层，如果地震资料的子波极性为正，则会形成正极性反射界面，反之，若地震资料子波极性为负，则会形成负极性反射界面，此界面即前面所述的BSR界面，所以利用瞬时振幅属性便可从能量上突出BSR反射界面。瞬时相位是指地震波某一瞬间的相位，它忽略了振幅强度信息，突出了反射波的连续性。BSR界面往往与沉积地层斜交，受地层反射的影响，有时BSR界面不够清晰，所以利用瞬时相位属性可以突出与地层斜交的BSR界面。瞬时频率属性不同于某一时窗内的平均频率，它是一个样点上的频率值。此属性除了可预测古沉积环境外，还能反映沉积地层的吸收性，即强吸收会导致反射波高频成分迅速衰减而使频率降低。当地层中富含游离气时，瞬时频率会出现低值异常，所以利用此属性协同其他手段可用来判断游离气富集区及富集程度^{[2, 4]}。

2.2 速度场分析技术

层速度是指地震波在某一岩层（地层）中传播的速度，在层速度中可以反映天然气水合物层的高速异常及其下部的低速异常，还可以清楚地反映天然气水合物的展布形态，揭示天然气水合物的富集程度和赋存状态。层速度可以由声波时差测井精确求得、地震速度反演较准确求得、由均方根速度粗略求得^{[3, 7]}。

由于本研究区内并无钻井，因此层速度研究采用DIX公式法，就是将均方根速度应用DIX公式得到了层速度。

2.3 波阻抗反演技术

稀疏脉冲反演是基于稀疏脉冲反摺积基础上的递推反演方法，这类方法针对地震记录的欠定问题，提出了地层反射系数由一系列叠加于高斯背景上的强轴组成的基础假设，在此条件下以不同方法估算地下“强”反射系数和地震子波。通过井旁地震反演结果与实际测井曲线的吻合程度作为参数优选的基本判据，从而保证反演资料的可信度和可解释性^[7]。水合物、游离气对速度信息比较敏感，因而可利用速度信息建立伪井，并进行伪井约束的稀疏脉冲反演，得到相对波阻抗剖面的同时得到绝对波阻抗剖面。

对于水合物分布区，反演要利用精细解释的海底反射面、BSR界面及深层控制层建立构造框架模型来控制低频模型的产生。由于速度资料是时间域的，为方便起见，可建立时间域的伪井, 并提取井旁道子波，为反演及计算绝对波阻抗奠定基础。一般选取纯水合物的密度值为0.9 g/mL, 计算水合物的绝对波阻抗值，再利用所建伪井建立约束趋势线来约束反演结果，最后对约束稀疏脉冲反演补充15 Hz以下的低频率成分得到绝对波阻抗剖面，它能够较好反映水合物和游离气的分布^{[2, 8]}。

3 实例研究分析 3.1 本区气水合物研究方法

针对本工区实际情况，采用如下方法进行气水合物研究：

(1) 地震瞬时属性提取技术。瞬时振幅用于识别空白带顶底界面的识别；瞬时频率用于验证游离气的存在，以及天然气水合物解释的可靠性；瞬时相位用于横向追踪BSR界面。

(2) 速度分析技术。一方面建立天然气水合物存在地层的速度模型，用速度验证天然气水合物的存在，另一方面，在无井条件下，建立的模型可用于反演的初始模型。

(3) 波阻抗反演技术。确定天然气水合物顶底界面、范围。

3.2 地震属性分析 3.2.1 研究海底反射特征

首先需要确定海底反射特征（图 1), 海底反射波表现为红黑红特征，且浅海沉积层速度高于海水速度，反射系数为正。综合判断认为该区域应该采用正极性子波进行研究。

3.2.2 BSR位置确定

通过提取瞬时相位可以看出（图 2)，在剖面1.7 s开始出现一强振幅反射波，大致与海底反射波平行，与地层斜交海底反射波表现为黑红黑的强振幅双峰波形特征，与海底反射相比，发生极性反转。

3.2.3 空白反射带识别

瞬时振幅反映了反射波能量的强弱，以直观方式突出了各种原因引起的振幅包络变化。图 3中BSR界面以上很明显出现了团状分段性空白反射带。因此，通过对三瞬属性的分析，我们认为这块空白反射带有可能是气水合物矿带。

3.2.4 下覆地层游离气分析

瞬时频率属性能反映沉积地层的吸收性，即强吸收会导致反射波高频成分迅速衰减而使频率降低。当地层中富含游离气时，瞬时频率会出现低值异常，所以利用此属性协同其他手段可用来判断游离气富集区及富集程度。

从本测线BSR以下的瞬时频率可以看出（图 4)，频率属性并没有明显衰减，而衰减的部分也很有可能是地震品质造成的，而不是气烟囱所造成的地震相应。因此，疑似气水合物下方有可能是含水沉积层而不是游离气。

3.3 速度分析

图 5中绿线为均方根速度，蓝线为依据均方根速度算出来的层速度。本次速度谱的解释选择地质条件简单、反射层质量好、能量团强、干扰少的剖面绘制叠加速度一反射时间曲线，结合地震剖面的反射特征，排除干扰能量团，获得有效的叠加速度，并利用地震剖面上的反射倾角数据进行校正，得到均方根速度，然后再转化为层速度。

从图上可以看出，本地区疑似气水合物矿带速度为2 100 m/s左右，上下地层速度为1 700 m/s左右。从速度分析上符合气水合物矿带特征，也进一步证实了下覆地层不存在游离气。

3.4 阻抗分析

通过阻抗剖面（图 6)可以看出，可能的气水合物矿带在地震剖面上波形呈现一种空白反射特征，在阻抗剖面中表现为一种低值背景中的高值异常，总体呈平行于海底的带状分布，其下部地层阻抗降低相对较明显，但通过瞬时频率及速度的综合分析认为，下部地层应为含水砂岩层。

3.5 综合分析

通过以上研究可以发现，该异常体在地震剖面上表现为空白反射，其下存在一个较明显的BSR界面，与上下围岩相比其速度和阻抗特征呈现上下小、中间大的特征。将本区异常体特征与权威气水合物进行了一个对比（表 1)，综合分析认为该异常体极有可能是水合物成矿带。

4 结论与认识

通过前述细致的分析及研究工作，得到了如下几点认识：

(1) 通过分析目前常用的天然气水合物的地球物理识别特征，结合本工区的实际情况，归纳了以BSR、空白反射带、速度异常为主要特征的五种识别方法。

(2) 本区气水合物特征与通常发现的气水合物特征类似，在地震剖面上呈现空白发射、其下存在较为清晰的BSR界面、且在速度与阻抗上高低分异明显，均呈现低值背景中的高值异常，为今后开展本区天然气水合物研究提供了技术支撑。