周海娟，肖 涛，陈 耀，熊强青，张 丽

(1.安徽省勘查技术院，安徽 合肥230031；2.江西省地质矿产勘查开发局 物化探大队，江西 南昌 330201)

1 引 言

地震偏移技术能够实现反射界面的空间归位，恢复反射界面的波场特征及反射系数、振幅变化，提高地震空间的分辨率和保真度[1]。时间偏移在处理速度界面产生的绕射存在一定的局限，往往会导致同相轴的错位和不聚焦，以致不能正确反映出复杂构造区反射位置的成像[2, 3]。自从菲利普斯石油公司首先在墨西哥湾盐下勘探宣布使用成功后[4]，深度偏移技术随着计算机硬件的飞速发展而得到广泛的推广应用，学术界一致认为叠前深度偏移技术在用于解决复杂断块、逆掩断层、高倾角构造、盐丘、盐下构造、复杂速度场、低幅度构造等地质现象的成像问题上有巨大的优势[5]。

中盐东兴盐化公司自建井开采到现在，因受水溶技术开采影响，盐矿层内形成大量的溶腔，导致开采发生了几次溶腔地面塌陷，大部分开采井因未达设计开采资源量而被迫停用，造成了盐矿资源的大量浪费[6]。2005年至2015年期间先后在塌陷区外进行了五期二维地震勘探，通过地震资料解释成功地预测两处塌陷区的位置，为盐矿区开采提前预警，降低风险。通过对前五期的二维地震成果资料分析发现，在顶板完整状态下，溶腔的具体形态与反射波组异常区范围存在较大差异，为充分利用资源，必须查明已开采井溶腔的空间形态、溶腔的连通情况及平面最大边界的应用效果，为下一步开采建井设计提供重要依据。近几年在东兴盐矿东段采用三维地震方法探测盐矿溶腔，取得了显著的勘探效果[7]。盐矿溶腔的结构复杂多变，周围存在大量的绕射波，而东兴盐矿地震勘探二维和三维资料一直在时间域进行处理，考虑叠前深度偏移技术在盐下复杂构造成像上有其独特的优势，为此开展深度域的叠前偏移在盐矿溶腔的进一步应用研究工作，对查明溶腔“真”空间形态和发展情况具有重要的地质意义。

2 盐矿溶腔的特征

由于盐岩矿层的物理性质存在一定差异，产状复杂多变，存在多层难溶的砂岩互层，且受多种因素的影响，开采井溶腔形态非常复杂。根据岩盐的溶蚀规律及井开采方式、以及溶腔发展的力学规律，岩盐的溶蚀方式一般是以上溶为主，侧溶次之，下溶缓慢[7]，溶蚀的速度和方向往往会存在一定的差别，致使形成的溶腔在地震波上反映的形态、大小存在较大差异，溶腔在地震剖面上反映出主要特征如下：溶腔周围反射波组凌乱，中间的盐岩反射波频率略低，受溶腔的发展影响，盐层有的底板完整，顶板被破坏，有的顶板和底板反射都被破坏，最为典型的是“眼球状”显示，距离较近的溶腔存在相互连通现象(图1)。

图1中的溶腔在不同位置的反射波特征大体相似，溶腔的内部出现较强反射，频率较周围波组略低；溶腔的下部出现弧形延迟绕射波、剩余波，由于绕射波收敛的程度不同，绕射波相互交叉干涉；同相轴错断、交叉合并，振幅变强，相位扭曲。由于溶腔的形态大小不同，产生了不同的反射波组，特别是绕射波很发育。在实际资料处理中绕射波能否得到真正收敛，很大程度取决于数据速度体的准确性，速度模型的正确与否与其精度的高低有关，并会直接影响偏移成像的效果。

图1 不同溶腔在时间剖面上的特征显示Fig.1 The characteristics of different cavities in the time profile

3 层析速度反演技术

叠前深度偏移技术就是根据地震资料，利用射线追踪方法计算理论道集记录，并把它与实际道集进行相关，通过最大相关道求取层速度深度初始地质模型；根据初始速度模型，确定射线的路径和分布范围，并以此范围为控制边界，计算射线分布范围内各射线的偏移方向和偏移量[8]，利用层析速度反演等技术[9]，不断修改和优化层速度深度模型，用优化后的速度模型即真速度模型对数据体进行叠前偏移，得到最终的叠前深度偏移结果。叠前深度偏移成像的精度取决于速度模型的准确性，为此层析速度反演技术在深度域叠前成像过程中起到了十分重要的作用。

图2 层位拾取示意图Fig.2 The schematic diagram of layer pick up

层析速度反演技术首先需要基于时间域剖面上拾取层位，对每一层位进行网格化，并建立层位模型，由层位模型转向建立层速度模型，通过射线方向和路径原理对层速度模型不断迭代，直至速度模型逼近真实速度的过程。

3.1 层位拾取及网格化

首先需要在时间域剖面上进行层位解释，三维数据层位解释往往需要在两个方向上进行闭合，在次剖面上拾取几条控制线，再回到主测线上精确拾取较为明显的速度界面作为层位。东兴盐矿三维叠前深度偏移研究工区共71条主测线，根据资料本身特点，整个工区成层性较好，波组清晰，速度界面明显，根据主要层位界面和构造走向，在研究工区的主测线10～70，每间隔5条测线解释了5个主要层位hh1～hh5(图2)和一个控制层位，每一个层位代表相同或者相近的速度界面。在三维数据体按照一定间隔拾取每一个标定的层位后，需要对每一个层位进行网格化，并建立层位模型(图3)，再沿每一个层位提取层速度，建立时间域的层速度模型，通过时间域的层位模型比例到深度域，形成各层的层速度模型，再通过时深转化产生由层位约束的深度域初始层速度模型。

图3 层位的三维可视化显示Fig.3 The 3D visualization of layers

从图3层位的三维可视化显示可以看出，工区沿xline点号方向，速度整体变化趋势平缓，为左低右高，层位速度之间的界限清晰，hh1～hh4的4个层位沿层方向速度起伏变化不大，跨越溶腔范围的层位hh5速度起伏较大，呈现“≈型”。沿iline测线方向的小号头，因小断层分布较密，层位模型上显示速度界面纵向方向有起伏。整个工区层位三维模型显示立体直观，基本反应出地下地质速度界面的变化情况。

3.2 层速度模型更新

由初始的深度域层速度场，进行目标线的叠前深度偏移，产生目标线深度偏移的剖面和道集文件，根据深度域道集上目的层位是否拉平及深度偏移剖面上层位的连续性、断层归位是否到位、断点是否清晰、构造是否清楚等特征来判断层速度模型的准确性。运用基于层位层析成像技术来更新深度域层速度模型，首先需要在目标线上产生层速度谱，在层速度谱上沿层拾取剩余速度[10]，再对拾取的剩余速度网格化并建模，产生剩余延迟的模型，根据此模型和初始的层速度场，用基于层位层析成像方法完成层速度更新，产生更新后的层速度场。

由于时间域解释的层位模型是定性的，则需要把时间域解释的层位由新的层速度约束来进行时深转换，产生深度域新的层位模型，再根据新的深度层位模型和层速度场，沿层提取层速度，此速度场即为第一次基于层位层析成像后的层速度场。

根据基于层位层析成像完成深度域层速度更新后，得到第一次迭代后的速度场，用于目标线深度偏移，再根据深度偏移剖面和道集判断是否需要再进行下一步迭代过程，如此反复，得到准确的深度域层速度场用于整个数据体的深度偏移。图4为层析速度反演处理流程图。

图4 层析速度反演处理流程Fig.4 Tomographic velocity inversion processing flow chart

采用层析速度反演技术是速度模型更新优化处理的重要手段[11]，以CRP道集是否被拉平作为判别标准，同时考虑到层速度和层位深度两个重要参数，对深度模型进行微调。图5为经过层析速度反演深度域速度更新前后剖面图。图5左侧为初始层速度模型，浅层速度界面边界模糊，小断层处速度分层变化不明显，存在速度突变现象；右侧是经层析成像速度优化后速度模型，成层性好，速度纵横向变化过渡自然，速度界面十分清晰，特别是小断层处的速度变化刻画得十分精细，构造符合地质规律。

图5 深度域速度更新前后剖面Fig.5 Depth domain profile before and after velocity update

图6 偏移剖面对比 Fig.6 Migration sections comparision

4 应用效果分析

通过层位层析成像技术[12-18]建立了准确的深度域层速度模型，对整个数据体进行了叠前深度偏移处理，考虑到东兴盐矿资料的目的层相对较浅，受速度横纵向影响相对较小，为了精确地刻画出溶腔的形态和大小，建立层速度模型的横纵向网度需要相对较小，才能使溶腔的绕射波收敛更加精确到位。叠前深度偏移成像整体效果较好：断点干脆，断层面刻画很清晰，波组连续光滑，层次分明，特别是溶腔的特征反映明显，绕射波收敛到位，溶腔底部波组没有出现相位交叉和虚反射现象。从测线中选择其中一条有代表性剖面，将叠前时间偏移和叠前深度偏移进行对比。图6是叠前时间偏移和叠前深度偏移剖面对比图。

从图6中可以看出，剖面上都显示有5个溶腔，位置和形态基本相同，溶腔1和5相似度较高，深度偏移的溶腔顶部层位接触关系清晰、断点干脆、顶部盖层完整性更好。叠前时间偏移图6(a)中溶腔2和3，溶腔3和4，基本上是独立，不连通，3个溶腔底部和侧面还残存一些绕射波没能归位，剩余波有一些交叉现象，溶腔2和4的顶部波组凌乱，不完整。而叠前深度偏移图6(b)中溶腔整体完整清晰，特征明显，溶腔底部的绕射波收敛到位。其中溶腔2、3、4基本是连通的，且溶腔的顶部完整，底部绕射波收敛到位；且各个溶腔均呈现出类似标准的“眼球状”构造，溶腔形态完整，溶腔与四周岩层接触关系清晰，一致性较好。叠前深度偏移图6(b)中溶腔4、5之间的波组光滑清晰，成层性好。通过比较，叠前深度偏移结果更加有利于圈定各个溶腔的最大平面边界、溶蚀面和平均溶蚀高度；其剖面波组光滑，断点明显比叠前时间偏移的结果干脆、清晰。

5 结 论

通过对东兴盐矿溶腔发育区采用基于层位层析速度反演叠前深度偏移，得出以下结论：

1)在盐矿区采用深度域叠前偏移研究溶腔的变化情况，通过层析速度反演技术不断修正和优化深度域层速度模型，利用叠前深度偏移目标线道集层位是否校平作为标准，对层速度局部和敏感位置进行横纵向调整，不断提高速度模型的精度，为后续的深度偏移打下了坚实基础。

2)深度偏移技术应用在东兴盐矿地区溶腔成像效果要明显优于叠前时间偏移。叠前深度偏移成果剖面的信噪比高，断层断面清晰，能更加精确地刻画出溶腔的形态、边界、溶蚀的面积和高度，大量的绕射波得到很好的收敛，归位准确，剖面同相轴连续性得到改善，成像更加清晰，更能真实反映出溶腔构造形态。

3)应用层析速度反演叠前深度偏移成像技术，在盐矿溶腔探测上取得了明显的效果，为盐矿地区溶腔的发展方向及内部连通情况、盐层顶板破坏程度及溶腔的展布规律的进一步认识提供了可靠的基础数据。