Cauvery-Mannar盆地地震烟囱体作为气体运移通道及其对水合物富集作用的AVA分析新见解

本文聚焦于Cauvery-Mannar盆地，探讨了地震烟囱体（Seismic Chimneys）作为深部气体向浅部运移的关键通道在天然气水合物（Gas Hydrates）系统中的作用。研究通过振幅随角度变化（AVA）分析，揭示了烟囱体通过超压诱导的水力压裂（Hydrofracturing）形成，促进了气体的垂向和侧向运移，并在水合物稳定带（GHSZ）底部形成不渗透层，导致BSR（Bottom Simulating Reflector）处出现强III类AVA异常，为被动大陆边缘水合物系统的成因机制提供了重要见解。

　　

Highlight

Cauvery-Mannar盆地中的水合物与游离气系统

图2展示了沿测线NS-10的未解释和已解释地震剖面及其各种属性。根据在CDP点范围1500-1850、2900-3410和4090-4200观测到的BSR斑块，推断存在天然气水合物和游离气。一个显著的高振幅反射层，被识别为含气层（图2b），标志着含气沉积物的顶界，在该界面下方观察到振幅衰减。

在CDP点3100和3200之间观察到一个烟囱状结构，其起源于约2.5秒（双程走时）深度处的深部含气地层。该结构向上延伸，穿过BSR，顶部止于约1.6秒深度。该烟囱体高约650米，宽约1000米，其边界以混乱反射和振幅空白带为特征。烟囱体内部及其周围观察到的强振幅异常表明存在高浓度的游离气或水合物。烟囱体顶部正上方的BSR表现为强负极性反射，与海底反射极性相反。BSR的振幅在烟囱体附近最强，并向两侧减弱。

深部含气沉积物

BSR下方低于1.4公里/秒的低沉积物速度被广泛认为是含气沉积物的指示标志（Dickens et al., 1997; Holbrook et al., 1996）。在南部水合物海岭，Tréhu等人（2004）报告了BSR下方的高气体饱和度，表明存在稳态气体运移系统。除了速度异常，BSR下方的低振幅区也被解释为临时的气体储集层（Ye et al., 2019）。Bale等人（2014）利用声学异常来识别水合物和含气沉积物。在我们的研究中，BSR下方观察到的强负振幅（图2b中的红色）被解释为含气沉积物。这些振幅异常在BSR连续的区域尤为明显，特别是在烟囱体附近及其上倾方向。BSR下方含气沉积物的存在通过AVA分析得到进一步证实，该分析显示了III类AVA异常（负截距和负梯度），这是含气砂岩的典型特征（Rutherford and Williams, 1989）。此外，烟囱体侧翼的振幅空白带可能表明存在游离气或流体，它们散射地震能量，导致振幅衰减。

气体运移模式与烟囱体的作用

在Mannar盆地，深部含气地层是浅层水合物系统中碳氢化合物的主要来源。气体通过断层、裂缝和渗透性沉积层等通道从深部储层向上运移。当气体进入水合物稳定带（GHSZ）时，部分气体形成水合物，而其余部分则作为游离气继续运移。BSR代表了水合物稳定性的基底，其下方通常聚集着游离气。在BSR下方，气体可以侧向运移，特别是在存在倾斜地层的情况下，形成气囱。我们的研究结果表明，烟囱体是气体从深部储层垂向运移到GHSZ的主要通道。在GHSZ底部，水合物形成不渗透层，限制游离气的垂向运移，并促进其侧向运移。这导致了在BSR的上倾方向观察到强烈的AVA异常。烟囱体不仅促进了气体的垂向运移，还可能通过提供成核点影响水合物的形成和空间分布。

结论

这项研究为Cauvery-Mannar盆地的天然气水合物和游离气系统提供了关键见解，强调了烟囱体驱动的流体运移与水合物富集之间的紧密联系。BSR及其下方含气沉积物的存在，以及III类AVA异常的支持，证实了Mannar盆地广泛存在水合物和游离气。一个主要发现是识别了一个通过上覆沉积层超压诱导水力压裂形成的烟囱状结构。该烟囱体作为从深部含气地层到浅部GHSZ的垂向气体运移通道。AVA分析揭示了BSR上倾方向的强III类异常，表明气体沿GHSZ基底发生了优先侧向运移。在上倾区域观察到的IV类异常可能标志着通过集中气体聚集形成的高浓度水合物或裂缝充填沉积。在这个构造宁静的环境中，静水压力梯度驱动着垂向和侧向气体运移，将气体从深部储层输送到Mannar盆地的浅部地层。这些发现对于理解其他被动大陆边缘环境中的水合物系统具有重要意义。