地震屬性剖面在天然氣水合物識別中的應用

沙智斌龔月華梁金強

(廣州海洋地質調查局廣州510760)

第壹作者簡介:沙智斌(1972.4—)，男，高級工程師，主要從事石油地質和天然氣水合物研究。

在天然氣水合物地震資料解釋過程中，常規(疊加和偏移)地震剖面上BSR、水合物成礦帶和遊離氣帶的位置難以確定。通過多年的實踐，作者認為AVO(振幅與炮檢距)反演、波阻抗反演、地震瞬時屬性和能量半衰期剖面能更好地揭示水合物的地球物理異常特征，從而為識別水合物和劃分其存在區域提供有力的依據。

天然氣水合物AVO反演；波阻抗；瞬時剖面反演；能量半衰期剖面

1前言

自1999中國首次在南海-BSR北坡發現天然氣水合物的地震標誌以來，中國加強了水合物資源的研究工作。與此同時，廣州海洋地質調查局以尋找水合物資源為目的，對南海北坡進行了地質和地球物理調查，發現了BSR、甲烷含量異常、氯離子和硫酸根離子濃度異常、碳酸鹽結殼和甲烷礁等大量重要的地球物理和地球化學證據，特征明顯。2004年，通過與德國sousaphone船的合作，在南海北坡首次發現了與水合物密切相關的自生碳酸鹽區——“九龍甲烷礁”。以上證據表明，該地區存在水合物的可能性很大，儲量相當可觀。隨著對水合物研究的深入，遇到了許多問題，如如何確定特征不清的BSR、如何確定水合物成礦帶、如何確定遊離氣帶的位置等等。

根據近年來水合物地震資料解釋的經驗，作者認為在利用常規地震剖面難以判別水合物異常特征時，AVO反演、波阻抗反演、地震瞬時屬性和能量半衰減剖面能更好地揭示水合物的地震綜合異常特征(李政文等，1988)。在通過分析各種地震信息檢測水合物的過程中，綜合利用各種地震剖面，可以準確地確定水合物的存在特征和礦藏的可能位置(楊木壯，2000)。以南部大陸坡地區A測線為例，說明了各種地震屬性剖面在天然氣水合物識別中的應用。

2 AVO反演

AVO(振幅隨炮檢距變化)是壹種利用振幅隨炮檢距變化來分析和識別巖性及油氣藏的地震勘探技術。其分析方法是在疊前分析地震反射振幅隨炮檢距的變化特征，從而推斷巖石中孔隙流體的性質和巖性。AVO數據處理的目的是為解釋人員觀察和測量振幅隨炮檢距或入射角的變化提供可靠、充分的數據(雷懷巖等，2002；宋海濱等，2003；沙智斌等，2004)。處理質量要求的核心是盡可能地恢復和保護振幅信息。

試驗表明，截距屬性(AVO1)剖面、梯度和截距剖面、相關系數乘積屬性(AVO4)剖面、梯度和截距符號乘積屬性(AVO6)剖面和流體因子屬性(AVO9)剖面對BSR、水合物及其遊離氣的識別效果明顯，可以反映水合物成礦帶中水合物的富集程度和分布狀態。因此，有必要對這四個AVO屬性剖面進行解釋。

2.1截距屬性(AVO1)配置文件

截距剖面(P波疊加剖面)。與常規疊加剖面相比，縱波剖面更接近零炮檢距剖面，反映了垂直入射時地震波的振幅疊加。I值大說明上下P波速度差大，反之亦然。從圖65中的5438+0剖面可以清楚地看到，BSR的極性與海底的極性相反，因此主要用於識別BSR。

圖1 A線AVO1剖面特征

2.2梯度、截距和相關系數(AVO4)剖面的產品屬性

梯度、截距和相關系數(I * G *相關系數)的乘積剖面。從該屬性剖面可以看出，強反射是遊離氣頂的反射(圖2)，在BSR下有明顯的含氣異常，因此該剖面可主要用於檢測遊離氣層。

2.3梯度和截距符號產品屬性(AVO6)配置文件

梯度和截距符號產品簡介(符號(I)*G)。在圖3剖面中，峰值代表氣頂，BSR以下可見明顯的含氣異常，強反射的發育厚度代表遊離氣的發育厚度，因此該剖面主要用於檢測遊離氣層。

圖2 A測線AVO4剖面特征

圖2 A線AVO4剖面特征

圖3 A測線AVO6的剖面特征

圖3 A線AVO6剖面特征

2.4流體因素屬性(AVO9)剖面

AVO9剖面是壹個流體因子剖面。因為大量的氣體與少量的水結合形成水合物，大量的水被吸附在沈積層中。與無水合物的沈積層相比，含氣量較少，而後者含氣量較多。在圖4的剖面中，含水合物成礦帶基本上是壹個零值帶，因此可以主要用來確定水合物成礦帶。

圖4 A測線AVO9剖面特征

圖4 A線AVO9剖面特征

三波阻抗反演

目前，國內外使用的波阻抗反演方法主要有兩種，壹種是稀疏脈沖反演，另壹種是模型約束反演。稀疏脈沖反演可以直接從地震信息中提取反射信息，反演的可靠性完全取決於地震資料本身的質量，因此用於反演的地震資料應具有更寬的頻帶、更低的噪聲、相對振幅保持和精確的成像。該方法的主要優點是可以獲得寬頻帶的反射系數，很好地解決了地震記錄的標定問題，並且在反演過程中忠實於地震數據，從而使反演得到的波阻抗模型更加真實。在無井的情況下，該方法可以通過速度信息建立壹口偽井，進行無井反演。

由於調查區沒有鉆井資料，基於水合物的特殊性質，處理中采用了稀疏脈沖波阻抗反演方法。相對波阻抗剖面圖顯示的阻抗值是相對的，海底界面顯示強反射和高阻抗；BSR上方的弱反射表明水合物與圍巖的波阻抗差異較小；沒有反射表明水合物越純越豐富。由於相對波阻抗明顯反映了水合物，因此得到的結果更符合實際地質情況。在圖5的剖面中，弱波阻抗和強波阻抗的轉換面是BSR位置，弱波阻抗的頂界是水合物成礦帶的頂部。因此，該剖面可主要用於確定BSR和水合物成礦帶。

4地震瞬時屬性剖面

多通道疊加數據的屬性包括幾何、動力學、運動學和統計特征。壹些性質對巖石儲層環境敏感，而另壹些對儲層孔隙中的流體敏感。在實際應用中，最重要的是掌握水合物敏感剖面。計算復雜的道屬性基本上是壹種變換，將振幅和角度信息(頻率和相位)分解，進行獨立顯示。地震剖面上的這些信息都是通過數學計算生成的，這是壹種以忽略其他部分為代價突出振幅或角度的顯示方法。復雜地震道分析產生的剖面就是眾所周知的瞬時屬性剖面。

圖5 A測線波阻抗剖面特征

圖5 A線波阻抗剖面特征

4.1瞬時振幅曲線

瞬時振幅剖面也叫反射強度剖面，其振幅是反射的振幅包絡，使強反射變強，弱反射變弱，反映了地震波能量的瞬時變化，從而突出了BSR表面的強反射和水合物發育處的強反射振幅。在圖6的部分中，顏色轉換的邊界是BSR位置，因此BSR可以主要由該部分來確定。

圖6 A測線瞬時振幅剖面特征

圖6線A的瞬時振幅曲線特征

4.2瞬時頻率曲線

瞬時頻率是對應於給定時刻信號的復能量密度函數(即功率)的初始時刻的中心頻率(平均值)的量度。它能清楚地反映遊離氣富集區的範圍。當遊離氣發育到壹定厚度和範圍時，由於遊離氣的存在，反射波的高頻成分被大量吸收，因此在遊離氣分布區明顯存在低頻現象。根據這個原理，我們更容易劃分遊離氣分布範圍。在圖7的剖面圖中，高頻強吸收現象表明遊離氣的存在，因此該剖面圖可主要用於確定遊離氣帶。

圖7 A測線的瞬時頻率剖面特征

圖7線路A的瞬時頻率分布特征

4.3能量半衰期曲線

能量半衰減曲線是反射波穿過地層後能量衰減程度的量度。該剖面突出了強反射和高頻吸收，這對於研究BSR和遊離氣是直觀的(圖8)。在圖8剖面中，高頻強吸收現象明顯表明遊離氣的存在，顏色轉換的邊界是BSR位置，因此剖面主要可以用來確定BSR和遊離氣帶。

地震屬性剖面的應用

由於天然氣水合物的性質和礦化的特殊性，在各種地震剖面上會產生重要的識別標誌。通過對測區常規、截距屬性(AVO1)剖面、梯度和截距、相關系數乘積屬性(AVO4)剖面、梯度和截距符號乘積屬性(AVO6)剖面和流體因子屬性(AVO9)剖面、波阻抗、瞬時頻率、瞬時振幅和能量半衰期等的對比解釋。以南部大陸坡區A測線為例，附圖1 ~ 8說明了水合物地震檢測中各種屬性剖面的響應特征。在解釋過程中，通過對各種地震屬性的綜合分析和研究，可以很好地識別BSR下的BSR、水合物成礦帶和遊離氣層(張光學等，2003)。

圖8 A線能量半衰減的剖面特征

圖8 A線的能量半衰期特征

5.1 BSR的標識

在常規剖面中，當BSR產狀與地層產狀以壹定角度斜交時，BSR反射易於識別。當BSR的產狀與地層產狀平行時，就不容易判斷了。由於截距屬性(AVO1)、波阻抗、瞬時振幅和能量半衰期對BSR響應敏感，截距屬性(AVO1)剖面上的BSR與海底極性明顯相反；波阻抗剖面上弱波阻抗與強波阻抗的過渡面是BSR的發育位置；在瞬時振幅剖面上，BSR的位置在兩種顏色明顯的過渡交界處；當能量半衰變時，剖面上顏色轉換的接合點也是BSR位置。因此，這些屬性輪廓可以主要用於識別BSR，並且更容易識別BSR。

5.2水合物成礦帶的識別

水合物成礦帶通常是物性相對均勻的地質體，在地震剖面上表現為弱振幅反射帶，稱為空白帶。壹般來說，振幅空白帶與BSR有關，它逐漸與海底沈積物垂直過渡，並突然與下方以BSR為界的遊離氣帶接觸。壹般來說，反射振幅與水合物含量有關。水合物含量越高，振幅越弱，空白度越高。另壹方面，如果地層僅包含少量水合物，則僅顯示振幅降低(Ecker等人，2000年；米勒等人，1991)。

1)因為水合物的彈性參數大於水和氣體的彈性參數。當沈積物孔隙中充滿水合物時，其物理性質明顯不同於圍巖。因此，對於地震技術來說，水合物成礦帶是壹個具有明顯地震特征的物理帶，在各種地震屬性剖面上都能得到壹定程度的揭示。

2)由於水合物的充填和膠結，含水合物帶將是壹個相對均勻的地質體。這種充填和膠結作用降低了成礦帶內各層間的波阻抗差異，從而減弱了成礦帶內的反射，形成振幅空白。

3)在含水合物沈積地層中，地震波的反射頻率具有相對高頻的特點，但在遊離含氣區強烈衰減。

4)在水合物成礦帶的波反射特征中，由於海底面和BSR界面都是強波阻抗面，理論上可以推斷水合物層的頂界相對於BSR是弱波阻抗界面。

綜合分析，流體因子和波阻抗對水合物響應敏感:在流體因子(AVO9)剖面上，含水合物成礦帶基本上是壹個零值帶，即空白帶；在波阻抗剖面上，弱波阻抗的頂界是水合物成礦帶的頂部。因此，這兩個屬性剖面可主要用於確定水合物成礦帶。

5.3遊離氣層的識別

由於梯度和截距、相關系數乘積(AVO4)、梯度和截距符號乘積(AVO6)、瞬時頻率和能量半衰減對遊離氣的響應比較敏感，強反射在梯度和截距、相關系數乘積性質(AVO4)剖面上可以看作是遊離氣頂的反射，BSR下有明顯的含氣異常；在AVO6剖面上可以看到，峰值代表氣頂，BSR以下有明顯的含氣異常，強反射的厚度代表遊離氣的發育厚度。高頻強吸收現象在瞬時頻率和能量半衰減剖面中都可以看到。頻率信息與地層、沈積、巖性和流體有關，對高頻信息的強吸收與氣藏的豐度有關。BSR下高頻的強烈吸收往往表明遊離氣的存在。高頻強吸收現象明顯，估算的遊離氣豐度較高，為水合物的形成提供了充足的氣源保障。因此，這四個屬性剖面可主要用於檢測BSR下部的遊離氣層。

6知道

總結這篇文章，主要的理解如下:

1)為了準確識別水合物的異常特征，必須在常規地震資料處理的基礎上對剖面進行特殊處理，綜合利用其各種屬性剖面才能更好地識別BSR、水合物成礦帶和遊離氣帶；

2)截距屬性(AVO1)、波阻抗、瞬時振幅和能量半衰期四個屬性剖面對BSR響應敏感，這四個屬性剖面主要用於識別BSR；

3)流體因子(AVO9)和波阻抗對水合物響應敏感，主要利用這兩個屬性剖面確定水合物成礦帶；

4)梯度和截距、相關系數乘積(AVO4)、梯度和截距符號乘積(AVO6)、瞬時頻率和能量半衰減時的屬性剖面等四個屬性對遊離氣的響應比較敏感，這四個屬性剖面主要用於檢測BSR下部的遊離氣層；

5)水合物的地震屬性剖面有很多種，如何利用它們來解釋水合物的地震特征，還需要進壹步的研究和驗證。

參考

雷懷巖、鄭燕紅、吳寶祥。2002.天然氣水合物勘探方法——BSR適用性分析[J].海洋石油，114，1 ~ 8

李政文，趙誌超。1988.地震勘探資料解釋[M]。北京:地質出版社。

沙智斌，楊木壯，梁金強，等2004。BSR反射波特征及其在天然氣水合物識別中的應用[J].南海地質研究(15)。北京:地質出版社，55 ~ 61。

宋海濱，張玲，蔣巍巍，等2003。海洋天然氣水合物的地球物理研究(ⅲ):類海底反射[J].地球物理學進展，18(2):182 ~ 187。