天然地震层析成像技术，主要是利用密集高频微地震台阵网记录到的天然或诱发地震事件的体波的到时信息来反演得到研究区三维波速分布。地震波波速异常在空间上的分布往往对应于岩石成分变化在空间上的分布，据此就可以通过层析成像得到的地震波波速的三维分布来推断岩石成分在空间分布上的三维特征，从而得到构造面的空间展布状态。
层析成像技术所获得的结果在深层地质构造解析中有着非常重要的作用。与传统的人工地震方法相比，天然地震层析成像具有成本低，环保、适合复杂地质构造地区，能够得到较为可靠的纵横波速比等优点。该方法可以作为传统人工反射地震方法的重要补充手段之一。
（一）在战略选区项目中的应用
1.区域地质背景概况
柴达木盆地位于青藏高原北部，北接祁连山，南邻昆仑山，东以秦岭为界，西北接阿尔金山，大致成一不规则的菱形区域，盆地东西长850km，南北宽150～300km，面积约为1.21×105km2。柴达木盆地在大地构造位置上属于亚洲中轴构造域，盆地内部不同地区具有明显不同的构造特征。南部昆仑山山前地区表现为冲断构造，称昆北断阶带，中部沉积了巨厚的中新生界，称中央凹陷，北部祁连山山前地区也以冲断构造为特征，称北部块断带。
柴达木盆地构造受多期构造运动挤压而成，构造顶部破碎严重，地层产状多变，且倾角较大，造成CMP点分布离散，影响叠加效果。此外，柴达木盆地复杂地表地区的激发工作由于客观条件限制则显得十分薄弱。从现场钻井岩性情况看：激发岩性差，可选择性差，激发因素确定不单一。
针对上述困难，战略选区项目在国内首次引进微地震台阵网天然地震层析成像技术并应用于油田深部构造探测，对柴达木西部英雄岭凹陷及周边地区深层地质构造进行解析。
2.研究工作区域
开展研究工作的区域共有3个，分别为狮子沟地区、干柴沟咸水泉地区、狮子沟游园沟地区，如图9-44所示。
图中蓝色菱形所圈区域为干柴沟咸水泉地区，面积约316km2，共部署了18个地震观测台，观测时间在2005年；粉色矩形所圈区域为狮子沟地区，观测面积约100km2 ，主要在2006年进行观测；绿色矩形所圈区域为狮子沟游园沟地区，面积约176km2 ，观测时间是2007年，共部署了20个台。数据的采样率为4ms，采用连续记录的方式。为改善台站分布密度，采取了台站定期迁移的办法，因而每个观测区布置的总台次在40个以上。
图9-44 柴达木盆地天然地震观测工区示意图
3.主要成果
通过对狮子沟地区、干柴沟咸水泉地区、狮子沟游园沟地区进行的移动台阵式3年观测记录，获得了数据量达到2000GB，从中筛选出满足一定条件的地震事件，利用其地震波走时信息进行反演成像，得到了研究区域的三维速度图像，所获得的各种图件达数百张。与其他方法的结果比较显示，地质解释图与非地震勘探结果基本骨架相似，如图9-45所示。与人工地震结果相比，解释地质构造也较相似，如图9-46所示。
从狮子沟及邻近地区的4口井的VSP速度分布与地质分层的关系可以看出，在有地质分层的地方并没有明显的速度变化，也就是说波速结构并不能很好地直接反映地质分层。所以只能利用VSP层速度资料与地质层位的关系找出一个最具有代表性的波速，并以此速度为等速面来标定层位。项目组提出了利用研究区内多个VSP测井在各地质分层处的波速平均值来标定地质层组的波速，得到了4个不同地质层组的底界形态，与钻井层组标定对应较好，如图9-47所示。
根据对多口测井曲线及其岩性柱状图与地震P波速度的对比分析看出：大段的膏盐层和泥岩层段通常对应着地震P波低速异常；而灰质泥岩层段则对应于地震P波高速异常。层析P波速度在砂岩层段要比泥岩层段具有更大的速度梯度。
在狮25井2550～3750m深度P波速度有明显的低速异常，狮20井在2550～3000m深度也出现明显的低速异常。而在岩性剖面上，显示狮25井相应层段分布有多套盐岩层，狮20井相应层段分布有多层芒硝和盐岩层。表明大量芒硝和盐岩层的存在是导致地震P 波低速异常的主要因素。狮25井在4200～4600m层段，P波具有明显的高速异常区；而在岩性剖面上该层段分布有大量的灰质泥岩层，表明灰质泥岩是导致P波高速异常的主要因素。
波速异常与岩性及岩相也存在一定的对应关系，如狮30井北东方向1100～1600m深度有一向南尖灭的高速异常，狮30井非零井源距的VSP资料解释认为狮30井偏北1870m以上存在地层尖灭；狮36、狮28井下部2000～3000m深度存在一低速异常，与过狮36井和狮28井剖面上的膏盐层相对应。
从总体来看，在柴达木盆地进行的天然地震层析成像结果，波速异常与测井得到的岩性有较好的对应关系。根据波速异常画出的断层位置和构造线与其他方法得出的结果相比，具有一定的相似性。
（二）天然地震层析成像技术的应用前景
利用天然微地震进行油气调查，是近年来新出现的一种方法。该方法适合于地形复杂、地质条件复杂等传统方法难以得到良好效果的地区，是传统人工地震方法的补充。与传统的人工地震方法相比，天然地震方法更经济。天然地震方法的另一个优点是能得到较为精确的Vp/Vs信息，因为天然地震产生的横波能量较强，地表三分量检波器记录到的横波信号具有较高的信噪比。
战略选区项目开展的研究工作表明，通过对微地震进行精确定位，微地震震源位置的空间分布能够揭示地质构造的走向及形态；天然地震中接收函数方法同样也可应用于微地震数据，可以利用微地震的透射转换波得到偏移叠加剖面，得到类似人工地震的地质构造成像。
从战略选区项目在西部复杂地区开展天然地震层析成像攻关试验所取得的总体效果来看，该方法获得一定的效果，具有综合勘探的潜力。
图9-45 狮子沟－游园沟地区非地震解释图（左）与天然地震4000m深度波速构造解释图（右）对比
图9-46 狮子沟－游园沟地区人工地震（上）与天然地震反演结果（下）在同一剖面上的解释对比
图9-47 波速标定层位与地质层位对比图