随着勘探开发技术的不断突破，羌塘盆地已成为中国重要的油气资源潜力区。羌塘盆地位于青藏高原北部，复杂的地质构造、大风干扰及特有的常年分布的高原冻土和高寒、缺氧环境为地震勘探带来了诸多挑战。非均匀分布的高速冻土层会屏蔽地震波能量、畸变地震波走时、降低地震资料的信噪比和一致性，如何正确认识地震波在冻土中的传播机理成为了高原地震勘探的关键问题。首先，针对羌塘盆地的冻土问题，利用高原专用的岩石物理测量设备现场测量野外冻土的岩石物理弹性参数，结合野外认识和实际二维地震反射剖面建立含冻土复杂构造模型；其次，通过有限差分弹性波正演模拟研究冻土带地震波场特征，发现冻土带使面波更发育，影响地震波走时，当直达波场出现“盖帽”特征时，冻土带会屏蔽地震反射振幅，导致地震波反射振幅更弱；最后，通过含冻土与无冻土模型的逆时偏移剖面对比，发现冻土带以下的地震反射成像能量更弱。冻土带的地震传播特征及机理研究结果为羌塘盆地冻土带识别、野外地震数据采集、冻土带能量补偿和偏移成像等提供了理论支撑。

水合物地层弹性波速度的准确计算对于水合物地球物理方法的探测与识别至关重要.本文针对祁连山冻土区孔隙充填型水合物,分析了水合物赋存于地层岩石孔隙中的分布状态与水合物饱和度的关系,利用基于等效介质理论的弹性波速度模型研究了水合物储层弹性波速度与水合物饱和度的变化关系.研究表明:水合物的微观分布模式与岩石孔隙中水合物的多少关系密切,可用水合物饱和度来表征;水合物饱和度对于水合物地层弹性波速度的影响可视为简单的线性关系,建立了祁连山冻土区的水合物储层正演模拟弹性波速度模型(模型X);利用研究区不同的水合物储层模型,验证了模型X能够有效评价孔隙型储层的弹性波速度变化特征.研究结果可为祁连山冻土区水合物地震勘探与地层测井评价提供理论依据和技术支撑.

为了获得青藏高原冻土区天然气水合物地层的物性特征,采用岩石物理方法进行分析.首先,对青藏高原冻土区DK-1、DK-3和DK-4三个井孔制作了速度密度交会图,并比较了不同岩性水合物地层的差异.其次,基于DK-1和DK-4含水合物粉砂岩层段的测井数据,提取了水合物地层骨架的物性参数,包括纵波速度、横波速度、密度、体积模量和剪切模量.最后,依据水合物地层各主要成分的物性参数,建立了基于K-T方程的岩石物理模型和区分填充模式的岩石物理模型,将两类模型的速度曲线分别与实际地层数据进行了对比,并分析了模型与实际地层的近似程度,发现填充模式Ⅱ的水合物岩石物理模型更符合实际情况.冻土区水合物地层具有速度大、密度小的特征,砂岩水合物地层相比泥岩地层在速度和密度方面更具规律性,DK-4井孔165.80～166.35 m层段中水合物作为岩石骨架的一部分更能反映其物性特征.

针对祁连山冻土区DK-4井孔含水合物岩层构建岩石物理模型,分别采用K-T方程模型方法和区分填充模式的等效介质模型方法(模式Ⅰ和模式Ⅱ)。K-T方程主要模拟地震波在两相介质中传播,基于弹性模量计算速度;而等效介质模型主要依据对水合物地层介质的两种假设:模式Ⅰ是将水合物作为孔隙填充物的一部分,模式Ⅱ是将水合物作为岩石骨架的一部分。首先根据粉砂岩层段的测井数据提取了水合物地层骨架的物性参数,包括纵波速度、横波速度、密度、体积模量和剪切模量。然后依据水合物地层各主要成分的物性参数,建立了基于K-T方程的岩石物理模型和区分填充模式的等效介质模型。将两类模型的速度曲线分别与实际地层数据进行了对比:由K-T方程建立的岩石物理模型,其理论计算的速度偏离实际值;而区分填充模式的等效介质模型,其理论计算的速度符合实际值,并且填充模式Ⅱ模型的速度曲线比填充模式Ⅰ模型更接近实际地层情况。采用区分填充模式的等效介质模型,能够更好地实现对祁连山冻土区水合物粉砂岩地层的模拟。