柴 祎 郝小柱

广州海洋地质调查局，广东 广州 510760

天然气水合物是烃类气体在低温高压条件下与水混合形成的笼形化合物，广泛分布于大陆永久冻土、海洋浅层沉积物中。海洋中的天然气水合物主要存在于水深大于300米海底以下2000m以浅的沉积层中[1]。海底地震仪是放置于海底的检波器，其直接与海底接触，可以采集到纵波和横波数据，而且其采集的数据是宽方位角，其信息可以有效地接受来自于高阻层之下的地层反射或者折射。前人研究表明横波速度在天然气水合物中不论其饱和度如何变化，速度变化始终较小；纵波速度随着天然气水合物的饱和度的减小，其速度会越来越小。海底地震仪就是利用这一靶点探测天然气水合物。

1 海底地震仪观测系统设计

观测系统设计的目的是找到最佳的采集参数组合和海底地震仪（OBS）分布间距，使海底沉积层的成像能够满足勘探需要。一般采用射线追踪法和波动方程法正演以及聚焦理论进行分析研究，确定采集参数和OBS的布局方式，从而实现观测系统的设计[2]。鉴于OBS一般和海面拖缆联合采集，设计时也应考虑施工因素。观测系统的设计必须首先根据地质资料对目的层进行地质建模，然后用利用正演优选炮间距、测线间距以及OBS的间距和排列方式。虽然投放于海底的OBS数量有限，但是选取合适的参数通过合理布局，可以获得较好的纵横波信息和转换波信息。广州海洋地质调查局通过实验得出了在南海某海域，要取得良好的成像效果，OBS间距分部小于500m的结论[3]。

2 数据处理技术

海底地震数据处理的主要目的就是获得有效的PP波和PS的速度信息，改善地震剖面的成像质量，进一步弄清天然气水合物矿体的外部形态和内部速度结构，为综合识别、预测和评价水合物矿体服务。

OBS数据处理分为预处理和常规处理。

1）数据解编和格式转换

把野外数据从OBS里导出，再把每个分量的数据转换成后处理及解释所需要的格式。

2）二次定位

OBS投放后，受水流的影响一般会漂离投放位置，因此，需要根据采集得到的数据进行二次定位。检波点位置二次重定位分析是基于限定偏移距范围内，经过线性动校正后观测初至时间是否对齐，以此为依据来判断检波点位置坐标是否存在偏差。

3）时间校正

由于OBS放置于海底没有GPS的精确授时，主要依靠内部时钟计时，由于海底环境的变换会产生的时间偏差。时间校正就是为了消除时间漂移对初至波走时的影响。

4）水平分量旋转

在投放OBS的过程中，OBS会发生旋转和水平漂移，造成OBS的沉底位置与设计的方位有差异而导致预定的水平分量接收方位不在最佳的极化方向，因此要对水平分量作旋转。

5）基准面校正

OBS勘探其放炮点和检波器点不在同一个基准面上而是上下高差很大，因此需要做基准面校正。选用海水面做基准面可用有限差分法波场延拓技术进行处理，相当于常规处理中的静校正[4]。

6）常规处理包括滤波、反褶积、增益、傅里叶变换以及频谱分析、速度分析[5]。其中速度分析是处理的重中之重。

速度分析包含P波速度分析和PS速度分析。P波速度分析与常规的NMO速度分析相同，PS波由于其时距曲线不是双曲线，需要求取转换波时距曲线，按照转换波时距曲线进行振幅叠加求取速度谱，进而进行速度分析[6][7]。

3 资料解释应用

海底地震仪所采集的数据不仅是广角数据，而且包含了纵横波以及转换波信息。通过分析处理可以得到沉积物中天然气水合物和游离气的分布情况以及天然气水合物沉积层孔隙度、饱和度等物理参数。具体而言主要包括以下几个方面

3.1 天然气水合物响应特征

海底地震仪放置于海底，能够接收到纵波和转换横波，综合利用这些信息，可以更好的为描述海底沉积层构造特点和含油气属性服务，这也是其优势所在。通过前人研究得知纵波在纯天然气水合物中的速度一般很高，因此天然气水合物含量越高，P波速度相应也越高，若水合物中含有气体则其速度会大幅降低。而横波只是在固相介质中传播，因此沉积层中是否含有非固相介质对于其速度传播基本没有影响。由此可以得出如下推论：除开地质因素影响，若P波速度谱在某段降低，而S波速度谱无变化，则此段地下可能存在游离气；P波速度谱在某段升高，而S波速度谱无变化，预示该区域的该段内可能存在天然气水合物。所以在通过分析P波，PS波速度曲线判断是否存在天然气水合物时，一定要充分考虑工区地质条件，排除地质因素后的速度变化才是真正的异常响应[5]。

3.2 AVO分析与反演

天然气水合物层所独有的纵横波特征使得AVO分析与反演技术在OBS的勘探中发挥着广泛的作用[8]。OBS采集海底各岩层的弹性波的多波多分量信息，在利用振幅随偏移距变化（AVO）进行弹性参数反演中，这些分量对反演所作的贡献是不同的，体现在各反射波的反射系数与弹性参数的信息量及其组合关系的关联程度是不同的。利用波场正演技术分析研究海底多波地震资料中蕴含弹性参数的信息，有助于充分利用海底多波地震资料提高AVO反演弹性参数的可靠性[9]。

4 结论

近年来，OBS应用于探测天然气水合物技术取得了很好的进展，在实际应用中也取得了较好的效果。今后OBS的发展取决于本身检波器的发展和OBS数据的处理。本文简单介绍了OBS探测天然气水合物技术，从观测系统的设置，到处理以及资料的应用都做了概述。在这些流程中OBS数据的处理最关键，如何找到一种适用且成熟的处理方法有待于更多的研究。

[1]潘继平，李思田 ，许红. 天然气水合物的重要特征与评价及其在中国海域的勘探前景[J]. 海洋地质与第四季地质，2000，20（1）:63-72.

[2]曾先军，伍忠良，郝小柱. 天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合采集技术一海底地震仪观测系统研究 [J]. 海洋技术 ，2010，29（1）:124-130.

[3]伍忠良，马德堂，沙志彬. 海底地震观测系统设计方法研究[J]. 西安科技大学学报，2011，31（2）:194-197.

[4]杨锴，徐世勇等. 有限差分法波场延拓海水基准面校正[J].中国海上油气（地质），1999，13（5）:p342-345.

[5]夏常亮，刘学伟，夏密丽，刘恩华. 应用OBS探测海底天然气水合物[J]. 勘探地球物理进展 2008，31（4）:259-264.

[6]Jurgen Mienerta. Stefan Bunza. Ocean bottom seismometer investigations in the Ormen Lange area offshore mid-Norway provide evidence for shallow gas layers in subsurface sediments[J]. Marine and Petroleum Geology，2005，（12）:287-297.

[7]Chris LeBlanc，etc. Gas hydrate off Eastern Canada:Velocity models from wide-angle seismic profiles on the scotian Slope[J]. Marine and Petroleum Geology，2007，（24）:321-335.

[8]吴志强，陈建文，龚建明，肖国林，文 丽. AVO技术在水合物勘探中的应用[J]. 海洋地质动态，2004，20（6）:31-35.

[9]顾家明，王家映，江涛，朱光明. 海底多波多分量AVO蕴含弹性参数信息的定量分析[J]. 2000，35（1）:56-63.