国内外研究现状分析

自然界中的天然气水合物是20世纪60年代在西伯利亚西部冻土带下面的沉积物中首次发现的。70年代在海洋沉积物中发现了天然气水合物。随着近期大洋钻探（ODP）与地震调查的发展，人们发现天然气水合物在世界大陆边缘广泛分布。然而应该指出的是，90年代以来，天然气水合物的研究才蓬勃发展。大洋钻探计划对海洋天然气水合物的研究给予高度重视，设立了专项调查航次。如ODP164航次在北美东南大陆边缘布莱克海台钻了三口井，均钻穿预测的BSR深度，采获了固态气体水合物样。日本通产省实施了勘探开发南海海槽区域海洋甲烷水合物的五年计划（1995～1999）。1999年，3000m深的勘探井钻探了南海海槽增生楔的甲烷水合物沉积，获得了可喜成果。

海洋天然气水合物主要通过地震方法BSR识别。但是，没有BSR分布的区域，也发现有天然气水合物的存在（如ODP164航次）。虽然BSR与天然气水合物的底界相对应已成共识，但对BSR的成因尚有两种解释，一种认为是含水合物沉积物与含水沉积物的分界引起，一种认为是含水合物沉积物与含游离气体沉积物的分界引起，前者强调主因是含水合物，而后者强调主因是含游离气体。此外，有关天然气水合物的形成机制，也有两种模型——“游离气体带模型”与“水合物楔模型”。而这些问题的认识只有通过得到有关水合物沉积的速度、弹性参数结构加以认识。

此外，更重要的是为了准确地了解BSR上方孔隙中水合物的数量、BSR下面游离气体的分布，天然气水合物沉积的地震速度结构研究在20世纪90年代开始兴起。国外研究者开展了大量的反射地震数据的正演与反演研究（Miller等，1991；Hyndman等，1992；Singh等，1993；MacKay等，1994；Lee等，1994；Minshull等，1994；Katzman等，1994；Wood等，1994；Singh等，1994；Andreassen等，1995；Holbrook等，1996；Yuan T.等，1996，1999；Korenaga，J.等，1997；Carcione等，2000；Ecker等，2000；Xia等，1998，2000），在Science、Geology、JGR、Geophysics等刊物上均有一些论文相继发表。这些研究利用BSR反射系数、反射数据波形模拟以及振幅随炮检距变化（AVO）信息来约束BSR上方与下方地震纵波速度的变化。可见，天然气水合物研究中尚限于叠加速度分析、旅行时反演、叠后波阻抗反演，AVO分析，正在进一步研究的是一维叠前广角反射波形单参数反演。而一维半空间的弹性参数反演无论在天然气水合物的研究方向上还是其他地球物理研究方向上均可望取得突破与广泛应用。获得的多个弹性参数对识别天然气水合物与游离气体的特征相当重要，比现今仅利用单个参数——纵波速度来分析具有合理性。反演基于矢量波动方程，而不是基于声波方程，更符合天然气水合物沉积中纵、横波传播耦合的实际情况。(https://www.daowen.com)

我国对天然气水合物的研究基本处于调研起步阶段。“九五”期间，中国大洋学会组织了“西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”；国土资源部组织了“中国海域气体水合物找矿前景研究”；863计划820主题也支持了“海底气体水合物资源勘查的关键技术”前沿性课题；1999年国家自然科学基金委员会批准了3项涉及天然气水合物研究的基金。1990年，中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室科研人员曾与莫斯科大学冻土专业学者成功地进行了天然天然气水合物工合成试验，1991年，该实验室又进一步研究了合成的条件。近年来，根据初步的BSR识别，我国科研工作者认为南海的西沙海槽北部陆坡、东沙岛附近、笔架南盆地、南沙海槽、南海南部的沙巴岸外、冲绳海槽、台湾东北及东南等海域是天然气水合物的可能分布区。1999年大洋钻探ODP184航次的北部两个钻孔中发现了较高的甲烷含量和较低氯离子浓度的孔隙水等天然气水合物异常。初步认为中国边缘海可能有可观的天然气水合物潜力。由于尚无开展系统研究，也没有建立高新的地球物理、地球化学探测技术体系，对BSR识别的合理性、天然气水合物在中国边缘海的分布及蕴藏量缺乏深入认识。跟国外的天然气水合物研究相比远远落后，与我国作为一个拥有300万km2管辖海域面积的能源消耗大国的地位极不相称。

要认识天然气水合物的资源潜力及其对环境的影响，在海底不稳定方面的作用，研究的重要问题是准确地了解天然气水合物特别是其主要组成——海洋天然气水合物的分布与数量。海洋沉积物中分布的气体水合物的底界在地震剖面上通常被识别为拟海底反射（BSR），因而在研究早期通过地震调查容易圈定海洋天然气水合物的大致分布范围。而目前，海洋天然气水合物的高分辨率地震速度、弹性参数结构研究已成为必须要解决的关键问题，它是较好地了解天然气水合物的分布、数量及形成机制的重要手段，是海洋地球物理研究的前沿课题。该课题的研究对深入认识天然气水合物在全球资源、环境、灾害中所起的作用具有重要的科学意义。因此，为正确识别BSR、获得天然气水合物沉积高分辨率的速度、弹性参数结构，研究高分辨率地震采集、地震特殊处理、基于矢量波动方程的多个弹性参数叠前正、反演，进而估算天然气水合物的分布与数量，探讨其形成机制是国际上天然气水合物研究中关键技术。