在本次地震探测试验工作之前, 已经在戈木错地区开展过天然气水合物区域地质调查工作, 并勾画出了天然气水合物远景分布区, 因此将本次地震反射探测试验工作布置于远景分布区内。在该远景区内共布置5条地震剖面, 其中L1~L4为纵剖面, 垂直地质构造走向, L5为地震联络剖面, 与L1~L4地震纵剖面垂直, 如图1所示。

本次试验选取中间激发两边对称的多次覆盖观测系统, 浅层反射地震探测采用600道接收, 道间距为2 m, 炮间距为10 m, 覆盖次数60次, 检波器为60 Hz中高频检波器, 每道采用6个检波器组合接收(3串2并)。中深层反射地震探测采用1 000道长排列接收, 道间距为5 m, 炮间距为20 m, 覆盖次数125次, 检波器为10 Hz低频检波器, 每道采用12个10 Hz检波器组合接收(6串2并)。采用的地震仪器为法国生产的Sercel 428XL遥测数字地震采集系统, 仪器记录开通道数600道或1 000道, 采样间隔0.5 ms, 记录长度为2 s(浅层反射)和4 s(中深层反射), 记录格式SEG-D, 前方增益12 dB。仪器在数据采集过程中采用全频带接收。

试验区位于羌塘盆地, 为自然生态环境重点保护区, 为保护当地的生态环境, 在激发震源选取方面, 我们选取了美国INOVA公司生产的AHV-Ⅳ 型车载可控震源。该可控震源吨位约27 t, 额定振动出力在62 000磅以上, 能确保每次振动的激发能量下传到较深的地层。通过试验, 选取了满足于要求的激发参数, 扫描频率范围设置为10~120 Hz, 扫描时间为12 s, 垂直叠加次数为2~4次。采用可控震源的优点很多, 可以通过增加扫描长度提高资料的分辨率, 通过增加垂直叠加次数和增加震源输出力及采用震源组合激发的方式提高地震记录的信噪比。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 戈木错地区地震测线布置

试验区共布设4条纵剖面(L1、L2、L3和L4)和一条联络剖面(L5), 其中L1~L4是4条相互平行的测线, 线距为4 km或6 km, 距离较近, 因此这4条线的地震反射剖面形态比较接近, 所反映的地层分布和地质构造特征类似。本次剖面推断解释选取纵测线L2和联络线L5, 其中L2道间距为2 m, L5道间距为5 m, 图5a和图6a分别为测线L2和L5的地震时间剖面, 图5b和图6b分别是测线L2和L5的地震时间剖面进行时深转换得到的地震深度剖面, 图7a和7b分别是测线L2和L5的时深转换速度曲线。

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 试验区L2地震时间剖面(a)和深度剖面(b)

图6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 试验区L5地震时间剖面(a)和深度剖面(b)

图7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 试验区L2的时深转换速度曲线(a)和L5的时深转换速度曲线(b)

图8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 试验区新近系底界面(a)和石炭系底界面等深度构造平面(b)

从图5a测线L2地震时间剖面中可以看到, 经过精细的地震数据处理过程, 地震反射时间剖面波组特征非常明显, 所反映出来的地质构造形态非常清楚, 剖面整体形态为一个单斜构造, 剖面上有多组信噪比较高的反射波组, 其中标注为T1和T6的两个反射波组波形稳定, 连续性好, 能够长距离追踪, 可以作为反射标准层。结合戈木错地区区域地质资料, 将T1反射波组解释为第四系和新近系地层的底界面, 将T6反射波组推断为石炭系地层的底界面。在T1反射波组的北侧能量较弱、不连续的区域推测是由岩石相变引起的, 使得反射纵波能量较弱, T1反射波组的南侧为基岩出露区, T1反射波组缺失。从剖面还可以看到, T1反射波组与下面几层反射波组呈非常明显的角度不整合接触。T6反射波组贯穿整个剖面, 与其下面的地层反射波特征差异非常明显, 在T6以下的反射波没有形成连续的反射波组, 反射能量较弱, 说明介质相对均匀, 波阻抗差异较小, 推断为前石炭系地层。在T1和T6这两个反射标准层的内部, 还可以看到多组较为连续的反射波组T2、T3、T4、T5, 由于试验区缺乏钻孔资料, 不能进行层位标定, 故推断这几组反射波组是由侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系地层之间的波阻抗界面形成的反射波。在剖面上共解释了两条断层, 分别为F1和F2, 这两条断层均倾向N, 为逆冲断层。其中断层F1由两条断层组成, 即在剖面上部, 有一个倾向S的断层与向N倾斜的主断层相交。

图6a为经解释的L5地震时间剖面, 该剖面为L1、L2、L3和L4的联络剖面, 近平行地质构造走向分布, 剖面上反映的构造形态相对较平缓。从图6a可以看到, 剖面上同样有多组信噪比较高的反射波组, 将T1和T4反射波组定为反射标准层, 结合区域地质资料, 推断T1反射波组为第四系和新近系地层的底界面, T2和T3反射波组推断解释为侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系地层之间的波阻抗界面形成的反射波, T4反射波组推断为石炭系地层的底界面。T1反射波组反映的第四系和新近系地层厚度在剖面上变化不大, 而T4反射波组反映的中— 古生界地层厚度变化较大, 即在剖面的南西方向厚度较大, 在剖面北东方向厚度较小。该剖面同样解释了3条断层F3、F4和F5, 均为逆冲断层。

图8a和8b分别为试验区新近系和石炭系等深度构造平面图, 从图 8a可以看出, 试验区新近系底界在测区中部埋深大, 在南北两侧埋深浅, 该探测结果与地表地质情况吻合。在L4线以西, 有一个局部高点, 在该高点两侧, 该界面埋深相对较大, 相对较深的部位位于L2线中部和L5线东部, 埋藏深度分别达320 m和500 m。由图8b可以看出, 试验区范围内的石炭系底界大致为一单斜, 即在试验区南部埋深较浅, 在试验区北部埋深较深, 在试验区西部埋藏较深, 在东部埋藏较浅, 最深的部位位于试验区内西北部。在试验区单斜构造背景上, 还叠加一个局部向斜构造, 向斜构造的轴部最深, 深度达 2 900 m。

已发现陆域天然气水合物的富集区在地下的埋深一般从几十米到几百米, 多呈片状、薄层状和浸染状, 加拿大马更些三角洲钻获的天然气水合物埋深多在200 m以下^[10], 而从我国青海木里地区多个钻获天然气水合物的钻孔来看, 天然气水合物埋深范围为188~367 m, 这就为我们在戈木错试验区探测天然气水合物的赋存位置和深度提供了一个参考。

天然气水合物的成藏需要同时具备多个条件:气源、运移通道、低温高压环境、储集和圈闭条件等。戈木错试验区所处的羌塘盆地具有永久冻土带分布广泛、有油气生成条件等特点, 有形成天然气水合物的必要条件。

1)试验区处于大沙河流域, 化探的研究成果表明, 大沙河泥火山带富含大量的酸解烃气体, 而且东部的烃类气体比西部更加富集, 这就为天然气水合物的形成提供了原始的物质基础;

2)试验区地处青藏高原, 平均海拔5 000 m, 冻土层分布范围广, 厚度大, 冻土层由于其本身的自重、低温和强度, 这就为天然气水合物的形成提供了一个相对稳定的低温高压环境;

3)从构造条件看, 试验区存在呈北东向隐伏的深大断裂, 规模大, 切割深、封闭性差、形成时间晚。大沙河泥火山带、平沙河泥火山带、唢呐湖泥火山带均分布于该断裂西侧或断裂上, 从遥感影像上可见该断裂向北东延伸至羌北坳陷中部, 可能为羌北坳陷中油气藏向中央隆起带运移的通道。而试验区位于该断裂最南端, 可能为油气运移的最末端, 为天然气水合物的形成提供气源运移的通道;

4)从储集空间看, 试验区内第四系松散沉积物和带状裂隙储集层上下叠置, 形成面大、厚度大、孔隙度大、连通性好, 是良好的天然气水合物富集成藏场所;

5)大沙河断裂的活动对试验区油气藏或天然气水合物破坏较大, 但大沙河断裂未活动时封闭性较好, 但7.6 Ka以来大沙河相对平静, 试验区保存条件较好, 7.6 Ka以来聚集于试验区的烃类气体在大片连续多年冻土条件下极具有形成天然气水合物的可能性, 且多年的冻土层也为天然气水合物的储存提供了一个很好的封闭条件。

综上所述, 该试验区具有良好的外源气源条件、输导构造条件、冻土条件和保存条件, 而且源输、藏保条件匹配关系好, 是形成天然气水合物的有利地区。

目前海洋天然气水合物的探测技术已相对成熟, 陆域探测尚处于探索阶段, 从海洋天然气水合物的大量研究结果来看, 断裂与天然气水合物的成藏有着密切的关系, 大多数的天然气水合物发现区都分布有断裂带^{[11, 12]}, 当断裂延伸到地层的基底时, 可以为深部的气源提供一个良好的向上输送的通道。在断裂破碎带的周围, 由于岩石破裂, 岩层裂隙度增大, 该空间裂隙就为天然气水合物富集提供了空间。戈木错试验区地下断裂十分发育, 从测线L2和L5的地震剖面就推断了多条逆冲断层。但是同时, 断裂也对天然气水合物的聚集有一定的破坏作用, 如果天然气水合物稳定带的生成时间先于断裂的形成时间, 当断裂穿过天然气水合物稳定带, 向上延伸至地表浅部乃至出露, 聚集的水合物就有可能逸出地表。对试验区所在的高原冻土区, 就要求在天然气水合物成藏的稳定带上部有着较厚的冻土层作为封盖, 才能避免其逸出地表。

由于不同的探测区域, 地震地质条件不同, 成藏条件不同, 天然气水合物的含量也不同, 因此识别天然气水合物的地球物理特征也不尽相同。羌塘盆地冻土区处于中纬度, 而俄罗斯西西伯利亚、美国阿拉斯加和加拿大马更些三角洲永冻土带处于高纬度, 由此导致的天然气水合物的物性特征差异和赋存条件也不尽相同^[4], 目前, 全世界在中纬度的陆域发现天然气水合物的只有我国青海木里地区, 本次试验区所处的羌塘盆地与木里地区的地质条件较为相似, 因此本次试验仅参考木里地区天然气水合物所表现的地球物理异常进行分析研究。在木里地区, 天然气水合物出现在粉砂岩、细砂岩、泥岩裂隙中, 相对于不含天然气水合物的围岩, 地震反射波在水合物所在的破碎带主要表现出了速度低、频率高、振幅弱的特征^{[13, 14, 15]}。

从测线L2的地震时间剖面图中可以看到, 所解释的断层F1是一条深部逆冲推覆断层, 错断位置从前石炭系一直延伸至地表浅部, 深部运移上来的气体容易耗散到大气中, 不利于天然气水合物的成藏。断层F2同样是一条逆冲推覆断层, 错断石炭系底界面的位置断距较大, 从深部前石炭系向上错断至约400 ms处, 但是未能使第四系和新近系底界面发生断裂, 这就为深部的烃源气体向上的运移提供了一个良好的通道并能保存下来。同时我们可以看到, 该处正好处于地层间角度不整合接触带, 在CDP 7864~8654之间, 这里的反射波组频率明显变高, 且振幅相对较弱, 推测是一处断裂破碎带, 这就为天然气水合物提供了一个富集空间, 这与青海木里地区发现天然气水合物区域所表现出来的地球物理特征极为相似, 结合其它地质和物探资料得知该区域上部地表冻土层较厚, 约为60 m, 为水合物的储集提供了一个圈闭封存条件。综上分析, 该处构造具备了天然气水合物成藏所需的多个条件, 非常有利于天然气水合物在此富集和储存。

同样, 从联络线L5的地震时间剖面图6a中可以看到, 断层F3和断层F5使第四系新近系底界面和石炭系底界面均发生错断, 断裂向上延伸至地表, 不利于天然气水合物的成藏, 而断层F4没能使最浅一组反射波组新近系底界面发生断裂, 从CDP8747到CDP9552, 在465 ms以上反射波振幅明显变弱, 反射波频率变高, 推测该处为一处破碎带。由于该处地形较低, 冻土层厚度约45~60 m, 较厚的冻土层为天然气水合物的成藏提供了良好的封闭盖层, 综合以上条件, 推断该处构造也是有利于天然气水合物的富集区, 该构造最大深度约为580 m。