0 引言

共和盆地位于青海省中东部西秦岭印支褶皱带的西段^[1-2]，基底岩性以印支期花岗岩为主。盖层主要为全新统、更新统和上新统湖泊相碎屑岩^[3-4]，粒度细，透水性差，热导率低，是良好的隔热层。

近年来，盆地东北部多口井钻遇花岗岩，井底温度均超过180℃，最高达236℃^[5]，属于典型的深部干热岩热储层。目前，共和盆地是一个重要的干热岩地热资源开发远景区。

全球干热岩开发至今已有40多年探索与实践经验^[6-7]。以储层物性参数为基础的重、磁、电、震等地球物理方法均在干热岩勘探、开发和监测过程中得到应用。前人对共和盆地干热岩的勘查主要以重、磁、电等非地震勘探方法为主，主要包括：用红外遥感资料圈定地面热异常并分析其规律^[8]；通过处理重、磁资料获取区域构造、断层等信息，圈定地热详查靶区^[9-10]；用可控震源—高精度、大深度电磁测深方法探测、确定干热岩储层位置及规模^[11]。结合区域地质分析、水文地质调查、地热地质勘查等成果，可以指导勘查孔实施，确定干热岩体的分布范围，并通过测量井底温度去定性评价干热岩质量。但花岗岩干热岩属火成岩储层，具有非均质性强特点^[12]，花岗岩内部纵向及横向均存在温度变化，这制约了共和盆地干热岩资源的开发和利用。

相对于非地震勘查方法，地震勘探具有探测精度高和分辨率高等优点^[13]，是开发地热田最有效的物探方法。但由于干热岩储层地质条件复杂，岩性多为变质岩和结晶岩^[14]，热储层内部速度、密度均变化较小，难以形成稳定的波阻抗界面，常为杂乱反射特征。另外，它与上覆新地层间多存在强阻抗界面，该界面对地震信号具有强屏蔽作用，也导致了干热岩内部地震能量弱，信噪比较低。

目前，国内外利用地震方法勘查深部干热岩的技术尚处于探索阶段，多以理论和实验研究为主，尤其是在利用地震资料预测温度方面。刘文堂等^[15]认为横波在传播过程中不衰减，而准弹性纵波与温度波相互伴随、衰减。徐果明等^[16]通过地震纵波、横波衰减随压力、温度变化的实验，提出了砂岩品质因子Q随压力、温度的变化规律。吴刚等^[17]对砂岩开展高温处理后的单轴压缩试验，认为在不超过200℃时，砂岩弹性模量随着升温过程而出现逐渐减小的趋势。

前人研究成果为利用地震资料预测温度奠定了基础，但未形成配套技术。为此，本文利用共和盆地恰卜恰地区“两宽一高”三维地震资料，对不同频段地震数据重构，优选花岗岩内幕反射横向连续性好的优势频带数据进行层位解释，并结合地层岩性、电性纵向变化特征，将花岗岩体纵向分层研究；再利用测井资料，建立温度与速度之间的关系，开展高精度纵波速度反演，预测温度空间分布规律，以期用于干热岩资源的有效开发。

1 花岗岩内幕解释技术

利用地震资料预测花岗岩内幕地层的温度，构造解释是基础。具体解释技术流程如图 1所示。首先，根据花岗岩岩性、电性、地震响应特征标定地震反射层位；然后，重构不同频段地震数据，优选横向反射连续性好的数据，结合地层岩性、电性纵向变化特征，对花岗岩内幕地层进行纵向分层解释。

1.1 花岗岩岩性、电性及地震响应特征

利用钻井(如GH-01井)岩性、电性资料与地震资料可进行地震反射层位标定(图 2)。结果表明：盆地内基底三叠系花岗岩与上覆第四系咸水河组砂泥岩地层的密度和速度差异均很大，二者之间形成了一个正系数强反射界面，可作为全区的标志层。

当激发产生的地震入射波到达这一界面时，产生的反射波能量强，透射波能量弱，因此屏蔽作用强，导致花岗岩内部反射能量弱，影响了目的层成像效果。另一方面，利用测井资料计算的反射系数统计结果表明：基底顶面以下花岗岩地层反射系数较小，基本在0.05以下，反射特征以短轴杂乱为主，不利于地震资料成像。因此，在全频段地震剖面(图 3a)上可以明显看到：基底顶面以上地层信噪比较高，地震反射同相轴连续，振幅能量较强，具有明显的层状特征；基底顶面以下的花岗岩内幕资料信噪比很低，以杂乱反射特征为主，振幅能量较低，纵向上未见明显的波组特征，横向上变化特征也不清晰。

1.2 基于优势频带重构的内幕解释技术

共和盆地基底花岗岩内部地层存在阻抗差异，具有层状分布的特征^[18]。低频段地震数据有利于确定花岗岩内幕层状分布特征。通过频谱扫描，再通过带通滤波技术可以开展不同频段的地震数据重构(图 3)。共和盆地花岗岩地层频带宽度约为6~40 Hz。重构的高频段数据(30~40 Hz，图 3d)能量较弱，有效成分较少，地震反射横向变化特征不明显；包含主要有效成分的10~30 Hz频段数据(图 3c)在纵向上基本可识别层状界面，但信噪比较低，地震反射横向连续性较差；而10~20 Hz低频段地震数据(图 3b)与其他数据相比，在纵向上可见两套特征明显的波组，界面反射相对连续，在横向上能量和波形均有一定的差异，更利于分析花岗岩内部横向不均匀变化及纵向分层变化。

基于重构的10~20 Hz频段地震数据，依据GH-01井重新标定地震反射层位(图 4)。由图可见，在纵向上花岗岩内幕可划分为四套地层，从浅到深依次命名为①号、②号、③号、④号地层。其中：①号地层(GH-01井深度为1360~1700 m)岩性为浅灰白色花岗岩和浅肉红色二长花岗岩，底部界面由高速层进入低速层，表现为一套连续的较强波谷反射，全区易对比追踪；②号地层(GH-01井深度为1700~2200 m)岩性为肉红色花岗岩与灰色二长花岗岩互层，底部界面由低速层进高速层，为一较强波峰反射，整体表现为一套较连续、较弱反射；③号地层(GH-01井深度为2200~2800 m)岩性为灰色二长花岗岩与肉红色花岗岩互层，整套地层反射能量强，反射连续性较好，底部界面由低速层进高速层，表现为波谷反射；④号地层(GH-01井深度为2800~4000 m)表现为较弱的不连续反射。

依据内幕地层地震反射特征，利用重构低频地震数据横向追踪，可实现研究区花岗岩内幕层位的解释。

2 花岗岩温度预测技术及应用 2.1 地震属性用于分析花岗岩内幕岩性展布特征

钻井揭示③号、④号地层温度均大于140℃，是区域内最有利的干热岩储层。

干热岩在横向上具有较强的各向异性，可能造成温度(地震属性)的变化。由图 5、图 6可见：③号地层在工区中部相关性好，呈北东—南西展布(图 5a)，强均方根振幅区具类似特征(图 5b)；④号地层在工区中部相关性也较好(图 6a)，强均方根振幅区在局部分布、不连续(图 6b)。

2.2 温度与地震波速度的关系

地震波的速度在传播过程中受压实、岩性、断层、裂缝等因素的影响。研究区花岗岩非常致密，基本上不发育孔隙，所以压实作用对速度的影响可以忽略不计。花岗岩成分以石英为主(＞98%)，暗色矿物如黑云母含量较低(＜2%)，纵向上裂缝以Ⅲ类(孔隙度＜5%)为主。裂缝发育程度与速度没有直接的关系，只是在渗透性差的层段表现为高速；在渗透性较好的地层，速度较低。这是由于干热岩储层长期处于高温、高压环境下，储层的岩石物理学参数受环境影响而发生改变。施行觉等^[19]认为在地层压力条件下地震波速度会随温度增加而呈线性下降趋势：一是温度引起岩石流体弹性模量改变，尤其是切变模量的剧降；二是由于升温引起岩石颗粒边缘的裂隙张开、岩石含水矿物脱水、岩石膨胀、部分熔融等变化，导致了岩层速度的降低。该区的渗透性主要由高温造成，即速度的变化主要受温度影响。

中国矿业大学(北京)对共和盆地26块干热岩样品开展高温作用下岩石物理实验^[20]。实验结果表明，当岩石所含矿物一定时，随含水量增加弹性波速度会有一定程度的下降；岩石的孔隙和微裂隙是决定弹性波速度的主要因素。温度变化会改变岩石内水分和孔隙的状态，因此温度对岩石弹性波速度影响很大。

花岗岩加热前、后地震波速度变化如图 7所示。由图可见，纵波速度随温度升高而降低，在140~160℃时降低幅度非常明显。研究区岩性单一，断裂不发育，可忽略裂缝和岩性等对地层速度的影响，从而使地温和地层速度的关系更为可信。

2.3 高精度速度反演预测地温分布

基于上述理论，可以通过交会分析研究区钻井的温度与速度关系。由图 8可见，速度与温度整体关系不明显，但在一定层段内，速度与温度有一定的线性关系。据此，研究区花岗岩内幕可拟合为四段不同的线性函数，其分段深度与内幕地层的纵向划分具有很好的对应关系。其中：①号地层y=-0.0706x+525，x为速度，y为温度；②号地层y=-0.1005x+700；③号地层y=-0.1292x+900；④号地层y=-0.0746x+600。

选取基于径向基函数(Radial Basis Function，RBF)反演纵波速度。首先利用声波曲线获取单井纵向高分辨率地层速度，并在单井速度约束下进行三维速度反演获取高精度速度预测体；然后利用速度与温度之间的线性关系估算温度。

从过GH-01井的纵波速度反演剖面(图 9)可见，井点处反演结果能真实地反映纵向上的速度变化，而在横向上的变化与地震响应特征一致。主要表现为：①速度随埋深增大而增大，基底顶面以上地层速度在3200 m/s左右，花岗岩速度为5000~6000 m/s；②花岗岩内幕速度有一定的成层特征，中间有薄层低速层；③内幕地层的速度横向上存在差异。

分别提取花岗岩内幕各层的层速度(图 10)。由图可见，速度变化不大，范围为4900~5600 m/s；高速层主要分布在研究区的西部和南部，低速层主要分布在中部、西部，且呈近南北向条带展布。

图 11是速度与曲率属性的叠合，蓝黑色表示曲率大，即地层变形严重，相对裂缝更为发育。由图可见，裂缝发育区(蓝黑色)与低速度区(绿色―蓝色区域)并没有对应关系。由此可知，速度的变化与裂缝没有绝对的对应关系。这也进一步说明研究区的速度主要受温度的影响。

根据速度与温度关系式，定量估算花岗岩内幕各地层的温度(图 12)。由图可见，①号地层温度为80~120℃，②号地层温度为90~150℃，③号地层温度为90~170℃，④号地层温度为110~230℃。总体而言，温度随埋深增大而升高，花岗岩内幕四段地层温度较高区域均位于研究区东部，呈近南北向条带展布。④号地层温度最高，大部分温度超过160℃。

根据温度预测结果，结合其他成果，在研究区部署、钻探2口新井(GH-02和GH-03井)(图 12d)。2口新井的岩性及裂缝发育情况与GH-01井基本一致，井底温度均达到202℃。其中，GH-02井井底预测温度为208℃，与实测温度相对误差为3%；GH-03井井底预测温度为193℃，与预测温度相对误差为4.5%。由图 13可见，GH-03井预测温度曲线与实测温度曲线趋势基本一致，这表明本文方法可行，预测精度较高。

3 结论

(1) 共和盆地花岗岩内幕为多期发育的火成岩，具有一定的层状特征，采用“两宽一高”地震数据，通过优势频带重构地震数据体，综合利用钻井、测井等资料，可将花岗岩内幕地层进行分层，实现花岗岩内幕层位解释。

(2) 利用研究区花岗岩的温度与速度的关系，通过速度反演，可分层预测储层温度空间变化特征，寻找高温区，指导干热岩钻探。

基于温度与速度的关系，可将利用纵波速度预测温度推广到利用纵波速度与横波速度联合预测，以及与其他参数联合预测，以提高温度预测的精度。