中心在评估天然气水合物储层速度频散与衰减频率依赖性方面取得进展

波速与衰减是表征天然气水合物储层的重要地球物理参数，既能定性识别天然气水合物的空间分布，又可定量估算储层中水合物饱和度。现有多种跨频段的地球物理探测手段用于测量分析水合物储层物性特征，工作频段涵盖数十赫兹（VSP、地震反射）、数百赫兹（井间地震）、数千赫兹（声波测井）、至兆赫兹（超声波）。但高频声波特性通常需要外推至低频勘探领域，例如，超声波实验结果能否适用于水合物储层的地震波及测井频段仍存疑义。另外，声波测井获取的波速数据常被用于构建不同钻探区水合物储层的地质速度模型，这些模型对地震剖面时深转换至关重要。为确保时深转换精度，将声波测井速度转换至地震速度时需充分考虑水合物储层速度的频率依赖性。

尽管野外地球物理勘探和室内岩石物理实验的大量观测结果均证实含水合物沉积物存在波速升高的现象，但目前仍存在两大未解问题：（1）不同频域的速度增量差异；（2）含水合物沉积物是否存在速度频散现象。此外，大量实测结果表明，含水合物沉积物的衰减特征存在显著的地域差异性、实验差异性和频段差异性。目前，天然气水合物储层衰减频率响应特征及其衰减增强或减弱的成因机理仍不明确。目前，天然气水合物储层衰减的各种矛盾现象可能源于以下因素导致的不同衰减机制：水合物饱和度、赋存形态、渗透率、地层厚度、岩性特征以及勘探频率。通过在同一水合物储层位置开展多频域地球物理勘探方能阐明控制水合物储层速度频散和衰减频率响应的主导因素。

中心研究团队通过分析对比加拿大Mallik冻土带和日本Nankai海槽天然气水合物储层的VSP和测井数据，评估了含水合物储层的波速频散与衰减的频率依赖性特征，并采用岩石物理模型模拟了Mallik冻土带和日本Nankai海槽宽频带纵、横波速度与衰减，与实测结果对比。研究结果表明：日本Nankai海槽因存在薄层、低饱和度水合物层，呈现显著的波速频散与衰减的频率依赖性（图1）；而加拿大Mallik冻土带由于发育厚层、高饱和水合物层，频散与频率依赖性较弱。中心研究团队进一步收集全球水合物储层的地震、VSP、测井、井间地震、超声波衰减数据，综合分析表明，由于孔隙尺度的水合物效应，纵、横波衰减均具有频率依赖性，且衰减峰值出现在声波测井频段（图2）。上述研究结果表明对于薄层、低饱和度水合物储层，基于声波测井速度进行地震资料的时深转换时，需考虑勘探频率的影响，从而提高水合物储层表征的精度。该研究成果发表于《Marine and Petroleum Geology》，中心詹林森特聘副研究员为第一作者与通讯作者，卢海龙教授为共同通讯作者。

图1 日本Nankai海槽(a) PSW1井和(b) PSW3井基于零偏VSP数据(地震频段)与单极子声波测井数据(测井频段)获取的纵波速度对比。

图2 全球各水合物勘探区域纵波（a）与横波（b）衰减随勘探频率变化关系。不同彩色符号表示不同勘探区域实测结果：地震波频段（含野外勘探与实验模拟）、井间地震频段、测井频段、及超声波频段的观测数据。黑线为岩石物理模型模拟结果。

原文信息如下：

Zhan, L., Matsushima, J., Liu, H., Lu, H., 2025. Evaluation and modeling of velocity dispersion and frequency-dependent attenuation in gas hydrate-bearing sediments. Mar. Pet. Geol. 171, 107204. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.107204