沙志彬 龚跃华 梁金强
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
第一作者简介：沙志彬（1972.4—），男，高级工程师，主要从事石油地质和天然气水合物的研究。
摘要 在天然气水合物的地震资料解释过程中，常规（叠加和偏移）地震剖面上难以识别BSR、水合物成矿带以及游离气带的位置。通过多年的实践，笔者认为AVO（Amplitude Versus Offset）反演、波阻抗反演、地震瞬时属性和能量半衰时剖面，能够较好地揭示水合物的地球物理异常特征，从而给识别水合物和划分水合物的存在区域提供了有力的证据。
关键词 天然气水合物 AVO 反演 波阻抗反演 瞬时剖面 能量半衰时剖面
1 前言
自从1999年我国首次在南海北部陆坡发现了天然气水合物的地震标志——BSR开始，我国就加紧了在水合物资源方面研究工作的步伐。同时，广州海洋地质调查局在南海北部陆坡开展了以寻找水合物资源为目的的地质与地球物理调查，发现了大量特征清晰的BSR、甲烷高含量异常、氯离子和硫酸根浓度异常、碳酸盐结壳和甲烷礁等重要的地球物理与地球化学证据；2004年，通过与德国“太阳号”船的合作，在南海北部陆坡首次发现了与水合物息息相关的自生碳酸盐岩区——“九龙甲烷礁”。以上证据表明，该区赋存有水合物的可能性非常大，并且储量可观。随着对水合物研究的进一步深入，遇到了许多难题，例如，如何判定特征不清晰的BSR，如何判定水合物成矿带，如何判定游离气带的位置，等等。
根据近年对水合物的地震资料解释之经验总结，笔者认为在难以利用常规地震剖面判别水合物的异常特征时，利用AVO反演、波阻抗反演、地震瞬时属性和能量半衰时剖面，能够较好地揭示水合物的地震综合异常特征（李正文等，1988）。在分析各种地震信息检测水合物的过程中，综合利用各种地震剖面可以比较准确地判定水合物的存在特征以及矿藏存在的可能部位（杨木壮，2000）。下面以南海陆坡区测线A为例来说明各种地震属性剖面在天然气水合物识别中的应用。
2 AVO反演
AVO（Amplitude Versus Offset）一种振幅随偏移距变化特征分析和识别岩性及油气藏的地震勘探技术。它的分析方法是在叠前对地震反射振幅随炮检距变化特征进行分析，借此对岩石中孔隙流体性质和岩性作出推断。AVO资料处理的目的是为了给解释人员提供可信的足够的资料去观测和量度振幅随炮检距或入射角的变化（雷怀彦等，2002；宋海斌等，2003；沙志彬等，2004）。对处理质量要求的核心是：尽可能地恢复和保护振幅信息。
试验表明截距属性（AVO1）剖面、梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面、梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面和流体因子属性（AVO9）剖面对BSR、水合物及其游离气的识别有明显效果，它们可以反映了水合物成矿带内水合物的富集程度、分布状态。所以需要重点对这四种AVO属性剖面进行解释。
2.1 截距属性（AVO1）剖面
截距（Intercept）剖面（P波叠加剖面）。与常规的叠加剖面相比，P波剖面更接近于零炮检距剖面，反映地震波在垂直入射时的振幅叠加。I值大表明上下层P波速度差值大，反之则小。图1剖面中可以明显看到BSR与海底极性相反，故可以主要利用该剖面识别BSR。
图1 A测线AVO1剖面特征
Fig.1 AVO1 profile Character of Line A
2.2 梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面
梯度与截距、相关系数乘积剖面（I*G*Correlation Coefficient）。该属性剖面中可以看到强反射为游离气顶的反射（图2），在BSR之下有明显的含气异常，故可以主要利用该剖面来检测游离气带。
2.3 梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面
梯度与截距符号乘积剖面（Sign（I）*G）。图3剖面中波峰代表气顶，BSR之下可以看到明显的含气异常，强反射的发育厚度代表游离气的发育厚度，故可以主要利用该剖面来检测游离气带。
图2 A测线AVO4剖面特征
Fig.2 AVO4 profile Character of Line A
图3 A测线AVO6剖面特征
Fig.3 AVO6 profile Character of Line A
2.4 流体因子属性（AVO9）剖面
AVO9剖面为流体因子（Fluid Factor）剖面。由于大量的气体与少量的水结合生成水合物，沉积层内有大量的水被吸收，与不含水合物的沉积层相比气体的含量很少，而后者气体含量较多。在图4剖面中，含水合物成矿带基本上是零值带，故可以主要利用该剖面来确定水合物成矿带。
图4 A测线AVO9剖面特征
Fig.4 AVO9 profile Character of Line A
3 波阻抗反演
目前国内外运用的波阻抗反演方法主要有两种，一种是稀疏脉冲反演，另一种是模型约束反演。稀疏脉冲反演能够直接从地震信息中提取反射信息，反演的可靠程度完全依赖于地震资料本身的品质，因此用于反演的地震资料应具有较宽的频带、较低的噪声、相对振幅保持和准确成像。该方法的主要优点是能获得宽频带的反射系数，能较好地解决地震记录的标定问题，反演过程中能够忠实于地震资料，从而使反演得到的波阻抗模型更趋于真实，在无井的情况下可利用该方法通过速度信息建立伪井进行无井反演。
由于调查区没有钻井资料，基于水合物的特殊特性，因此在处理中采取稀疏脉冲波阻抗反演方法进行反演。相对波阻抗剖面上所表现的阻抗值是相对的，海底界面表现为强反射，高阻抗；BSR之上的弱反射表明水合物与围岩之间的波阻抗差值小；无反射表明水合物越纯、越富集。由于相对波阻抗对水合物反映明显，所以所得到的结果比较符合地质实际情况。图5剖面中，弱波阻抗与强波阻抗的转换面为BSR位置，弱波阻抗的顶界为水合物成矿带的顶。故可以主要利用该剖面来确定BSR和水合物成矿带。
4 地震瞬时属性剖面
多道叠加数据的属性包括几何学、动力学、运动学和统计学特征。有些属性对岩石储层环境敏感，有些对储层孔隙中流体敏感。在实际应用中，最重要的是抓住对水合物敏感属性的剖面。计算复地震道属性基本上是一种变换，它将振幅和角度信息（频率和相位）分解开来以便独自显示。地震剖面中的这些信息是通过数学计算来产生的一种以忽略其它部分为代价而突出振幅或角度的显示方法。复地震道分析产生的剖面就是众所周知的瞬时属性剖面。
图5 A测线波阻抗剖面特征
Fig.5 Wave impedance profile Character of Line A
4.1 瞬时振幅剖面
瞬时振幅剖面也称反射强度剖面，它的振幅是反映的振幅包络，它使强反射更强而弱反射更弱，反映了地震波能量的瞬时变化情况，因此更突出了BSR面的强反射及水合物发育部位的强反射振幅。图6剖面中，颜色转换的交界处为BSR位置，故可以主要利用该剖面来确定BSR。
图6 A测线瞬时振幅剖面特征
Fig.6 Instantaneous amplitude profile Character of Line A
4.2 瞬时频率剖面
瞬时频率是对应于给定时刻信号的复能量密度函数（即功率）的初始瞬间的中心频率（均值）的一种度量。它能清楚地反映游离气富集区范围，当游离气发育在一定的厚度及范围时，由于游离气的存在，造成反射波高频成分大量吸收，因此，在游离气分布区明显存在低频现象，根据此理我们比较容易划分游离气分布范围。图7剖面中，高频强吸收现象预示游离气的存在，故可以主要利用该剖面来确定游离气带。
图7 A测线瞬时频率剖面特征
Fig.7 Instantaneous frequency profile Character of Line A
4.3 能量半衰时剖面
能量半衰时剖面是对反射波通过地层后能量衰减大小程度的一种度量，该剖面突出了强反射、高频的吸收，对研究BSR和游离气比较直观（图8）。图8剖面中，高频强吸收现象明显预示游离气的存在，颜色转换的交界处为BSR位置，故可以主要利用该剖面来确定BSR和游离气带。
5 地震属性剖面的应用
由于天然气水合物的性质及成矿的特殊性，因此在各种地震剖面上会产生重要的识别标志。通过对调查区常规、截距属性（AVO1）剖面、梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面、梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面和流体因子属性（AVO9）剖面、波阻抗、瞬时频率、瞬时振幅和能量半衰时等属性剖面的对比解释。以南海陆坡区测线A为例，图1～图8说明了各种属性剖面在水合物地震检测中的响应特征。在解释过程中，通过对各种地震属性的综合分析研究，可以比较好地识别出BSR、水合物成矿带和BSR下部的游离气带（张光学等，2003）。
图8 A测线能量半衰时剖面特征
Fig.8 Energy half-time profile Character of Line A
5.1 BSR 的识别
在常规剖面上当BSR产状与地层产状成角度斜交时，BSR反射易于识别；当BSR产状与地层产状平行时，则不易判断。由于截距属性（AVO1）、波阻抗、瞬时振幅和能量半衰时等四种属性剖面对BSR响应比较敏感：截距属性（AVO1）剖面上BSR与海底极性相反明显；波阻抗剖面上弱波阻抗与强波阻抗的转换面为BSR的发育位置；瞬时振幅剖面上BSR位置在两种颜色的明显转换交界处；能量半衰时剖面上颜色转换的交界处亦为BSR位置。故可主要利用这些属性剖面来识别BSR，并且使BSR的识别变得比较容易。
5.2 水合物成矿带的识别
水合物成矿带通常是一个物性相对均匀的地质体，在地震剖面上表现为弱振幅反射带，称为空白带（Blanking Zone）。振幅空白带一般与BSR相伴生，垂向上与海底沉积层逐渐过渡，其下以BSR为界与下伏游离气带呈现突变接触。一般情况下，反射振幅的强弱与水合物含量有关，水合物含量越高，振幅越弱，空白程度越高；反之，若地层中仅含少量水合物，则仅表现为振幅的减弱（Ecker等，2000；Miller等，1991）。
1）由于水合物的弹性参数大于水和气体的弹性参数。当沉积物孔隙被水合物充填后，其物性显然与围岩有明显的不同。因此，对地震技术来说，水合物成矿带是一个地震特征明显的物性带，在各种地震属性剖面中都能在一定程度上揭示这一特征。
2）由于水合物的充填和胶结作用，含水合物带将是一个物性相对均匀的地质体。这种充填和胶结作用降低了成矿带内各地层间的波阻抗差，从而使成矿带内的反射减弱，形成振幅空白带（Blanking）。
3）在含水合物沉积地层中，地震波的反射频率具有相对高频的特点，而在含游离气区高频强烈衰减。
4）在水合物成矿带的波形反射特征中，由于海底面和BSR界面都是强波阻抗面，因此从理论上可以推导水合物层顶界是相对于BSR为弱的波阻抗界面。
通过综合分析，由于流体因子和波阻抗两种属性对水合物响应比较敏感：在流体因子（AVO9）剖面中，含水合物成矿带基本上是零值带，即空白带；在波阻抗剖面中弱波阻抗的顶界为水合物成矿带的顶。故可以主要利用这两种属性剖面来确定水合物成矿带。
5.3 游离气带的识别
由于梯度与截距、相关系数乘积（AVO4）、梯度与截距符号乘积（AVO6）、瞬时频率和能量半衰时等四种属性对游离气响应比较敏感：梯度与截距、相关系数乘积属性（AVO4）剖面上可以看到强反射为游离气顶的反射，在BSR之下有明显的含气异常；梯度与截距符号乘积属性（AVO6）剖面上可以看到波峰代表气顶，BSR之下亦有明显的含气异常，并且强反射的厚度代表游离气的发育厚度；瞬时频率和能量半衰时剖面上都可以看到高频强吸收现象明显。频率信息与地层、沉积、岩性、流体有关，高频信息的强吸收与气藏富存相关，BSR下的高频强吸收往往预示游离气的存在。高频强烈吸收现象明显，估计游离气丰度较高，为水合物的形成提供了充足的气源保证。故可主要利用这四种属性剖面来于检测BSR下部的游离气带。
6 认识
总结本文得出的主要认识有以下几点：
1）要比较准确地判别水合物的异常特征，必须在常规地震资料处理基础上对剖面进行特殊处理，要综合利用其多种属性剖面才能更好地识别BSR、水合物成矿带和游离气带；
2）截距属性（AVO1）、波阻抗、瞬时振幅和能量半衰时等四种属性剖面对BSR响应比较敏感，主要利用这四种属性剖面来识别BSR；
3）流体因子（AVO9）和波阻抗两种属性对水合物响应比较敏感，主要利用这两种属性剖面来确定水合物成矿带；
4）梯度与截距、相关系数乘积（AVO4）、梯度与截距符号乘积（AVO6）、瞬时频率和能量半衰时属性剖面等四种属性对游离气响应比较敏感，主要利用这四种属性剖面来于检测BSR下部的游离气带；
5）水合物的地震属性剖面种类还有很多，如何利用它们来解释水合物的地震特征需要进一步的研究和验证。
参考文献
雷怀彦，郑艳红，吴保祥.2002.天然气水合物勘探方法——BSR适用性探析［J］.海洋石油，114，1～8
李正文，赵志超.1988.地震勘探资料解释［M］.北京：地质出版社
沙志彬，杨木壮，梁金强，等.2004.BSR的反射波特征及其对天然气水合物识别的应用［J］.南海地质研究（15）.北京：地质出版社，55～61
宋海斌，张岭，江为为，等.2003.海洋天然气水合物的地球物理研究（Ⅲ）：似海底反射［J］.地球物理学进展，18（2）：182～187
杨木壮.2000.海洋天然气水合物地震识别标志［J］.南海地质研究（12）.北京：地质出版社，12，1～7
张光学，黄永样，陈邦彦，等.2003.海域天然气水合物地震学［M］.北京：海洋出版社
Ecker C，Dvorkin J，Nur A M.2000.Estimating the amount of gas hydrate and free gas from marine seismic data［J］.Geophysics，65，565～573
Miller J J，Myung W L，von Huene R.1991.An analysis of a reflection from the base of a gas hydrate zone of Peru［J］.Am.Assoc.Pet.Geol.Bull.，75，910～924
How to judge gas hydrates seismic character from the different kinds of attribute profile
Sha Zhibin Gong Yuehua Liang Jinqiang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：During interpretation of the profile of natural gas hydrates，it’s very difficult to distinguish BSR，gas hydrates zone and free-gas zone from the profile of stack and migration.Through our practice in these several years，we think that the profile of inversions of AVO，inversions of wave impedance，instantaneous profile and half-time energy profile，in which abnormal physical geography character can be shown preferably.So that we can use these kinds of profile to judge seismic character of gas hydrates，and the area of them that exist.
Key Words：natural gas hydrates inversions of AVO inversions of wave impedanceinstantaneous profile energy half-time profile