0 引言

随着油气勘探、开发的不断深入，地震工区往往地质结构更复杂、地震速度横向变化剧烈^[1-3]。叠前深度偏移是实现对地下地质体精确成像的一种重要手段，但其关键在于速度模型的准确性^[4]。虽然目前有许多速度分析方法，但都由于假设条件的限制，难以适应复杂构造的速度建模，影响了其成像精度和工业化应用。尤其在一些有特殊岩性体(如火成岩、膏盐岩、砾岩等)分布的区域，速度的剧烈变化导致地震波场复杂多变和时间域构造成像畸变，使速度建模和成像极为困难^[5]。

杜治业^[6]分析了火成岩对地震成像的影响；孟祥宾等^[7]就复杂地质岩体提出了块体速度建模方法；易远元等^[8]利用测井速度等先验信息约束求取冀东地区火成岩速度；郭树祥^[9]从火成岩的特征分析入手，提出火成岩速度建模的相应地震处理需求；程玉坤等^[10]介绍了一些速度建模特色技术及在复杂岩性区的应用。这些工作主要从复杂岩性体对成像的影响分析开始，开展了块体速度建模及先验信息约束速度建模等研究，并取得一定的效果，但对于复杂岩性体层间速度建模还需进一步分析和研究。因此，本文应用最新速度反演方法^[11-13]，在详细分析了特殊地质体特征基础上，提出了特殊岩性体速度—深度建模方案。

在中国西部L探区，火成岩发育，空间变化剧烈，速度场十分复杂，而且目的层埋藏较深，速度受上覆地层影响较大。为建立特殊火成岩性体的速度—深度模型，本文首先对复杂岩性体的相应地球物理特征进行详细分析，再利用数值模拟方法进一步验证；然后调查特殊岩性体形态及速度特征展布，依据测井等先验信息获取一个等效速度，从而建立特殊岩性体的初始速度；最后，利用高精度网格层析方法优化提高特殊岩性层间的速度精度，从而获得一个高精度的速度—深度模型。

1 岩性特征分析及正演模拟 1.1 特殊岩性体特征分析

在地震速度—深度模型建立之前，首先对中国西部L探区的火成岩发育期次、成岩特征及测井速度响应等进行了分析，做到有的放矢^[14]。L探区位于大型复合克拉通盆地，在盆地形成与演化过程中，曾出现过多期岩浆侵入与喷发活动，形成了多种类型的火成岩体^[15-16]。探区二叠系火成岩发育，有玄武岩、英安岩以及凝灰质火山碎屑岩等。区内X6井的声波测井曲线上(图 1a)可以看到明显的三次速度起伏变化，速度最高可以达到5500m/s左右(玄武岩)，速度最低到4600m/s左右(火山碎屑岩)；在图 1b所示的地震剖面上，二叠系上部玄武岩与上覆地层分界面起伏变化(图中绿线所示)，上覆地层的成像速度一般在4000m/s左右，与火成岩速度(5500m/s)有较大的差异。如果不能准确刻画顶部地层变化和准确求取速度，起伏变化的接触关系及较大的速度差异就会导致下伏地层的成像畸变。另外，如图 2a所示，R14井钻遇了空白相英安岩，R7井钻遇了杂乱相火山碎屑岩，在两个不同岩相变化之间的地震成像上出现了一条断裂(图 2a箭头所示)。由R7井和R14井的VSP速度响应(图 2b、图 2c)可见，杂乱相的火成岩与空白相的英安岩速度相差达700m/s左右。由于目前常用的剩余曲率和深度聚焦分析等常规速度分析方法，当遇到复杂岩性体的横向速度突变时，稳定性较差、误差较大，因此利用常规速度分析得到的成像速度会引起下伏地层的成像畸变和假断裂的出现。

1.2 特殊岩性正演模拟研究

在分析L工区地质和地球物理响应特征的基础上，依据真实地质构造特征建立对应的正演模型(图 3a)，其中起伏界面下从左往右分别为第一类火山碎屑岩、英安岩和第二类火山碎屑岩，速度分别为4600、5700和4900m/s。用数值模拟的方法进一步分析验证复杂岩性体对地震成像的影响。图 3b为利用常规速度建模方法获得的速度模型，其水平延迟谱基本归零(图 3c)，说明常规反演方法认为速度基本准确。图 3d为使用准确速度模型得到的叠前深度偏移剖面，图 3e为常规速度建模方法获得的叠前深度偏移剖面。由于旅行时恒定，如果速度偏大，下伏构造成像会发生上拉现象，速度过小则会引起下伏构造成像下凹。从反演速度模型的成像结果可以发现，常规反演速度模型与真实模型误差较大，会引起下伏构造形态的畸变。

图 4a则为火成岩亚相类型横向变化(箭头所示)速度模型，应用横向小平滑速度模型(图 4b)进行成像，当成像速度出现误差时，就会引起火成岩不同岩相下方的“假断裂”现象，同样验证了上述分析。

2 速度—深度模型的建立方法

在火成岩特征分析及正演模型验证的基础上，结合现有速度分析方法存在的问题，确立了本文的速度建模流程(图 5)。在谱点速度的基础上，加入测井速度信息约束速度空间变化，地质层位约束构造形态减少多解性，得到一个速度、形态基本正确的低频等效速度模型^[17]；然后利用高精度三维网格层析速度优化方法进行高精度的速度反演，优化得到速度模型的高频分量，从而获得复杂火成岩体内部的准确速度；对于不同岩相之间的速度突变，还需通过逆时偏移等高精度成像技术准确提取到空间速度突变点的速度，从而达到准确成像的目的。

2.1 初始速度模型建立方法

依据前述分析，在建立L工区初始速度—深度模型时，需要精确刻画火成岩顶、底形态及充分利用测井速度信息，以确保宏观初始速度模型的精度。火成岩特殊地质体顶、底部形态的刻画是在叠前时间偏移剖面上完成。首先依据火成岩与上覆碎屑岩明显的波阻抗界面，以及二叠系顶部测井分层的标定进行控制，完成高精度的解释和精细刻画；底部形态则是利用二叠系底部测井分层进行标定控制，依据波阻抗界面和顶部的起伏形态完成识别和精细刻画，从而得到较为准确的火成岩顶、底解释层位(图 6)，为下一步的等效速度充填奠定良好基础。第二步是在精细刻画特殊地质体的基础上建立特殊地质体的初始速度。特殊地质体上覆地层速度主要由叠前时间偏移速度利用Dix公式转换得到；对于特殊地质体的初始速度建立则是利用精细解释的地质体底部层位，在分析工区VSP及测井资料基础上，沿着特殊地质体底部的地质分层，拾取得到各井点的一个等效井孔层速度，然后沿底部的精细解释层位插值获得一个工区等效平面速度(图 7a)。众所周知，井点空间分布较为稀疏，离井点较远的特殊地质体的速度相对不准确，如前述分析的L探区内火成岩性体不同岩相突变处的速度就会存在误差，如不能准确建立此处的初始速度而直接进行速度优化，就会导致新的误差或错误解。因此，在获得等效平面速度基础上，依据特殊岩性体的空间变化和岩相测井速度响应，在岩相变化处进行速度突变处理，获得不同岩相的突变速度(图 7b和图 7c)，从而形成一个空间形态基本准确的等效初始平面速度。再结合特殊地质体下伏地层的谱点速度，形成一个空间速度形态基本正确的初始层速度模型，为进一步速度优化奠定良好基础。

2.2 高频速度优化方法

常规的层控层析建模技术获得的速度场一般都相对平滑，不能满足高精度的岩性勘探需求，因此本文针对特殊岩性体的速度优化，引入高精度三维网格层析速度反演方法^[18-19]。首先是利用初始速度模型偏移得到网格点成像道集；其次是在网格点成像道集上进行剩余速度的拾取，但由于多次波等噪声的影响，会引起成像点剩余速度的拾取不够准确，对于一些信噪比较低的地区，需要对道集做提高信噪比处理，然后在高信噪比的道集上进行剩余速度的拾取；最后应用拾取的成像点深度域剩余速度，建立深度域剩余时差残量矩阵，在利用希尔伯特变换得到的倾角和方位角等属性体约束下，通过最小二乘算法，求解网格层析矩阵，得到剩余速度，从而实现速度模型的优化迭代。

初始速度模型是一个等效速度模型，不能精细描述特殊地质体内部的速度变化，而实际情况则是地质体内的速度往往是变化的，尤其当地质体内部有异常速度体情况时，常规的层控层析无法提取到内部异常体的速度信息，往往会使建模失败造成不能准确成像。三维网格层析优化方法克服了常规层控建模的这些缺点，可以对地质体内部速度进行优化。由图 8可以看出，在等效速度模型基础上，通过高精度网格层析的优化效果，X1井(图 8a)和Y1井(图 8b)的VSP速度与网格层析迭代后的地震成像速度吻合较好，纵向成像速度变化很好地反映了火成岩岩相变化特征，即二叠系顶部玄武岩表现为高速，下部的凝灰质岩性表现为相对低速，这样的变化符合该区火成岩的速度规律。

3 处理效果分析

L探区位于中国西部，勘探面积为2000km²，发育在二叠系的特殊火成岩体贯穿于整个工区，埋深约为5000m，由于层控层析等常规速度建模方法的缺陷，前期地震成像效果较差，下伏地层成像畸变，严重影响了L探区埋深7000m的奥陶系储层研究。在前期的叠前深度偏移成果剖面(图 9a)上，火成岩下伏地层构造随火成岩顶部形态高低起伏变化，成像畸变严重。通过本文方法得到的高精度速度，配合高精度的叠前逆时偏移技术，较好消除了火成岩下伏构造畸变(图 9b)。

此外，L探区的碳酸盐岩缝洞型储层埋藏较深，由于上覆地层特殊火成岩体的速度建模不准确，不仅使叠前深度偏移的剖面上出现一套“假断裂系统”，而且严重影响了碳酸盐岩缝洞储层的成像(图 10a椭圆所示)。通过前述的地质分析和正演模型验证，针对特殊火成岩体空间的剧烈速度变化，建立了火成岩亚相的突变的速度模型，克服常规层控层析等方法的缺点，恢复了真实的构造形态，消除了假断裂现象，深层的碳酸盐岩缝洞储层也得到准确成像(图 10b椭圆所示)，为进一步储层研究奠定了良好的数据基础。

4 结论

通过本文方案在中国西部L探区特殊火成岩体速度建模的成功应用，得到以下认识：

(1) 初始速度模型的建立是特殊地质体速度—深度建模的关键。正确的初始模型可以减少优化迭代的次数，提高建模效率，更重要的是可以减少速度反演过程中错误解。

(2) 先验信息建立初始速度模型结合高精度的网格层析速度优化方法，可以建立准确的特殊地质体速度模型，能够使特殊岩性及下伏构造准确成像。因此，本文方案可以应用到类似地质情况下特殊地质体的地震速度建模。