(江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210049)

0 引 言

淺層地震勘探多道反射法是目前探測隱伏區(qū)地層結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造的有效方法之一，其定量解釋精度明顯優(yōu)于其他地球物理方法，因此在城市活斷層探測中被廣泛應(yīng)用(何正勤等，2010；秦晶晶等，2020)。資料解釋的可靠性主要取決于處理過程中有關(guān)參數(shù)提取的質(zhì)量，后者決定了地震時間剖面效果的好壞，因此正確提取參數(shù)是地震數(shù)據(jù)處理工作的前提和保證(何樵登等，1986)。其中，速度參數(shù)是地震勘探時深換算最重要的參數(shù)，其準確率在一定程度上影響到反射物性界面深度解釋的精度(李伍志等，2011)。

在淺層地震多道反射法勘探中，常用的時深轉(zhuǎn)換算法有：① 根據(jù)地震時間剖面有效反射波組劃分情況，結(jié)合鉆孔、區(qū)域地質(zhì)等資料，分析解釋反射波組對應(yīng)的物性層分界面，綜合地震數(shù)據(jù)處理計算的速度與鉆孔反算的速度求取各有效反射波組對應(yīng)的時深換算平均速度，再對劃分的各有效反射物性界面的到時值進行深度換算；② 根據(jù)測區(qū)內(nèi)各測線經(jīng)地震數(shù)據(jù)處理所得的平均速度，結(jié)合相關(guān)鉆孔資料綜合求取測區(qū)內(nèi)時深轉(zhuǎn)換值，再對獲取的地震時間剖面劃分的各有效反射物性界面進行時深轉(zhuǎn)換。

對橫向速度變化較小的水平層狀地層，以上方法深度解釋誤差相對較??；但對橫向速度變化較大的起伏較大地層，深度解釋誤差有所增大。在缺少可供參考的波速測井資料的情況下，如果地震時間剖面有效反射波組與鉆孔分層對應(yīng)關(guān)系不夠準確，亦會導(dǎo)致所劃分物性層頂面埋深及其層速度產(chǎn)生較大的誤差。

綜上所述，在有效地震數(shù)據(jù)處理前提下，為盡量提高淺層地震多道反射法資料深度解釋的可靠性，在淺層地震多道反射法最終時間剖面經(jīng)時深轉(zhuǎn)換模塊(time-to-depth conversion)處理所得的相應(yīng)深度剖面的基礎(chǔ)之上，結(jié)合鉆孔、區(qū)域地質(zhì)等資料，對劃分的有效物性反射界面的深度進行校正，再進行相應(yīng)的地質(zhì)解釋。

1 速度參數(shù)的提取

淺層地震勘探欲獲取高質(zhì)量資料，首要任務(wù)是野外數(shù)據(jù)采集獲得高信噪比單炮記錄(安好收等，2019)，而地震數(shù)據(jù)處理對最終結(jié)果的可靠性起著至關(guān)重要的作用(何正勤等，2013)。在地震資料解釋中，速度參數(shù)的應(yīng)用是解釋工作的重要環(huán)節(jié)，淺層地震多道反射法在地震數(shù)據(jù)處理時主要通過分析獲取疊加速度譜以提取速度參數(shù)(何樵登等，1986)。根據(jù)疊加速度譜上能量團強弱的分布，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及速度掃描時間剖面效果，選取最佳的疊加速度曲線(圖1)。

1.1 速度值拾取

圖1 淺層地震勘探多道反射疊加速度譜圖(a)疊加速度譜；(b)共炮點道集;(c)某相鄰CDP拾取某一疊加速度值時同相軸的疊加顯示；(d)某相鄰CDP在速度函數(shù)同相軸的疊加顯示Fig. 1 Stacking velocity spectrum of multi-channel reflection in shallow seismic exploration(a) Stacking velocity spectrum; (b) Common-source point gather; (c) Stacking of in-phase axis when a group of adjacent CDP picks up a stacking velocity value; (d) Stacking of a group of adjacent CDP on the in-phase axis of the velocity function

圖1中，速度值拾取可在圖1a或圖1d界面上完成。圖1a為疊加速度譜，即地震波能量(振幅)相對速度值的變化規(guī)律。對某一給定自激自收時間t0，按一定速度步長計算反射波時距曲線，據(jù)此曲線在共炮點或共中心點道集的各道上取能量(振幅)值相加，當(dāng)能量(振幅)值達到最大即能量團較強時，所對應(yīng)的速度值即為該時間t0(深度)處對應(yīng)的共炮點或共中心點反射波時距曲線的最佳疊加速度(何樵登等，1986)。

1.2 速度譜拾取

速度譜的拾取主要為橫向與縱向，即CDP(共深度點)與時間軸2個方向。

(1) 橫向上，為使測線處所選速度值相對合理，在疊加速度譜拾取時，根據(jù)地質(zhì)情況及速度掃描時各有效反射波組動校效果，合理控制橫向拾取間距，盡量使橫向上拾取的疊加速度值相對均勻分布。在速度掃描中，當(dāng)各有效反射波組起伏不大或橫向速度變化較小時，拾取間距宜選用50～100 CDP；當(dāng)各有效反射波組起伏較大或橫向速度變化較大時，要適當(dāng)減小疊加速度譜的橫向拾取間距，即加密橫向拾取數(shù)據(jù)量，拾取間距宜<50 CDP，盡量使拾取的疊加速度值較客觀地反映實地情況。

(2) 縱向上，對每一CDP點處時間軸方向上疊加速度值的拾取，一般遵循由淺(到時早)至深(到時晚)遞增的原則(伊爾馬滋，2006)，根據(jù)速度譜能量團強弱分布情況，結(jié)合速度掃描值所對應(yīng)的同相軸動校效果等，合理拾取疊加速度值。

在整條測線疊加速度值拾取完成且疊加處理后，根據(jù)各有效反射波組疊加效果，對局部疊加效果不理想段的疊加速度值再作適當(dāng)修正，直至達到最佳疊加效果。為使最佳疊加速度所對應(yīng)的疊加剖面獲得最優(yōu)處理效果，還需進行有效的疊后精細處理，以滿足地質(zhì)解釋的需求，得到最終地震時間剖面圖(圖2)。

圖2 淺層地震勘探多道反射時間剖面圖Fig. 2 Time profile of multi-channel reflection in shallow seismic exploration

2 時深剖面轉(zhuǎn)換

淺層地震勘探多道反射法采集的原始數(shù)據(jù)主要與空間、時間等參數(shù)有關(guān)，處理結(jié)果多為時間剖面，雖然可以反映地層的結(jié)構(gòu)形態(tài)、構(gòu)造性質(zhì)及其傾向與位置等，但不能準確給出地層分界面的埋深、構(gòu)造的產(chǎn)狀及其上斷點的埋深等信息。淺層地震勘探時深轉(zhuǎn)換即為將時間剖面轉(zhuǎn)換成適于地質(zhì)解釋的深度剖面，而速度模型建立的準確性會直接影響時深轉(zhuǎn)換的效果(賈凌云等，2011；秦童等，2018)，進而影響地質(zhì)解釋的精度。地震波速度是時深換算中最重要的參數(shù)，求取的值的準確程度會直接影響各有效物性反射界面埋深值的精度。

淺層地震多道反射法一般采用平均速度對所獲取的地震時間剖面進行時深換算(李英賓等，2019)，相對準確的平均速度值多通過波速測井獲取(李培培等，2015)。大多數(shù)情況下，因鉆探及波速測井成本較高，波速測井資料很少。地層波速資料只反映鉆孔附近小范圍的情況，不能代表整條測線或測區(qū)的結(jié)果(丁衛(wèi)平等，2012；汪俊等，2020)，因此淺層地震多道反射法平均速度值的求取主要根據(jù)地震數(shù)據(jù)處理得到的疊加速度計算得出。

為使各測線地震時間剖面各有效反射波組疊加效果達到最佳疊加速度值，經(jīng)Dix公式計算，求取各測線所對應(yīng)的平均速度，并將其加載到時深轉(zhuǎn)換模塊中，對各測線最終地震時間剖面進行時深轉(zhuǎn)換處理，得到相應(yīng)的深度剖面，再結(jié)合時間剖面各有效反射波組劃分情況及測線經(jīng)過處的鉆孔資料等，對獲取的深度剖面對應(yīng)的各有效反射波組進行深度標定(標定系數(shù)求取主要依據(jù)基巖面深度，這主要是因為覆蓋層內(nèi)物性層劃分界限不如基巖面確定清楚)，最終得到適于地質(zhì)解釋的深度剖面圖(圖3)。

圖3 淺層地震勘探多道反射深度剖面圖Fig. 3 Depth profile of multi-channel reflection in shallow seismic exploration

3 地質(zhì)解釋剖面圖編制

根據(jù)各測線經(jīng)地震數(shù)據(jù)處理所獲取的最終時間剖面進行有效反射波組對比和同相軸追蹤，首先進行目的層位(如基巖反射)的連續(xù)追蹤，然后對覆蓋層內(nèi)層位進行對比分析，力求連續(xù)準確(安好收等，2017)。在以上相位劃定基礎(chǔ)上，根據(jù)各測線所對應(yīng)的最終適于地質(zhì)解釋的深度剖面的各有效反射波組繪制相應(yīng)的深度矢量圖，然后根據(jù)要求的比例尺繪制各測線的淺層地震勘探多道反射法地質(zhì)解釋剖面圖(圖4)。結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆孔、區(qū)域地質(zhì)等資料對其進行地質(zhì)推斷解釋。圖4顯示在基巖面反射波組Tg以下(即基巖內(nèi)部)存在一系列與其斜交的不整合反射波組，這一特征可作為判斷基巖面反射波組的依據(jù)之一。

4 應(yīng)用實例

以某研究區(qū)穿過鉆孔ZK20的L3測線的部分淺層地震多道反射剖面為例進行可行性分析。圖5為穿過該鉆孔L3測線的部分淺層地震多道反射時間剖面圖，圖6為按上述方法獲取的對應(yīng)深度剖面圖，鉆孔ZK20位于圖5、圖6中CDP660(圖中e點)位置附近。根據(jù)資料，巖性及分層結(jié)構(gòu)見表1。

圖4 淺層地震勘探多道反射時間剖面及地質(zhì)解釋剖面圖Fig. 4 Time section and geological interpretation section of multi-channel reflection in shallow seismic exploration

圖5 L3測線淺層地震勘探多道反射時間剖面圖(部分)Fig. 5 Time section of multi-channel reflection in shallow seismic exploration on survey line L3 (part)

圖6 L3測線淺層地震勘探多道反射深度剖面圖(部分)Fig. 6 Depth section of multi-channel reflection in shallow seismic exploration on survey line L3 (part)

表1 鉆孔ZK20地層結(jié)構(gòu)

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及鉆孔等資料，經(jīng)各測線對比分析，認為時間剖面圖(圖5)中基巖面反射波組Tg以上主要存在2組有效反射波組T1、T2。深度剖面圖(圖6)中各有效反射波組根據(jù)時間剖面圖5劃定。

圖5顯示，在CDP660(圖中e點)附近，基巖面反射波組Tg雙程到時為170 ms左右，覆蓋層內(nèi)反射波組T1、T2雙程到時分別約為63、110 ms。

同一位置，深度剖面圖(圖6)顯示反射波組T1、T2、Tg的埋深分別約為55、97、155 m。因基巖面的確定較覆蓋層內(nèi)物性界面的劃定更準確，所以各有效反射波組的深度標定系數(shù)主要依據(jù)鉆孔揭示的基巖面埋深與深度剖面圖顯示的基巖面反射波組Tg埋深的比值求取。

鉆孔ZK20(e點位置)揭示基巖面埋深為159 m，深度剖面圖(圖6)顯示基巖面反射波組Tg埋深為155 m，經(jīng)計算所得深度標定系數(shù)約為1.026，將e點位置各有效反射波組埋深乘以此標定系數(shù)，得到該位置反射波組T1、T2及Tg標定后的深度分別約為56、100、159 m。按上述方法對獲取的整條測線各有效反射波組深度值進行標定后，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及鉆孔等資料，根據(jù)要求的比例尺繪制相應(yīng)的地質(zhì)解釋剖面圖。

也可通過對平均速度值的標定來實現(xiàn)對深度的校正。根據(jù)疊加速度并由Dix公式計算所得的平均速度(表2)顯示，CDP600處雙程到時150、180 ms的平均速度分別為1 772、1 822 m/s，CDP700處雙程到時150、180 ms的平均速度分別為1 810、1 870 m/s。據(jù)此，通過線性插值計算可求得CDP660處(圖中e點，鉆孔位置)雙程到時170 ms的平均速度為1 832 m/s。根據(jù)此位置鉆孔揭示的基巖面深度(159 m)及時間剖面(圖5)顯示的反射波組Tg雙程到時(170 ms)，可反算求得此處基巖面以上的平均速度為1 871 m/s。將根據(jù)鉆孔反算求得的平均速度除以根據(jù)疊加速度由Dix公式計算所得的平均速度，即可得到平均速度值標定系數(shù)約為1.021。將由Dix公式計算所得的所有平均速度乘以標定系數(shù)進行校正，然后進行時深轉(zhuǎn)換處理，得到校正后的深度剖面。

表2 根據(jù)疊加速度由Dix公式計算的平均速度

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，可計算得到基巖面埋深值的相對誤差≈2.5%，平均速度值相對誤差≈2.1%，說明在研究區(qū)缺少鉆孔資料情況下，通過此方法可得到相對誤差≤5%的界面數(shù)據(jù)，能夠滿足勘探精度的要求。

5 結(jié) 論

時深轉(zhuǎn)換是淺層地震勘探多道反射法進行地質(zhì)解釋的關(guān)鍵一步，其轉(zhuǎn)換效果直接影響各有效反射物性界面埋深解釋精度。要使所得的淺層地震深度剖面的解釋誤差相對較小，在進行時深轉(zhuǎn)換時需注意下列4點。

(1) 速度參數(shù)是淺層地震勘探多道反射法時深換算最關(guān)鍵的參數(shù)，其提取的準確性直接影響時深轉(zhuǎn)換的效果，進而影響各有效反射物性界面深度解釋誤差的大小，應(yīng)據(jù)測區(qū)地質(zhì)情況、速度掃描效果、橫向和縱向波速變化規(guī)律，合理控制速度譜拾取間距及疊加速度值的拾取。

(2) 淺層地震勘探多道反射法時深轉(zhuǎn)換應(yīng)在經(jīng)地震數(shù)據(jù)處理后的最終時間剖面上進行，以適用于相應(yīng)的地質(zhì)解釋。

(3) 當(dāng)測線經(jīng)過鉆孔位置時，應(yīng)根據(jù)鉆孔資料對所獲取的深度剖面各有效反射波組直接進行深度校正；或根據(jù)鉆孔反算的平均速度，對根據(jù)疊加速度并由Dix公式計算得到的平均速度進行標定，從而實現(xiàn)對深度剖面各有效反射波組深度的校正。

(4) 參照最終時間剖面所劃分的各有效反射波組，依據(jù)所獲取的相應(yīng)最終深度剖面，繪制對應(yīng)的各有效反射物性界面深度矢量圖，然后根據(jù)要求的比例尺繪制淺層地震勘探多道反射法地質(zhì)解釋剖面圖，再結(jié)合測區(qū)相關(guān)鉆孔及區(qū)域地質(zhì)等資料進行合理的地質(zhì)推斷解釋。