Marine Gashydrate haben in den letzten Jahrzehnten viel Aufmerksamkeit erhalten {Collett, 2014}. Gashydrate bestehen aus Gasmolekülen, die in einem starren Wassergitter gespeichert sind und unter hohem Druck und niedrigen Temperaturen stabil sind {SloanJr, 2007}. Es hat zahlreiche Versuche gegeben, das globale Gashydratinventar zu quantifizieren {z.B. Mienert et al., 2022, Wallmann, 2012, Kvenvolden, 2013, Milkov, 2004, Pinero, 2013}, was für das Verständnis der Rolle der Gashydrate im Kohlenstoffkreislauf der Erde von entscheidender Bedeutung ist. Das Gashydratsystem regelt letztlich, wie Methan aus vergrabenen Meeressedimenten durch den Meeresboden in die Ozeane fließt. Die Wechselwirkungen am Meeresboden beeinflussen die Verteilung und Vielfalt von Lebensgemeinschaften, die Methan als Lebensgrundlage nutzen {z.B. Bowden, 2013}. Das Versickern von Methan in die Wassersäule beeinflusst außerdem die Biogeochemie der Ozeane, was wichtige Auswirkungen auf die Versauerung der Ozeane hat {z.B. Biastoch, 2011}.

Bei seismischen Messungen ist eine den Meeresboden simulierende Reflexion (BSR) mit umgekehrter Polarität im Vergleich zum Meeresboden, die durch freies Gas unter dem Hydrat verursacht wird, das Kennzeichen erster Ordnung für die Basis der Gashydratstabilität (BGHS) {z.B. Minshull, 2019, Moridis, 2011}. Gashydrate können jedoch auch bei Fehlen eines BSR vorhanden sein {Andreassen, 1997}. Seismische Weitwinkelmessungen liefern anhand von Geschwindigkeitsanomalien Informationen über die Hydratverteilung und -konzentration {Bialas et al., 2020, Crutchley, 2016}. In ähnlicher Weise liefern elektromagnetische Methoden mit kontrollierter Quelle (CSEM), die auf den spezifischen Widerstand von Sedimenten ansprechen {Hoelz, 2015}, zusätzliche Informationen über die Porenfüllung von Sedimenten, die für die Gas- und Hydratverteilung und -konzentration interpretiert werden können {Bialas et al., 2020, Schwalenberg, 2017}.

Ein Kuriosum ist seit mehreren Jahrzehnten die Existenz von doppelten oder sogar mehrfachen BSR in einigen Gashydratprovinzen (z. B. Bangs, 2005; Popescu, 2006, Garcia, 2007, Auguy, 2017, Zander et al., 2017). In einigen Fällen kann es möglich sein, dass solche Vorkommen auf die Existenz verschiedener Gashydratstrukturen mit unterschiedlichen Stabilitätsfeldern hinweisen (z. B. Pecher et al. 2017). In vielen (vielleicht den meisten) Fällen scheinen die tieferen BSR oder BSR eine Paläo-BGHS zu repräsentieren, die zu einem Zeitpunkt in der geologischen Vergangenheit existierte, als das Druck- und Temperaturregime anders war. Die Veränderungen im Druck- und Temperaturregime, die zu Veränderungen im stratigraphischen Niveau des BGHS führen, können durch rasche und anhaltende Sedimentation (z. B. Zander, 2017) oder möglicherweise auch durch postglaziale Erwärmung {Bangs, 2005} oder tektonische Hebung verursacht werden. Zander et al. {2017} wiesen nach, dass mehrere BSR im Donaufächer im Schwarzen Meer mit ehemaligen Meeresböden korrelieren, die vor mehreren zehntausend Jahren stabil waren, wahrscheinlich während eiszeitlicher Meerestiefstände. Das Fortbestehen der BSR über so lange Zeiträume ist ungewöhnlich und deutet darauf hin, dass entweder a) die Hydratdissoziation sehr lange braucht, um sich nach Umweltveränderungen im System auszubreiten, oder b) Reste von freiem Gas aus dem ehemaligen BGHS an Ort und Stelle verbleiben, nachdem die Gashydrate längst dissoziiert sind.

Trotz der Fortschritte, die in den letzten Jahrzehnten bei der Charakterisierung und Quantifizierung der Gashydratverteilung erzielt wurden {z.B. Wallmann, 2012, Pinero, 2013, Kvenvolden, 2013, Bogoyavlensky, 2018}, besteht nach wie vor große Unsicherheit über die Gashydratkonzentration in großen Einzugsgebieten und in einzelnen Gashydratlagerstätten. Es besteht oft eine erhebliche Diskrepanz zwischen der Gashydratkonzentration, die mit seismischen Methoden (d. h. unter Verwendung von Kompressions- und Scherwellengeschwindigkeiten) vorhergesagt wird, und den Konzentrationen, die mit elektromagnetischen Methoden mit kontrollierter Quelle (d. h. unter Verwendung des spezifischen Widerstands und des Archie'schen Gesetzes) vorhergesagt werden {Berndt, 2019}. Ein Beispiel dafür, wo die beiden Methoden zur Schätzung von Hydratkonzentrationen stark voneinander abweichen können, ist, wenn in unmittelbarer Nähe der Gashydratvorkommen erhebliches freies Gas vorhanden ist. Bei den P-Wellen-Geschwindigkeiten führt das Auftreten von freiem Gas zu einer drastischen Verringerung der Geschwindigkeiten in den Sedimenten, selbst bei niedrigen Konzentrationen {Domenico, 2012}. Bei CSEM-Messungen hingegen tragen sowohl freies Gas als auch Gashydrat zum Volumenwiderstand des Porenraums bei {z.B. Attias, 2016}. Wenn also das Auftreten von freiem Gas zusammen mit Gashydrat nicht isoliert werden kann, wird es weiterhin große Diskrepanzen zwischen den aus diesen beiden Methoden abgeleiteten Schätzungen der Gashydratkonzentration geben. Die Kenntnis zusätzlicher Parameter ist erforderlich, um weitere physikalische Eigenschaften der Gashydratstabilitätszone zu ermitteln.

Konvertierte Scherwelleninformationen (Vs) aus Vierkomponenten-OBS-Messungen sind empfindlich gegenüber dem Schermodul und können daher helfen, zwischen Porenfüllungs- oder Zementierungstypen der Hydratbildung zu unterscheiden {Sava, 2009, Dannowski, 2017}. Basierend auf diesem Wissen können entsprechende Laborexperimente oder gesteinsphysikalische Modelle verwendet werden, um Schätzungen der Hydratsättigung abzuleiten. Darüber hinaus können konvertierte Scherwellen eine viel bessere Auflösung von Schichten unterhalb des Meeresbodens liefern als Vp-Bilder {Hardage, 2009}.

Crutchley et al. {2018} untersuchten die großräumige Verteilung von konzentrierten Gashydraten entlang des akkretionären Hikurangi-Kontinentalrands. Sie interpretierten, dass eine ausgeprägte Asymmetrie, die durch eine bevorzugte Sedimentation an den landwärtigen Seiten der Rücken und Erosion an den seewärtigen Seiten verursacht wird, Auswirkungen auf das Gashydratsystem hat. Die Sedimentation auf der landwärtigen Seite führt zu einer Hebung des Meeresbodens und zu einer Anhebung des BGHS, was zu einem "Gashydrat-Recycling" führt - der Freisetzung von freiem Gas aus den Gashydraten, das dann in die Hydratstabilitätszone zurückwandern kann, um wieder Gashydrate zu bilden. Paull et al. {1993} vermuten, dass ein solches Recycling von Hydraten zur Bildung von Gashydratvorkommen mit höherer Sättigung führt. Im Gegensatz dazu unterdrückt die Erosion an den seewärtigen Seiten der Bergrücken die BGHS und führt wahrscheinlich nicht zu Hydratrecycling und konzentrierten Gashydratvorkommen. Infolgedessen könnte die Hydratverteilung über einen Akkretionsrand aufgrund dieser Beziehungen zwischen Sedimentation und Erosion oft unausgewogen sein {Crutchley, 2018}.

Die seismische Darstellung der Unterschiede bei der Hydratbildung hängt von der Menge des gebildeten Hydrats, aber auch von der bei der Datenerfassung verfügbaren seismischen Frequenz ab {z.B. Petersen, 2010, Riedel, 2009}. Der niedrige Frequenzgehalt der verfügbaren Daten erschwert das Erkennen des Anfangs und des Ausmaßes der Hydratbildung und der Gasinjektion, da die seismischen Ereignisse durch "Tuning"-Effekte, die durch dünne Sedimentschichten verursacht werden, verändert werden. Wechselwirkungen beeinflussen sowohl die Reflexionsstärke als auch die Phase der Reflexionen, was es schwierig macht, das von Crutchley et al. {2018} vorgeschlagene Modell bezüglich einer ungleichmäßigen Verteilung und Konzentration von Hydraten zu testen. Auch hier können konvertierte Scherwellen von Vier-Komponenten-OBS dazu beitragen, zu untersuchen, ob eine höhere Hydratkonzentration in landwärts abfallenden Sedimentschichten mit der Zementierung zusammenfällt, was auf den seewärtigen Seiten von Bergrücken möglicherweise nicht der Fall ist.