天然气水合物是一种储量丰富且前景广阔的新型清洁能源,因形成条件的不同,天然气水合物在储层中的赋存状态呈现多样性。正演模拟是利用地震探测水合物矿藏的基础,更是一种研究含水合物沉积层地震波场较为有效的方法。基于不同的正演模型,含不同赋存状态水合物沉积层的波场特征千差万别。本文主要围绕不同赋存状态水合物的地震响应的差异性展开研究。根据地层中水合物与沉积物颗粒不同的接触关系,本文总结了天然气水合物在海底以下的六种赋存状态,分别是颗粒间胶结型、颗粒包裹型、颗粒支撑型、孔隙充填型、基质与填充物共存型和结核/裂缝填充物型。列出了沉积层中不含水合物和含不同赋存状态水合物时的物性参数计算方法。介绍了交错网格有限差分法的基本原理、差分系数的求取,并基于此,先后列出了声波模型、弹性波模型、双相介质模型离散后的一阶应力—速度波动方程。详细阐述了对初始条件、PML(完美匹配层)吸收边界条件的处理,以及差分格式稳定性条件和频散现象的影响因素。本文设计了多种地质模型,借鉴前人对各矿相物性的认识,对沉积层的孔隙度、各矿相的饱和度进行合理取值,并求得相应的物性参数。借助编程方法实现数值模拟过程,并利用三种正演模型,对不同赋存状态水合物的地震响应特征展开讨论。改变含水合物层的厚度、含游离气层的有无以及子波主频的高低等信息,主要讨论了含水合物层的波场快照特征,以及地震记录中顶底界的极性特征、反射振幅的强弱和随偏移距变化的关系。最后,从振幅响应、极性响应和特殊断层的响应三方面入手,直观地对比了各类波场特征,分析了不同赋存状态水合物的地震响应的差异性。