文摘
管结构视为流体管道在寒冷的渗透。这些结构被观察到在许多地质设置和广泛接受作为流体迁移的最重要的途径。这样的管结构之一海马冷渗区域调查。管道结构扩展了从下面BSR和到达海底。它的特点是一串事件和强大的地震振幅较短,类似于字符串的珠子反射(sbr)与小型洞穴碳酸盐储层。这将导致管道内的假设存在多个小规模的身体结构。我们测试这个假说的分析衍射波和数值地震建模。旅行时间模式分析表明,管道内的绕射面结构造成富人衍射波的记录,和反极性表明绕射面阻抗低于周围的沉积物。这些低阻抗的身体是解释为气体口袋内管结构。基于这些解释,提出了一种概念模型来描述管道内的流体迁移过程。 Briefly, we propose that gas pockets within the pipe structure could be analogue to the magma chambers located beneath volcanoes and this may provide a new insight into how gases migrate through the pipe structure and reach the seafloor.
1。介绍
冷地区海底渗漏富烃流体泄漏到海水从海底沉积物。冷渗全球普遍存在(1),引起了相当大的关注,因为他们的潜在作用在全球甲烷预算(2,3)及其与天然气水合物和海底生态系统(4,5]。冷渗的发生可以推断解释的声学气体火焰从水柱高频声波数据和存在的化学合成的生命学和自生碳酸盐。这些气体火焰已经观察到在大多数世界各地的海洋,如水合物脊(6],巴巴多斯[7哥斯达黎加],[8),Hikurangi保证金(9],墨西哥湾[10)、地中海(11],黑海[12),美国大西洋保证金(13,14),南极洲岛(15),斯瓦尔巴特群岛大陆边缘(16]。化学合成的生命学和自生碳酸盐也普遍全世界,通常解释为当地明亮的振幅在海底5]。
冷渗通常与管道结构位于冷渗下的网站。管结构被认为是流体迁移管喂养寒冷的渗透。这种流体逃脱管道已发现世界各地主要依靠地震反射数据的解释17]。然而,当前关于冷管结构渗透的作用仍然是有限的。因此,重要的是要探讨几何和管道结构的内部结构,因为管的性质可能确定的活动和生命周期覆盖冷渗透。多种地球物理方法被用来达到这一目标。高频底基分析器提供了一个非常详细的形象near-seafloor管结构(18]。然而,数据的高频特性意味着短信号的地下渗透。高分辨率地震资料已经成功地用于研究管道结构Nyyagg凹坑(19]。多道地震是最常见的数据研究管结构。现有的知识这种类型的管结构是基于2 d和3 d地震反射数据的解释(17,20.- - - - - -22]。多道地震方法不仅可以提供内部结构的形象也以上水柱的形象,这可能有助于检测流体与管道相关联的流程结构。例如,根据数值研究,地震波会受气流影响,可以检测气流通过地震波(23,24]。最近,可控源电磁(CSEM)方法被用来研究世界各地的几个网站的内部结构,如在Vestnesa岭25),在斯瓦尔巴特群岛西部大陆坡(26),和挪威(27]。CSEM已经证明是一个非常有前途的方法来描述这些地下结构。然而,尽管所有的努力,管道结构的内部结构仍不清楚,部分由于小导管的宽度比大多数地球物理方法的空间分辨率。
地震产生的衍射是一种声波散射地震波后遇到不连续。衍射通常表现为双曲线,或伞形,地震剖面上的事件。与地下的反射波与平滑变化相关属性,衍射光波产生小规模的身体和不连续,如裂缝、洞穴、骨折和尖灭28- - - - - -30.]。造型和解释地震衍射证明它们的价值在提供信息的性质和存在小规模的身体在地下31日- - - - - -34]。
在这项工作中,一个这样的流体管结构在海马内冷渗(35调查地震衍射分析。首先,我们分析了衍射波在球场上拍摄记录。这解释是伴随着数字地震建模考虑两个不同的情景调查管的内部结构的性质。然后,我们推断,提出遗传模型流体迁移过程发生在管道。
我们的工作主要是出于富裕衍射的存在在拍摄记录和一系列的存在很短的强大和明亮的反思迁移,非常类似于所观察到的碳酸盐岩储层(36,37]。在后一种情况下,山洞里充斥着低密度材料产生一系列短反射地震数据,通常指定为一个字符串的珠子反射(sbr) [36]。在这种地质背景,数字和物理建模结合地震资料的解释表明,衍射是广泛和sbr(观察到的原因38,39]。基于相似性和模拟地震记录签名,我们建议管结构在我们的研究领域是与类似的小型机构填写。
2。地质背景和以前的作品
海马冷渗被发现于2016年在琼东南盆地(35]。4甲烷声耀斑水柱中观察到基于多波束水柱数据2016年收购(40]。其中,柱B位于管结构的正上方。它有一个横向规模约为30米和一个垂直的规模约630。虽然理论上这羽可能检测到的地震方法(23,24),我们不遵守这样一个形象,羽从先前的工作41]。这可能归因于MB数据的不同采集时间(2016年)和地震数据(2007年)被认为是气体的间歇排气时。
大规模的水合物位于4到8米深海底以下时恢复ROV1和ROV2网站(图1 (b))[41]。氧同位素结果显示可能不稳定的天然气水合物在过去,和碳同位素年龄建议碳酸盐沉淀的主要情景之间6.1 Ka和5.1 Ka BP (40]。此外,死去的双壳类很常见ROV1和ROV2网站,这表明渗透活动的减少。渗流强度的变化也表明脂质生物标志物分析(42和沉积物的成分43]。然而,气泡羽流附近的发现表明,甲烷渗漏仍非常活跃在该地区(40,41]。孔隙流体分析显示横向迁移的甲烷富ROV1站点附近的网站导致增强的甲烷通量在附近的网站(44]。流体的侧向迁移可能结果的浅层天然气水合物可能堵塞的流体通道ROV1网站。天然气水合物化学和结构分析表明,生物和产热的气体的气体混合物45]。尽管大量的研究都是在这一领域进行的,流体迁移过程仍不完全清楚。地下结构的地震成像ROV1 ROV2表明岩浆活动为流体的形成做出了贡献,小断层可以作为流体管道(46]。
(一)研究区域
(b)地震采集几何
杨等人向地震剖面通过三个羽毛下的羽毛和揭示了管结构(41]。这些管道可能作为气体迁移途径。然而,管道的地震表现不像一个典型的管结构(17]。管道结构确定了在这个地区的特点是一系列非常短的强反射(数字2(一个)和2 (b))。这些观察与sbr(图2 (c)),曾被观察到在洞穴碳酸盐的形成充满了低密度材料产生这种地震签名(39]。
(一)地震剖面通过管道结构
(b)管的放大图像
(c)串珠反射
3所示。数据和方法
我们使用一个二维多道地震反射剖面通过柱B,命名为1236,研究冷渗下的管道结构的位置。数据是由广州海洋地质调查局(gmg)在2007年针对研究天然气水合物的性质和分布。源用于收购是一种胃肠道枪数组总量为160立方米。在。这张照片间距为25米。流光240频道间隔12.5米是用来记录的地震数据。的示意图表示地震采集几何是显示在图1 (b)。主导频率的数据大约是60赫兹。在这项研究中使用的数据之前使用基尔霍夫叠前时间偏移处理方法(41]。由此产生的偏移地震剖面显示一系列强劲的特点,短的振幅与管道相关联。
我们使用最终迁移的配置文件作为参考来显示管道结构和确定一些不同的层边界(图2(一个))。它可以观察到,下面的管子从BSR和到达海底(图2 (b))。几个边界包括海底,H1和BSR标记。sbr分布在三个区域指定为区,区域B, C区(图2 (b))。我们进行了速度分析的共同中间点(CMP)收集管结构。速度分析的重点是三层定义的海底的视野,H1, BSR(图3)。
(一)
(b)
(c)
3.1。衍射分析
我们分析了衍射波的特点拍摄记录旅行时间模式的视角和波形的极性。分析波形,我们主要关注的极性衍射。分析了旅行时间模式,我们选择的胜算很大的衍射事件记录和绘制一起旅行时间从不同的镜头。从旅行时间模式中提取更多的信息,我们策划旅行时间对渠道和接收者坐标系。当旅行时间从不同的频道数量的拍摄点,通过绘制的数据在不同的领域,我们深入考察产生衍射事件变化点远离diffractor拍摄。当旅行时间从不同的拍摄点对接收机绘制坐标,可以确定衍射顶点的位置,这可以帮助我们确定可能的地下衍射的来源。
3.2。地震建模
地震建模是一种功能强大的技术,可以用来帮助地震解释。总之,地震建模方法创建合成记录收购对于一个给定的几何模型和速度。我们考虑了两种不同的场景有不同程度的复杂性。
第一个场景考虑一个相对简单的速度模型,旨在研究与diffractor旅行时间模式。模型和炮检配置显示在图中4。速度是常数和等于1500 m / s以上海底和海底以下1600 m / s。源配置和接收器配置是一样的真实的数据采集。旅行时间计算六个拍摄点。旅行时间分析计算的距离除以速度。
第二个场景考虑一个更实际的配置。复杂的模型旨在(1)研究波形极性特征,(2)调查绕射面大小的影响,和(3)演示了衍射波变化diffractor和源之间的距离。这个场景包括替代模型与小规模的身体在不同深度的存在(图3)。背景模型有7公里的宽度和深度(图2公里5(一个))。模型与一个diffractor(图5 (b))是用于研究波形极性特点和调查绕射面大小的影响。的性质和diffractor的大小可以不同。模型与多个绕射面(图5 (c))用于演示如何衍射波随diffractor和源之间的距离变化。
(一)
(b)
(c)
模型到达时间,我们使用有限差分法(47)数值解决地震波动方程和创建合成记录。源配置和接收器配置用于建模比赛中使用的那些领域的收购。模拟的特点,尽可能真实的数据,我们使用小波与主导60赫兹的频率是一样的,真正的数据。网格大小是1.25在纵向和横向的方向。
4所示。结果
4.1。真实照片绕射波的特征
衍射大多是观察拍摄记录1760年和1830年之间(图6)。创纪录的1750不显示任何衍射,1830年拍摄很弱衍射倾向于搬出去的记录范围。一些短的可以观察到衍射H1反射和BSR反思之间的1760年和1770年拍摄的,比如D1和D2(图的标签6(c))。虽然衍射是丰富的,其中大部分是很难连续地图,异常的衍射D3的标签。虚线显示,衍射D3记录在以后倍源远离管道结构。
拍摄点1754年和1755年是最接近管结构(图1)。这些照片记录显示在图中7并详细解释。四个镜头记录,两个衍射标记D1和D2可以在连续观察和追踪记录。
衍射D3的旅行时间已经被选为拍摄记录照片1780年和1830年之间的间隔10次,和旅行时间是绘制在两个领域:(1)双向旅行时间和通道数量(图8(一个))和(2)双向传播时间与接收机(图的坐标8 (b))。正如所料,作为源远离管道结构,衍射的旅行时间增加(图8(一个))。然而,旅行时间的顶点的位置是固定的现场管道的结构,独立的源位置(图8 (b))。
(一)
(b)
这张照片记录如图6和7表明,海底反射特征是blue-red-blue。上面提到的一些衍射肯定red-blue-red,如衍射D1和D3(图7)。图9显示了一个变焦拍摄记录的1810的衍射可以很容易地解释为red-blue-red。因此,衍射反极性对海底反射。
4.2。地震建模
我们开始通过造型简单的场景(图4)通过计算衍射旅行时间六个镜头记录。模拟衍射旅行时间绘制在同一领域的记录(图10)。一般来说,建模衍射展品旅行时间的模式类似于真正的衍射场记录。对真实数据和模拟数据,如拍摄点进一步远离管道,衍射旅行时间增加(数据8(一个)和10 ())。此外,旅行时间曲线的顶点是固定现场管道的结构(数据8 (b)和10 (b))。
(一)
(b)
第二个场景考虑更复杂的模型。研究的性质绕射面,不同的速度被分配到diffractor图5 (b)。图11显示了拍摄记录对应不同的速度异常。diffractor的速度高于周围的沉积物,衍射有相同的极性对海底反射(图(11日)),而对于diffractor速度低于周围的沉积物,衍射有反极性对海底反射(图11 (b))。
(一)
(b)
展示的影响大小的diffractor波字符,绕射面不同高度的考虑。图12显示对应于不同高度拍摄记录。高度为10米时,衍射特征是两个非常接近的事件(图12(一个)),而随着高度的增加,一些事件可以区分(数字12 (b)- - - - - -12 (d))。
(一)
(b)
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(d)
速度模型与多个绕射面(图4(c))也被认为是。这个模型中,两个镜头记录(SP1810和SP1768)创建和显示在图的拍摄记录13。SP1768接近绕射面。SP1768,衍射的顶点与浅diffractor H1和BSR之间发生在H1反射和BSR反射(图(13日)),而对于SP1810进一步绕射面,衍射的顶点与浅diffractor H1和BSR BSR反射(图下面去了13 (b))。
(一)
(b)
5。讨论
5.1。小规模的身体作为衍射的来源
海洋地震调查,衍射的可能的来源包括以下起源:(1)附近的船只,(2)内联崎岖海底形态、飞机的来源(3),(4)subseafloor小规模地质的身体。(1)船舶本身不发射信号到水里,但是螺旋桨可以产生声信号。这些信号可以记录的飘带,拍摄记录衍射的可能来源。这种类型的衍射存在从上到下的记录,由于螺旋桨不断生成的信号。此外,这种类型的衍射通常是更重要的在海底反射之前到达时间。我们并没有观察特点拍摄记录。因此,它不太可能,衍射从附近的船(2)从迁移后的地震剖面(图2),我们不能识别任何内联海底形态。以前的研究也表明,海底是平的和光滑的40]。因此,在线不规则海底身体不是源(3)海底山丘,峡谷墙壁,板型,泥火山不位于与地震剖面可以作为衍射的来源。但以前的研究也表明,海底平坦光滑,没有观察到这种类型的结构(41]。此外,这些飞机的信号可能会产生一个副作用扫到栈上。然而,这种类型的侧扫不是观察(图2)。因此,平面外源也不太可能(4)我们相信,拍摄记录来自地下的衍射小规模地质的身体。故障飞机产生衍射和尖灭是常见的地质特征。我们没有看到任何尖灭结构在迁移后的部分,虽然断层面与小规模断层可以解释一些衍射观察在栈上的记录和档案。然而,飞机故障无法解释衍射与反极性和字符串的珠子反射位于落料区。因此,我们得出这样的结论:一些衍射,尤其是强烈的衍射拍摄记录从1750年到1850年,与小规模的身体内的流体迁移管
基于建模的结果(图13),当源位置靠近绕射面,衍射和反射之间的关系可以告诉diffractor和层边界之间的空间关系。从这个角度来看,基于拍摄记录接近管结构(如1754、1758、1764和1768年),我们可以推断出衍射D1和D2响应之间的绕射面H1和BSR和贡献sbr在B区在图2。衍射D3是应对下面的绕射面BSR和有助于sbr在区域C。
5.2。衍射的本质
数值模拟在洞穴碳酸盐的情况下进行显示,甚至一个洞穴可能产生多个字符串的珠子反射(39]。但不太可能长sbr内管是由单一diffractor只有一个。首先,至少有三个区sbr可以确定真正的移民档案(图2 (b))。此外,几可区分的衍射,如D1、D2、D3、机会上观察记录(数据6和7)。是合理的推断,至少有三个小规模的身体位于管结构。此外,我们可以建议至少一个diffractor坐落在海底和H1,一个H1和BSR之间,一个低于BSR。
尸体的材料性质,阻抗之间的对比的身体和周围的沉积物可以提供重要的线索。游离气、天然气水合物和碳酸盐是三种常见的组件,与天然气水合物的气体迁移过程和冷渗透的地区。天然气水合物的存在或碳酸盐声速,因此阻抗将会增加,而即使是少量的天然气的存在将大大降低波速,因此降低阻抗(48]。反极性的衍射(图9)表明,相应的身体有一个较低的阻抗比周围的沉积物。我们解释这个特性作为气体口袋或气藏。气泡的存在已被广泛观察到接近海底浅层沉积物(49- - - - - -52]。考虑到自由气体必须通过管子向上迁移给活动渗透,气体口袋内管的存在是合理的。总之,我们得出这样的结论:身体是低速度异常和解释为气体口袋。
小规模的身体的大小,能够推断出其横向尺寸的二维地震剖面。从配置文件显示在图2 (b),它可以是估计约30米。然而,它不能被容易决定高度,这将需要一个详细的量化地震解释基于高分辨率的地震资料的反演弹性模型(53]。根据以前的物理建模39),一个简短的SBR可以响应的洞穴的高度小于60米,而长SBR可以响应一个洞穴与更大的高度或两个洞穴分布距离小于60米。物理模拟结果有助于估计的高度绕射面在我们的工作。然而,评估基于这些结果可能过于粗糙。考虑到实际数据有一个占主导地位的60赫兹的频率,我们可以获得更好的估计基于观察从真实数据和建模。从拍摄记录,大部分的衍射特点是一个单一事件。这可能导致我们推断小规模身体的高度小于数据的分辨率。假设速度是1500米/秒,波长约25米。以1/4波长为标准,我们可以推断出高度小于7.5米。从建模的结果(图13),高度设置为10米时,衍射特点是两个非常接近的事件。随着高度的增加,事件变得更加分离。因此,我们可以推断出高度小于10米从建模。结合两个独立的估计,我们可以提供一个良好的估计diffractor和高度的高度大概是不到10米。
5.3。气体渗透迁移模式下的冷
管结构曾被观察到在许多地质设置和被广泛接受为流体迁移的最重要的途径。通常,管道具有柱状区地震资料的反射连续性中断和/或完全没有反映由于气体或散射效应的衰减17]。引体向上或下推反射也通常与流体逃脱有关管道。引体向上变形被认为是由硬质材料的存在(即引起的。高的,波速),如天然气水合物或碳酸盐(54,55),而造成的下推变形被认为是自由气体的存在(52]。管结构的地震表情的多样性可能表明流体迁移过程的不同模式。
在研究区,迁移管显示了不同类型的地震表达式和特征是一系列短期和强烈的反射垂直叠放(图2)。我们已经解释,一系列的天然气管道中存在。基于这个解释,我们可以推断出流体迁移过程,显示在图14。在第一阶段,自由气体向上迁移和积累下BSR由于天然气水合物层的密封效果(图14(a))。在第二阶段,气体压力超过上覆岩层和不断向上迁移,形成一系列气体口袋(图14(b))。在第三阶段,气体迁移对海底产生气泡羽流(图14(c))。在这个过程中,气泡的存在可以类似于火山岩浆房下的存在(56,57]。气体口袋里扮演的角色在寒冷的渗透的岩浆库在火山的过程。气泡的存在可能是由岩性决定。
提出了一种概念模型来描述气体排气过程。首先,沿着断层深部储层的天然气泄漏引发的隆起。气体积累以下建筑由于天然气水合物的密封效果和形成弱振幅区。管结构形式由于自由气体的连续累积引起的超压。通过管道天然气向上迁移使浅层天然气水合物的形成和产生冷渗在海底。
6。结论
管结构在一个活跃的冷渗研究了工作分析的衍射波从现实和模型合成数据。迁移档案,管的特点是一系列短垂直堆叠强振幅,非常类似于碳酸盐岩洞的地震响应。衍射是丰富的拍摄记录,由小规模的身体(或绕射面)在管结构。反极性对海底反射确认尸体较低 - - - - - -阻抗比背景材料。这些类型的小规模的身体是解释为管道内气体的口袋。小规模的身体的横向尺寸大约是30 m推断迁移。垂直大小估计不到10 m相结合解决实际数据的分析和建模结果的定性分析。
提出了一个概念模型描述气体排放过程解释活跃与流体相关的海马冷渗逃脱管道。下BSR、天然气超过上覆岩层压力和保持向上迁移和气泡出现,这可能是由岩性决定。气体的存在是这个解释的核心。气体口袋内流体的存在逃避管道可以类似于下面的岩浆房火山。从这个角度来看,我们可以得到一个新的见解如何自由气体通过管道和到达海底向上迁移。
数据可用性
合成数据和matlab代码用于支持本研究的发现可以从第一作者要求((电子邮件保护))。由于保密字段数据不可用的问题。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
非常感谢由于船员和科学家参加了2016年收购多波束数据和地震数据在2007年和2013年。我们感谢gmg的允许发布结果。本研究支持的财务专用基金促进广东省经济发展质量(海洋经济开发项目)(GDNRC[2020] 045号),实验室对海洋矿产资源,青岛海洋科学与技术国家实验室(批准号MMRKF201810)和引进人才的关键特殊项目团队广东南部的海洋科学与工程实验室(广州)(GML2019 ZD0207)。江心Chen博士是由山东省“泰山学者”建设工程。拉承认的支持CERENA(战略项目FCT-UIDB / 04028/2020)。