4 AVO分析
振幅随炮检距变化AVO（Amplitude Versus Offset）分析与反演在天然气水合物的研究中被广泛使用［16～17，21～22，25～30］。振幅随炮检距或入射角的变化分析是揭示游离气是否存在的重要方法，已成为常规天然气勘探的主要手段［31，32］。理论研究与实验室测量表明，高孔隙度沉积物含少量的天然气，泊松比就可降低到0.1［33］。此时纵波速度有较大降低，而横波速度很少变化。由于沉积物中少量游离气的存在就可导致其泊松比的急剧下降，因此，在共中心点道集、角道集上呈现反射振幅随炮检距或入射角纵增大而增大——正AVO异常的现象。AVO分析的基本公式如下：
式中，R为反射系数，P为截距分量，G为梯度分量，θ为入射角，α为纵波速度，β为横波速度，ρ为密度，μ为剪切摸量，（P-G）/2为拟横波分量。
用于AVO分析的数据通常为共中心点道集，在无法得到共中心点道集时，则使用共炮点道集〔如分裂排列剖面SAP（Split Spread Profile）〕或共接收点道集〔如海底检波器OBH（Ocean Bottom Hydrophone）数据〕。在AVO分析前，通常需对地震数据进行震源组合校正［21，34］、检波器组合校正、球面扩散校正与振幅标定。通常单个气枪或十字排列的气枪阵可以作为点源，不作震源组合校正。
检波器组合校正的公式为：
式中，n为组合中检波器数目，Δx为检波器间距，单位为m，λ为地震波长，θ为入射角。球面扩散校正简单地来说，用地震数据乘上对应的双程旅行时间即可。而严格地讲，需利用速度计算相应的传播距离，进行校正。振幅标定通常利用海底第一次多次波与海底反射的比值求得海底的反射系数进行。炮检距与入射角的相互关系为
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式中，θ为当前反射层的入射角，v为上覆层的层速度，vrms为均方根速度，t（x）为对应炮检距x反射层时间。
根据反射层的不同弹性参数（纵波速度、横波速度、密度或纵波速度、泊松比、密度）模型，正演计算单个反射层的反射系数的变化特征，或计算合成地震图，拾取理论的AVO响应。与拾取的实际AVO响应、经校正的共中心点道集或角道集对比分析，探讨BSR的成因，如可能分析是否存在游离气、游离气的厚度、水合物的厚度、水合物的饱和度。由于游离气饱和度为2%的沉积物与100%的沉积物的泊松比差别极小，因此AVO分析通常无法估算游离气的饱和度。此外，由于沉积物水合物、游离气饱和度与其弹性参数的关系的研究没有定论，因此理论的AVO特征也在争论之中，而AVO不仅与下层的弹性参数有关，还与上层的弹性参数有关，还可能受薄层（包括上、下层都可能是薄层）的影响，因此分析对比相当复杂，也可能是多解的。因此，发表的AVO分析论文通常要进行一些假定，如Tinivella的论文［17］没有考虑薄层调谐情况。
Minshull等［25］发现Markran增生楔的共中心点道集上BSR的振幅（绝对值）随炮检距增大而增大，Kirchoff正演模拟表明，BSR下方泊松比为0.1，指示游离气的存在。Hyndman等［21］对Cascadia大陆边缘BSR的AVO分析阐述得比较详细，Cascadia大陆边缘BSR的振幅也呈现随炮检距增大而增大的现象，但不同模型的反射率法正演对比表明，上边界梯度变化、下边界突变、半厚度17m的水合物楔状模型最为合理。Hyndman认为，游离气模型无法解释观测到的AVO响应，研究区BSR下方不存在游离气，或游离气太薄，地面地震无法分辨［21］。Minshull与Hyndman的工作表明，振幅随炮检距增大而增大的特征不只是与游离气带模型有关，还可能与水合物楔状模型相联系［21，25］。
Lee等［22］也表明，正AVO异常（即振幅随炮检距增大而增大）并不能确定游离气是否存在。但单层AVO反演的低纵波速度与CMP显示的AVO异常指示研究区——布莱克海台游离气带的存在。Lee等的AVO工作，除常规的振幅校正，还作了衰减校正、调谐效应校正、与透射、低波阻抗层的衰减、非平面的散射有关的附加校正。假定水层与BSR之间的品质因子为150进行了衰减校正；认为BSR振幅的25%是由于调谐引起的进行了调谐效应校正；通过对拾取的振幅增加25%进行了附加校正；这3个校正数值实在令人难以信服，作者也声明很难估计出正确的振幅校正值。根据AVO响应，在假定上覆层参数与密度已知情形下，用广义线性反演方法得到下一层的横波速度、纵波速度。Lee等的论文再三强调，波形反演可能对薄层、调谐情形处理较为合理，并遗憾地声明他们没有这个工具，只能如此。
Katzman的AVO研究［16］利用了广角的海底地震仪数据。观测到振幅随炮检距的变化相当复杂，既不是正AVO异常，也不是负AVO异常。在大炮检距存在大于临界角的反射与Diving waves弯曲波。对不同厚度的游离气带模型与水合物楔状模型用反射率法计算了合成地震图，与实际数据对比分析AVO特征，认为布莱克海台的BSR用游离气带模型解释比较合理，且游离气带厚度小于25m或底边界是渐变的。
Andreassen等［28］对俄勒冈岸外与阿拉斯加北部的Beaufort海的BSR进行了AVO分析。他们的AVO分析基于射线追踪与Zoeppritz方程相结合的正演模拟。研究表明，在含水合物沉积的饱和度小于30%的情形下，BSR的AVO研究可以确定BSR下方是否存在游离气；而在水合物饱和度较高情形下，无法确定游离气是否存在。AVO研究也可以初步估算水合物的饱和度，但是地震数据并不能确定游离气的饱和度。两个地区的研究表明，高振幅BSR主要与下伏的游离气有关。上方沉积物的水合物饱和度小于10%。
Carcione等［30］的理论AVO分析表明，游离气饱和度的增加会引起近炮检距反射系数的增大。但在给定游离气饱和度情形下，很难估算低饱和度的水合物数量。Tinivella等［17］在假定没有薄层情形下，用层剥离优化方法基于校正的海底地震仪AVO数据反演了5层的纵波速度、横波速度。水层的参数已知。
值得指出的是，AVO分析在天然气水合物沉积物与下伏游离气沉积物的研究中的作用是有争议的。
