天然气水合物可以通过底质沉积物取样、钻探取样和深潜考察等方式直接识别，也可以通过拟海底反射层（BSR）、速度和震幅异常结构、地球化学异常、多波速测深与海底电视摄像等方式间接识别。下面介绍一些间接标志。
地震标志
海洋天然气水合物存在的主要地震标志有拟海底反射层（BSR）、振幅变形（空白反射）、速度倒置、速度-振幅异常结构(VAMP)。大规模的甲烷水合物聚集可以通过高电阻率（>100欧米）声波速度、低体积密度等号数进行直接判读。
BSR是地震剖面上的一个平行或基本平行于海底、可切过一切层面或断层的反射界面（图12，图13）。天然气水合物稳定带之下还常圈闭着大量的游离甲烷气体，从而导致在地震反射剖面上产生BSR。现已证实，BSR代表的是气体水合物稳定带的基底，其上为固态的水合物层段，声波速率高，其下为游离气或仅孔隙水充填的沉积物，声波速率低，因而在地震剖面上形成强的负阻抗反射界面。因此，BSR是由于低渗透率的水合物层与其下大量游离天然气及饱和水沉积物之间在声阻抗（或声波传播速度）上存在较大差别引起的。因为水合物层的底界面主要受所在海域的地温梯度控制，往往位于海底以下一定的深度，因此BSR基本平行于海底，被称为"拟海底反射层"。 BSR除被用来识别天然气水合物的存在和编制水合物分布图外，还被用来判明天然气水合物层的顶底界和产状，计算水合物层深度、厚度和体积。
然而，并不是所有的水合物都存在BSR。在平缓的海底，即使有天然气水合物，也不易识别出BSR。BSR常常出现在斜坡或地形起伏的海域。另外，也并不是所有的BSR都对应有天然气水合物。在极少数情况下，其它因素也可能导致BSR。还应注意的是，尽管绝大部分水合物层都位于BSR之上，但并不是所有的水合物层都位于BSR之上，这已被深海钻探证明。因此，BSR不能被作为天然气水合物的唯一标志，应结合其它方法综合判断。近几年，分析和研究地震的速度结构成为该学科领域的前沿。水合物层是高速层，其下饱气或饱水层是低速层。在速度曲线上，BSR界面处的速度会出现突然降低，表现出明显的速度异常结构（图14，图15）。此外，分析振幅结构也可识别天然气水合物。相比而言，水合物层是刚性层，其下饱气或饱水层是塑性层，在振幅曲线上，BSR界面处的振幅会出现突然减小，表现出明显的振幅异常结构。这些方法对海底平缓的海域来说，尤其显的重要。
地球化学标志
浅层沉积物和底层海水的甲烷浓度异常高、浅层沉积物孔隙水Cl－含量（或矿化度）和δ18O异常高、出现富含重氧的菱铁矿等，均可作为天然气水合物的地球化学标志。
海底地形地貌标志
在海洋环境中，水合物富集区烃类气体的渗逸可在海底形成特殊环境和特殊的微地形地貌。天然气水合物的地貌标志主要有泄气窗、甲烷气苗、泥火山、麻点状地形、碳酸盐壳、化学合成生物群等。在最近几年，德国基尔大学 Geomar研究所通过海底观测，在美国俄勒冈州西部大陆边缘Cascadia水合物海台就发现了许多不连续分布、大小在5cm2左右的水合物泄气窗，泄气窗中甲烷气苗一股一股地渗出，渗气速度为每分钟5公升。在该渗气流的周围有微生物、蛤和碳酸盐壳。
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