南海北部天然气水合物赋存带识别与深度预测

图 １ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ南 海 北 部 神 狐 海 域 Ａ 测 线 的 地 震 剖 面（曲线为可能的 ＢＳＲ，椭圆区域为空白反射区） Ｆｉｇ．１ Ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ Ｌｉｎｅ Ａ，Ｓｈｅｎｈｕ Ａｒｅａ（ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ＢＳＲ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｌｉｐｓｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｂｌａｎｋ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｒｅａ）
１ 赋存带识别
一般的，ＢＳＲ 被认为与水合物稳定带的底界有着 密切的关系［２］，ＢＳＲ 在地震剖面上具有明显的极性反
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２０１１ 年
转特征，因此，识别 ＢＳＲ，也可以说识别水合物稳定带 底界是相对比较容易的，水合物赋存带往往包含在水 合物稳定带内 ，其 顶 、底 界 没 有 十 分 明 确 的 地 球 物 理 识别标志 ，针对 这 一 难 点 ，我 们 采 用 了 多 属 性 相 互 印 证的方法，对水合物赋存带的顶、底界进行了预测。
２０１１ 年 ８ 月 海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质
第 ３１ 卷 第 ４ 期 ＭＡＲＩＮＥ ＧＥＯＬＯＧＹ ＆ ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ ＧＥＯＬＯＧＹ
ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４０．２０１１．０４１４１
Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１１
进一步考察 波 阻 抗 剖 面 （图 ４），在 前 述 目 标 区 域 内 ，可 见 一 个 明 显 的 高 波 阻 抗 体 ，其 阻 抗 值 超 过 了 ４ ０００Ω，而其上下区域的波阻抗值仅在 ３ ０００Ω 左 右，这也再一次印证了水 合 物 的 赋 存 。 ［２７］ 仔 细 读 取 高阻 抗 体 的 双 程 旅 行 时 坐 标，其 顶 部 约 位 于 １ ７３０ ｍｓ处 ，而 底 部 约 位 于 １ ８８０ ｍｓ处 。
神狐海域位于南海北部陆坡珠江口盆地珠二坳 陷白云 凹 陷 南 侧［１６］，水 深 ９００～１ ５００ ｍ，海 底 地 形 总 体 呈 东 北 高 、西 南 低 的 形 态 ，区 内 存 在 古 近 系 文 昌 组－恩平组巨 厚 烃 源 岩［１７］、浅 海 三 角 洲 砂 岩 储 层 和 新近系陆坡大型珠 江 深 水 扇 储 层，东 沙 运 动 在 研 究 区形成了大量断裂 和 大 型 底 辟 带，地 层 褶 皱 变 形 强 烈［１８］，具有良好的天然气水合物勘探前景 。 ［１９－２２］
基金项目：中国科学院可再生能 源 与 天 然 气 水 合 物 重 点 实 验 室 基金项目（ｏ９０７ｊｂ１００１）；国土 资 源 部 公 益 性 行 业 科 研 专 项 基 金 项 目 （２００８１１０１４）；国家 自 然 科 学 基 金－广 东 联 合 基 金 项 目 （Ｕ０９３３００４）； 中 国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 重 要 方 向 项 目 （ＫＧＣＸ２－ＹＷ－８０５）
作 者 简 介 ：杨 睿 （１９８０— ），硕 士 ，研 究 实 习 员 ，主 要 从 事 海 洋 天 然 气 水 合 物 地 震 研 究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｒｕｉ＠ｍｓ．ｇｉｅｃ．ａｃ．ｃｎ
收 稿 日 期 ：２０１０－１０－１９；改 回 日 期 ：２０１１－０３－１１． 周 立 君 编 辑
第 ４ 期
杨 睿 ，等 ：南 海 北 部 天 然 气 水 合 物 赋 存 带 识 别 与 深 度 预 测
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图２ 南海北部神狐海域 Ａ 地震测线 ＡＶＯ 反演剖面（乘积相关剖面） Ｆｉｇ．２ ＡＶＯ （Ｐ＊Ｇ＊Ｃ）ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｌｉｎｅ Ａ ｉｎ Ｓｈｅｎｈｕ ａｒｅａ，ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ
水合物的识 别 除 了 ＢＳＲ 具 有 普 遍 的 指 示 作 用 以 外 ，还 有 多 种 地 震 属 性 可 供 处 理 和 解 释 人 员 参 考 ， 如 速 度 异 常、波 阻 抗 值 异 常、瞬 时 属 性、ＡＶＯ 等 ，这 ［１１－１５］ 就为解决 赋 存 带 边 界 识 别 问 题 提 供 了 可 能。本文选取南海 北 部 神 狐 海 域 为 研 究 区，尝 试 了 以速度为主要判别 依 据，以 波 阻 抗 反 演 数 据 为 佐 证 的 方 法 ，对 水 合 物 赋 存 带 进 行 了 识 别 ，并 依 据 速 度 突 变确定了水合物 赋 存 带 的 顶、底 界，接 着，以 叠 加 速 度谱为基础数据预测了南海北部神狐海域 Ａ 测线 的水合物赋 存 深 度、厚 度，取 得 了 可 信 度 较 高 的 结 果，经实地 钻 井 证 实，预 测 结 果 与 钻 探 结 果 基 本 吻 合 ，但 厚 度 的 预 测 误 差 仍 然 较 大 。
关 键 词 ：天 然 气 水 合 物 ；水 合 物 赋 存 带 ；速 度 ；波 阻 抗 ；南 海 北 部 中 图 分 类 号 ：Ｐ７４４．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０２５６－１４９２（２０１１）０４－０１４１－０７
天然气水合物 是 由 水 分 子 和 天 然 气 （通 常 以 甲 烷为主）构成的笼型结构固态晶体 。 ［１］ 通常情 况 下， 天然气水合 物 多 赋 存 于 海 底 以 下 ５００ ｍ 左 右 的 沉 积物中 。 ［２］ 水合物稳定带是指地下温度和压力 处 于 天然气水合物形成的热力学稳定范围的特定区域， 它 表 征 了 水 合 物 形 成 的 最 大 可 能 范 围 ；空 白 带 ，也 叫 天然气水合物地震空白带现象，它往往与 ＢＳＲ 相伴 生，且常出现在 ＢＳＲ 上 方，是 由 于 水 合 物 与 沉 积 物 均匀混合致使在地 震 剖 面 上 出 现 连 续 的、反 射 振 幅 减 弱 的 区 域 ，它 是 一 个 典 型 的 地 球 物 理 成 像 现 象 ，是 水合物存在的地球 物 理 标 志 之 一；本 文 所 研 究 的 水 合 物 赋 存 带 ，是 指 地 下 连 续 的 、含 有 水 合 物 的 实 际 地 层，该区域只取 决 于 水 合 物 矿 藏，与 ＢＳＲ 没 有 必 然 关 联 ，对 它 的 研 究 ，有 助 于 定 量 地 研 究 水 合 物 沉 积 模 式 及 成 藏 系 统 ，同 时 ，也 为 资 源 量 预 测 和 勘 探 开 发 提 供更为准确的参考数据。
目 前 ，对 于 水 合 物 稳 定 带 和 空 白 带 的 研 究 ，已 取 得 了 众 多 成 果 。Ｄｕａｎ 等 在 大 量 实 验 基 础 上 ，得 到 了 天然气水合物稳定带底界的热力学温度以及压力在 三相平 衡 曲 线 中 的 表 达 式［３－５］；Ｍｉｌｋｏｖ等 于 ２０００ 年 计 算 了 墨 西 哥 湾 陆 架 的 水 合 物 稳 定 带 厚 度［６］；我 国 的葛 倩、唐 勇 等 也 于 ２００６ 年 分 别 讨 论 了 南 海 和 冲
４ 中油集团 东方地球物理公司研究院长庆分院，西安 ７１００２１； ５ 广州海洋地质调查局，广州 ５１００７５）
摘要：利用地球物理方法，在钻探前对水合物赋存带进行识别和深度预测，可 以 为 钻 探 井 位 的 选 取 及 井 深 的 规 划提供直接的数据支持。在我国南海北部二维地震数据的基础上，以速度为主 要 判 别 依 据，以 波 阻 抗 反 演 为 佐 证， 识别水合物赋存带的顶、底界，并以叠加速度谱为基础，预测神狐海域 Ａ 测线预测井位的水合物赋存深度。 在 此 数 据 的 指 导 下 ，经 钻 探 证 实 ，该 钻 位 在 预 测 深 度 附 近 确 实 存 在 高 饱 和 度 的 水 合 物 矿 藏 。
钻 探 前 ，通 过 对 目 标 海 域 地 质 、构 造 及 地 震 勘 探 等资料的综合分析，结 合 水 合 物 赋 存 的 一 般 地 球 物 理特征，我们首先 优 选 了 测 线 Ａ（图 １）作 为 最 有 利 目标之一，然 后 对 其 进 行 了 叠 前 及 叠 后 偏 移、ＡＶＯ 反演及属 性 分 析 （图 ２）、三 瞬 属 性 提 取 及 分 析 （图 ３）、波阻抗反 演 （图 ４），其 目 的 有 二：一 是 多 角 度 识 别 、印 证 天 然 气 水 合 物 的 存 在 ；二 是 更 为 准 确 地 预 测 水合物赋存深度，为 下 一 步 的 钻 井 取 样 提 供 更 为 可 靠的参考数据。
图２所 示 的 是 Ａ 测 线 的 ＡＶＯ 剖 面，它 较 好 地 反映了地 下 的 气 层 信 息。 仔 细 观 察 前 述 的 目 标 区 域，可发现在 ＢＳＲ 处 及 空 白 带 的 顶 部，且 仅 在 这 两 处，有明显的薄气层 发 育，顶 部 的 气 层 位 于 约 １ ７００ ｍｓ处，而底部的气层位于约 １ ９００ ｍｓ处，这可能与 水合物藏底部存在气源及其分解有关。然而要确定 这 种 猜 测 ，尚 需 进 一 步 考 证 。
以１ｓ为时窗，对测线 Ａ 的地震剖面进行扫描， 如图１所示，可发现在 ＣＤＰ ７００ 至 ＣＤＰ １２００、双 程 旅 行 时１ ７００～２ ２００ｍｓ这 个 区 域 内 ，存 在 一 个 明 显 的 强 反 射 面 ，趋 势 与 海 底 近 似 平 行 ，该 界 面 横 向 不 连 续，仔细观察，可见 明 显 的 穿 层 现 象，将 局 部 振 幅 值 放 大 后 ，与 海 底 具 有 明 显 的 反 极 性 特 征 ，初 步 判 断 该
界面为 ＢＳＲ［２３－２４］；强 反 射 层 上 部，有 明 显 的 振 幅 空 白反射区，区 内 振 幅 变 化 较 不 明 显，与 周 围 形 成 反 差，有效地震信息 较 难 识 别，呈 团 块 状 分 布，考 虑 为 空 白 带 。 ［２５］
仅从地震 剖 面 做 出 判 定，显 然 是 不 够 充 分 的。 图３为经过瞬时振 幅 属 性 提 取 的 地 震 数 据，众 所 周 知 ，瞬 时 振 幅 剖 面 更 能 反 映 振 幅 空 白 带 特 征 ，由 于 沉 积物空隙被水 合 物 充 填 胶 结，使 地 层 变 得 “均 匀 ”， 在地震反射剖面上通常呈现弱振幅或振幅空白带。 振幅的强弱与 水 合 物 含 量 有 关，水 合 物 含 量 越 高， 振幅越弱 。 ［２６］ 在这张剖面上，更 为 清 晰 地 显 示 了 前 述目标区域内的强 反 射 面，且 其 上 存 在 明 显 的 团 块 状振幅空白带，其范围约为 ＣＤＰ ８５０ 至 ＣＤＰ １０５０、 双 程 旅 行 时 １ ７００～２ １００ ｍｓ。