第五章 复杂结构下的成像.doc

Oz Yilmaz 地震资料处理第五章 复杂结构下的成像5.1 引言 虽然第四章讨论的偏移方法是基于层状介质假设的，然而对这种基本算法作简单的修改即可使其对轻微横向速度变化的情况得到精确的结果。例如，在克希霍夫偏移中，均方根速度可以是在横向上变化的。在有限差分法中，只要横向速度变化是缓慢的，就可以去掉薄透镜项，并且在绕射项中使用的速度函数可以是横向变化的。f-k法(Stolt偏移)中，横向速度变化是通过在0-1间改变拉伸因子来实现的。即使速度变化，这三种方法的输出仍是时间剖面，因此称它们为时间偏移。 当遇到强的横向速度变化时，情况就不同了。这时简单的修改算法就不再能提供足够的精度了，这时必须进行深度偏移，而不是时间偏移。尽管将沿绕射双曲线的能量收敛到它的顶点，两类偏移都使用了一个绕射项，但是仅深度偏移算法补充了明确考虑横向速度变化的附加的薄透镜项。与时间偏移不同，深度偏移的输出是深度剖面。为了得到有地质意义的输出，深度偏移必须比时间偏移的速度模型更精确。下面，我们将用不同复杂程度的速度-深度模型来论证时间偏移与深度偏移之间的差异。 强的横向速度变化常常与复杂的上覆岩层结构有关，在同时含有古生界和较新岩石的褶皱带中的叠瓦状构造就是一个例子。另外，强的横向变化也与盐刺穿有关。盐层下面的目的层成像被复杂盖层的射线路径畸变复杂化了。具有强的横向速度变化的另一类地质环境是不规则水底环境。在有强横向相变的区域里，也可以发生强的横向速度变化。如，白云岩石灰岩蒸发岩碎屑岩的岩性变化可能与水平方向上的速度变化有关。 复杂构造常常是三维的。在这一章，我们将假设地震测线是沿倾向方向的，并且记录的波场是二维的。这个假设的有效性将在第6.5节进行考察。 假如常规的CMP叠加近似地代表零炮检距剖面，则叠加后的时间偏移或深度偏移能够产生一个地质上看来合理的地下图像。但在下面两种情况下就不是这样的，即(a)具有不同叠加速度且倾角不同的相交同相轴或(b)强的横向速度变化。对于第一种情况，在CMP道集上虽然不同倾角的同相轴有双曲线时差，但同相轴不可能用一个速度进行最佳叠加，严格的解法是做叠前时间偏移。对于第二个问题，复杂的非双曲线时差通常与横向速度变化的复杂盖层之下的反射有关，严密解法是做叠前深度偏移。 在4.4.1节已经讨论了第一个问题，在那里我们看到NMO之后进行了叠前部分偏移(DMO)，CMP叠加以及叠后时间偏移，这就相当于做了叠前时间偏移。在5.3.2节我们会发现，第二个问题能通过叠前层代换之后的NMO、CMP叠加和叠后时间偏移(加上深度转换)来解决，因为这个过程基本上等效于做叠前全深度偏移。这两种情况下，其方法是基于修改速度估计值并得到一个改进的未偏移的叠加剖面这一基本原理的。但是这些代用方法的应用的确存在一些限制因素。某些情况下，叠前部分偏移(DMO)能增强多次波(4.4.1节)。当复杂盖层有一个以上的速度层时，叠前层替换可能不实用。 除了DMO和叠前层替换之外，另一种代用的改善未偏移叠加剖面的方法是沿关键层进行层速度分析(HVA)。有时在叠加中限制炮检距范围为小炮检距也能够产生改善叠加的效果。其原因是穿过复杂构造的射线，其路径在CMP道集内大炮检距范围上可以有很大差别。小炮检距可能有射线路径相似性，而这种相似性则有可能产生较好的叠加。该方法的缺点是仅叠加近炮检距道可能损害信噪比。只要能够得到改善的叠加剖面，这些代用方法都可以用。其后通过做叠后时间偏移就可以完成成像。如果这些改善CMP叠加的努力失败，应当根据问题的性质试用叠前时间或深度偏移。5.2 深度偏移 横向速度变化常常与陡倾角有关，因此深度偏移算法应当适合于处理陡倾角的资料。这一节对所有的偏移(时间偏移和深度偏移)都使用65-x偏移算法。-x方法尤其适用于深度偏移，因为薄透镜项的应用相当于频率域中的复数乘法。 横向速度变化问题将用埋在介质中的一个点绕射源来研究，所用的介质有五种不同形式的速度-深度模型。第一种速度模型示于图5-1，相应的零炮检距剖面由一条理想的绕射双曲线构成。因此，在散射源的成像中仅需要绕射项。点散射源的地面投影在CMP240处并由垂向箭头指示与统射双曲线的顶点相一致(即在一条铅垂线上)。时间偏移之后，绕射双曲线被收敛到它的顶点。在本例情况下，它与点绕射源的CMP位置相一致。 如果点绕射源位于第二层(如图5-2所示)时，考虑会出现什么情况。从散射源到地面的射线路径在第一层与第二层的界面处按Snell折射定律弯曲，同样显示在图5-2上的零炮检距剖面近似为双曲线。根据3.2节我们知道，在水平层状模型中，旅行时服从双曲线时差方程。然而，时差仅在小排列范围内才近似为双曲线。与这个近似双曲线相应的速度是向下到绕射源的垂向均方根速度。假设图5-2的速度-深度模型用图5-3的模型代替，那么，这时第一层的速度相当于图5-2绕射源的均方根速度(1790m/s)。伴随这个新模型产生的零炮检距剖面是一条理想的双曲线(图5-3)。由初始模型(图5-2)得到的零炮检距剖面中的旅行时与该剖面双曲线旅行时之间仅在远侧有可以忽略不计的差异。而且这个近似双曲线的顶点与绕射源的地面投影(箭头所指处)相吻合。因此，位于水平层状模型中的绕射源的成像只需进行时间偏移。这种时间偏移可以用克希霍夫求和法(使用均方根速度)或有限差分法或f-k法来完成。后两种方法尤其适用于水平层状速度模型和与之有关的界面处射线弯曲的情况。 假设点绕射源位于第三层，如图5-4所示，这时不再有一个双曲线的绕射响应。此外，响应不对称，使得旅行时曲线的顶点A与绕射源的横向位置B不一致。正如所预计的，时间偏移使部分能量向它的顶点A收敛，而A向左偏离绕射源B的实际横向位置。 为了使能量正确收敛，将其置于横向上的真实位置B，必须进行深度偏移，如图5-4所示。深度偏移成像与真实地下位置B符合，其横向定位由薄透镜项来完成。横向偏移量是不对称的绕射曲线A的顶点和散射体B的真实位置之间的距离AB。这个偏移量取决于发生在成像点上方界面处的射线弯曲程度。 图5-4表明，不对称的绕射曲线A的顶点与垂直地面出射的射线地面位置相一致，这个特殊的射线、即成像射线是Hubrat(1977)首先识别出来的。图5-4中与点绕射源相应的成像射线大约在中点200处。绕射源自身则位于中点240之下。因此，横向偏移量等于40个中点的距离。 水平层状模型没有横向偏移问题(图5-2)，因为它没有横向速度变化。成像射线出露的地面位置与绕射点的地面位置一致。对于轻微的速度变化，如图5-5，其横向偏移小于10个中点。对于某些情况来说，这个小的横向偏移和完全收敛并不是关键，因此，时间偏移可能像深度偏移一样好。在这些情况下，薄透镜项的系数很小，可以忽略不计，这就是在轻微到中等程度的横向速度变化区域，我们并不放弃时间偏移的原因。 当上覆层如图5-6那样复杂时，由于回转波，畸变的绕射曲线表示出假的构造。由此引起的结果能产生一条以上的成像射线。在本例情况下，有三条成像射线出射在中点160、250和370附近，在这里时间偏移失效，这种散射源的成像只能通过深度偏移得到。 图5-1至图5-6研究了几个横向速度变化的例子。成像射线的特点和能量收敛的质量决定进行时间偏移或深度偏移。如果成像射线的起始点和终止点有相同的CMP位置(图5-2)，则只需做时间偏移。但是，如果成像射线偏离几个CMP位置(图5-4)，根据勘探的目标的特点。有可能要求做深度偏移。小的偏离(图5-5)通常表明时间偏移收敛得好，因此也有较好的地下几何图形。由成像射线确定的横向偏移能够用于时间偏移之后的数据或构造图，因此对解释人员来说反射面形状是最为关键的。大的成像射线偏离表明非常不正确的收敛，因此意味着要做深度偏移而不是时间偏移。最后，如果多于一条成像射线与地下点相关(图5-6)，那么深度偏移就是必不可少的。 关于点绕射模型的这些观察结果，现在已推广到包含图5-6反射界面的速度-深度模型。与这个模型相应的成像射线示于图5-7，沿成像射线向下到界面2，没有偏离铅垂方向，因此不需要做深度偏移来使这个界面成像。另一方面，成像射线向下旅行到了第3和第4界面时，它们将大大偏离铅垂方向。如CMP14O位置开始的成像射线，到达第4界面为CMP180，偏移了40个中点，它们的合理成像只有通过深度偏移才能达到。 已知速度-深度模型时，因为成像射线是确定偏移类型(时间或深度)的有力诊断工具，我们可以推断，成像射线对时间偏移剖面转换为深度剖面可能是很有用的。图5-4可以看出，时间偏移将能量收敛到绕射曲线的顶点A，它与成像射线的地面位置重合。时间偏移输出能够沿成像射线(而不是沿法向射线)转换为深度。 沿成像射线绘图完成了与某些薄透镜项有关的作用。请注意，在每个向下延拓步中，薄透镜项的作用是依据空间速度变化进行垂向时移。由于对波场作深度向下延拓时，薄透镜项和绕射项是以交替方式实施的，当横向速度变化剧烈时(图5-6)，这两项的作用被强烈地交连在一起。当速度变化是中等到强时，这两项常可以完全分开，相继使用而没有明显的误差。完全分开意味着薄透镜项影响的校正可以在时间偏移之前或之后进行。如果在时间偏移之后作校正，应当使用成像射线绘图。如果校正是在时间偏移之前进行，则通常使用垂向时移绘图。实际上，时间偏移之前完成校正常常更好，因为它往往能提供收敛较好的偏移结果。横向速度变化可能是轻微到中等程度(图5-5)，强的(图5-4)或剧烈的(图5-6)。得到深度剖面的四种方法及其必要条件示于图5-8。 时间偏移对垂向速度变化模型来说是严格有效的。因为深度偏移直接执行薄透镜项，所以它要求详细的速度模型，在这个模型中要考虑所有的横向速度变化。如何得到详细的速度模型呢？如果我们确切地知道了详细的速度模型，那么我们也必然知道了地下地质模型，因而也就没有必要做偏移了。就此而论，深度偏移可视为是检验初始地质假设的一种方法。所以，最好的深度偏移是类似于图5-9所示的迭代过程的结果。程序从速度模型开始，该模型是根据最佳叠加剖面和其他可得到的信息(如井的资料)得到的。对CMP叠加剖面用这个初始速度模型进行时间偏移。其输出沿法向射线进行深度转换，并产生一个新的速度-深度模型。接下来对CMP叠加剖面用这个初始速度-深度模型进行深度偏移，并解释其输出。如果解释与初始速度-深度模型不符合，则修改模型，并再一次进行深度偏移，如此反复不断迭代，直至深度偏移的输入模型与深度偏移后的剖面符合为止(图5-9)，实际上，为了减少费用，开始几次迭代常常利用时间剖面上拾取的倾角层断按射线跟踪法进行。这种迭代方法应当产生收敛于地质模型的结果。然而，不能保证这是唯一解。我们将在5.2.2节提供这样一种迭代深度偏移的详细论证。 除建立速度-深度模型之外，用于叠加剖面的零炮检距假设是另一个问题。与剧烈横向速度变化有关的CMP资料上的复杂的非双曲线时差要求进行叠前深度偏移。然而，使用叠加能够得出一个合理的速度-深度模型，之后它便可以用于叠前资料的成像。通常遇到的三种复杂的上覆岩层结构不规则水底。盐刺穿以及掩冲构造相关的叠瓦状结构，将在下面几节讨论。5.2.1不规则水底 现在研究图4-11a不规则水底的地形。利用法向入射线的正演模拟产生图4-11b所示的时距曲线。注意，由于盖层复杂，在时间剖面上，深度模型中简单的线性同相轴似乎变得复杂，即不规则的水底使得错综复杂的射线路径畸变。图5-10a是根据深度模型获得的零炮检距剖面。显然，在这样复杂的盖层下，时间偏移不是建立正确成像的好方法，这就需要用深度偏移方法来代替(图5-10c)。时间偏移虽能使水底正确成像，但它将沿3、4层(同图5-6注解一样)的干涉当作迥转反射处理，并将它们转变成图5-10b所示的向斜。只要速度-深度模型准确，深度偏移便产生更为逼真的地下图像。获得图5-10c所用的速度-深度模型是取自图4-1la的实际速度-深度模型。 图5-7的射线路径曲线说明，为什么需要深度偏移来使不规则水底下面的同相轴成像与不规则的水底(模型体顶部)有关的成像射线本身不离开铅垂方向，因而不需要深度偏移对这个层位成像。从另一个方面来说，穿过水底界面速度横向变化剧烈，引起与该层位有关的下面的成像射线偏离垂直方向(中图和下图)。因此要求深度偏移对这两个层位成像。 同零炮检距剖面所示(图5-10)一样，对于复杂盖层问题(图5-11c)，叠加剖面(图5-11a)的时间偏移不是解决问题的办法。图5-11c是对CMP叠加剖面的深度偏移结果，所用速度-深度模型与图5-10相同。由于CMP叠加剖面并不正确地代表零炮检距剖面，故图5-11的结果很差。这种现象的出现，是因复杂盖层引起射线路径畸变所致，这种畸变引起的异常、正如图4-13a的CMP集中看到的那种叠前资料的非双曲线时差模式，这是与图5-11a的叠加剖面连系在一起的。零炮检距的深度偏移(图5-10c)和图5-11c的叠加剖面的深度偏移相比较，证明了这个复杂盖层问题确实必须在叠加前处理。为了用叠后深度偏移精确成像，既需要精确的速度-深度模型又需要准确代表零炮检距剖面的叠加剖面。当不能达到如此精确的叠加时，可能需要完全的叠前深度偏移。 叠前深度偏移包括共炮点和共接收点道集的离散深度步长交替向下延拓。这种方法要求在每个深度步长上共炮点和共接收点道集之间来回转换。降低成本的一个方法就是恰好在复杂盖层下停止这一过程。另一个方法是完全回避叠前的深度偏移，使用其他方法诸如人工静校正和以道相关或层位速度分析(HVA)为基础的叠加程序改进叠加。改进后的叠后剖面常常可当作零炮间距剖面的合理成像。 记住上述内容，我们来看图5-12a的野外资料实例，要注意由于水底地形不规则造成的沿不整合面T的假构造。在中间位置A、B、C的下面特别要注意这些假构造。在这些位置上，与不整合面有关的反射下凹是由低速盖层(在这里是水层)引起的。除复杂盖层外，这个剖面还包含有强绕射的多次反射。再重复一遍，时间偏移不能解决像图5-12b这样的复杂盖层问题。沿不整合面的畸变仍然存在。在CMP叠加剖面的深度偏移中使用的速度-深度模型是从地震资料获得的。以初始的深度偏移结果为基础，把速度-深度模型修改成图5-12c显示的那样。图5-12d是以修改过的速度-深度模型为基础的CMP叠加的深度偏移。注意：不规则水底的畸变是怎样校正了的。(图5-12d与图5-12b相比较)。在中间位置C的下方，整合的反射仍有一些破碎。但是在第二次迭代后，修改后的速度-深度模型表明，作为输入的速度模型与深度偏移上的构造相似。进一步的改善多半收效甚微。5.2.2 盐丘挤入构造 图5-13a为典型的盐丘挤入构造模型。在西非近海、墨西哥湾、红海和北海等地常见这样的构造。在这些情况下，盐层具有非常高的速度，它与围岩形成大的速度差别。图5-13b是根据这个深度模型获得的零炮检距剖面。与盐丘两翼有关的同相轴几乎是离开盐丘翼稍的绕射。剖面长度太短，以致不能模拟沿两翼的反射。因高速盖层(挤入构造)而被上拉的盐丘底部的地层B是我们关心的层位。如果目的层是在盐层之上(例如在翼部上的圈闭)，射线路径就没有剧烈的畸变，因而时间偏移就能满足要求(图5-13c)。但是，如果目的层在盐丘的正下方，那么就有复杂盖层的问题。由图5-13C看出，盐丘底部的地层B完全不能成像。相反，深度偏移十分精确地勾画出盐丘正下方的构造，包括盐丘底部存在的断层(图5-13d)。 图5-13d中用于深度偏移的速度-深度模型是用来形成零炮检距剖面的实际模型(图5-13a)，这个零炮检距剖面就是深度偏移的输入。实际上，我们不知道准确的深度模型，那么我们用什么方法建立一个似乎合理的深度模型呢？我们必须利用一切可利用的资料：如根据地震资料估计出的速度，测井资料以及地质学家的地下模型。时间偏移能帮助建立没有盖层问题的深度模型部分。然后图5-9所描述的迭代深度偏移方法就能用来获得最终的速度-深度模型。 图5-14为盐丘挤入构造的野外资料实例。注意在剖面中间，盐丘下面在约2s处的反射是怎样被上拉了。这个CMP叠加剖面是利用从HVA程序获得的叠加速度而得到的。HVA程序改善了反射质量，尤其是盐丘正下方的反射。时间偏移产生盐层B的底部的不正确的图像(图5-14) 我们现在研究能使盐丘底部更好地成像的迭代深度偏移法。按下列步骤进行： 1.从质量最好的CMP叠加剖面(图5-14a)开始，做时间偏移(图5-14b) 2.沿垂直射线将时间偏移剖面转换成深度剖面(图5-14c)，对于不受盖层恶劣影响的CMP叠加剖面的所有部分，这个转换是相当有效的。在这个例子中，除A及其附近外，深度转换可认为是相当可靠的初始速度-深度模型。因为成像射线需要速度-深度模型，而且速度模型尚且未知；故成像射线不能用于深度转换。 3.将深度转换剖面沿主要关键层位数字化，图5-15的左上图显示出数字化的结果。 4.用这个初始速度-深度模型，对图5-14a所示的CMP叠加剖面进行深度偏移。图5-15右边为深度偏移剖面的显示。 5.将初始的速度-深度模型重叠在深度偏移剖面上，在两者不一致的地方修改该模型。 6.使用这个修改过的模型，重新作深度偏移处理。 7.重复步骤5和6，直到速度-深度模型和深度偏移的输出一样为止。在这个例子中，三次迭代后，它们很好地吻合。 我们仍不知道最后一次深度偏移的输出是否反映真实的地下图像。问题的解不是唯一的。因为有多种途径能对进入速度-深度模型中的速度值进行摄动，而且仍可与深度偏移的输出相一致，所以没有任何方法能提供唯一的解。但是，使用诸如测井资料这样的外部资料，能大大地减少似是而非的解。5.2.3逆掩断层带中的叠瓦构造 图5-16a是逆掩断层带中叠瓦构造的一个典型模型。目的区可能在褶皱的顶点上(位置A)，或在前陆构造上(位置B)。图5-16b是根据这个模型获得的零炮检距剖面。如图5-l6c所示，时间偏移有能力描绘叠瓦构造上的目的区(位置A)。但是，只有深度偏移(图5-16d)才能使顶点构造正下方的目的区(图5-16a的位置B)准确地成像。 图5-17a是逆掩断层构造的资料实例，类似于图 5-16a所示的人工模型中的构造。时间偏移(图5-17b)适用于叠瓦构造中的任何目标的成像。但对叠瓦构造以下的目标，不可能产生正确图像。 图5-17a是另一个逆掩断层构造的实例。资料是1972年记录的，且用绕射求和技术进行了时间偏移(图5-17b)。注意，在2s以上的叠瓦断层构造范围内，偏移结果是可靠的，但下面的同相轴已偏移过度。在这些资料上没有做过任何深度偏移。 逆掩断层地区的资料质量可能不好。像这样的地质区域，地表地貌通常起伏不平，造成野外采集条件困难，并带来严重的静校正问题。到达最高部位的构造也引起能量散射。在这些区域，通常只有钻上几口井才能进行合理的解释，才能得到似乎真实的速度-深度模型。图5-19显示一个时间偏移的逆掩断层剖面。用重力勘探方法，在最高部位的构造顶部，发现了几个油田。由于有一个异地成因的盖层，这些构造高在地震剖面上是不明显的。在逆掩断层带这样困难的地区勘探自然资源，综合地球物理工作是必不可少的。 复杂的地质构造往往是三维的。在像逆掩断层或盐丘构造这样的地质区域中，我们不应当要求二维时间偏移或深度偏移产生一个完全准确的地下成像。5.3 层替换 现在研究图5-20a中的深度模型。在5.2节，我们曾注意到。由于上覆层的复杂性而出现射线路径弯曲，并引起下伏目的层反射的畸变和混乱。如果没有速度差(图5-20b)，射线路径则不会弯曲，可能无需深度偏移。图5-20提示我们，用下层介质速度替换上覆层(层替换)，对于消除复杂的上覆层对下伏层的影响是有效的选择。 以确定波动方程基准面(Berryhill，1979，1984)为基础的层替换技术业已提出。Berryhill的确定基准面技术涉及到在任意形状的特定基准面上把已知波场外推到任一形状的另一基准面上。利用标量波动方程的克希霍夫积分解完成波场外推。它既编入了近场项，又编入了远场项方程(4.5)。外推采用的速度是在输入基准面与输出基准面之间确定的介质速度。 图5-2la为确定基准面的简单例子。这里计算了具有层状速度分布的介质中，埋藏在中点A下面的三个散射体的零炮检距剖面。其速度如图5-21a和5-21b之间的标注。点散射体分别位于800m、1300m和1900m深处的地层界面。浅点散射体的旅行时曲线为双曲线。较深的两个散射体的旅行时曲线为近似双曲线(3.2.1节)给定表面(z=0)波场，应用第一层的速度，2000m/S，将其向下延拓，并计算z=800m的第一个界面的波场。其结果示于图5-21b。正如期望的那样，与浅层点散射体有关的双曲线大部分收敛到它的顶点，因为该散射体就在第一个界面上。此时由于检波点靠近了另两个散射体，所以与它们有关相关的同相轴也被压缩了。图5-21b给出的是，如果检波点沿第一个界面布置可能记录到的零炮检距剖面。此时，在这个剖面上浅层点散射体的能量在t=0刻到达，因为该剖面的基准面为该散射体所在的界面。 现在，应用第二层速度(2500m/s)将图5-21b所示的第一个界面(z800m)向上推到表面(z0)。图5-21c为其结果，它相当于图5-21d中的零炮检距剖面。后者是根据图 5-21c与 5-21d之间标注的速度独立推导出来的。其速度为2000m/s的第一层用速度为2500m/s的第二层替换。 原则上讲，诸如相移、有限差分或克希霍夫求和等任何方法都可用来完成基准面确定。但在解决任意形状的基准面时还是克希霍夫求和法更方便。 弄清确定基准面和偏移之间的区别很重要，确定基准面是以特定的基准面z(x)产生一个未偏移的时间剖面，该基准面形状是任意的，而偏移是根据表面波场计算各种深度的波场。在这方面，当偏移是随着向下延拓过程而完成时，其确定基准面是偏移的一个组成部分。除了向下延拓之外，偏移要求t0引用的成像原理。 波动方程确定基准面有几个实际应用：层位拉平、层替换和正演模拟，这些既可以叠前完成，也可以叠后完成。两种实现方法的主要差别在于，在作叠后确定基准面时，速度要取其半，以遵循爆炸反射层模型(4.1节)。层位拉平涉及到从一个标准层到另一个标准层的向下延拓。对剖面中的所有标准层成功地完成这一工作之后，该技术对给定的测区内恢复其古构造史是有益的。 地震模拟包含由模型底开始通过特定的速度界面的一系列的向上延拓，且在顶面结束。在8.4节给出了实例。5.3.1 叠后层替换 现在我们来研究一下波动方程确定基准面对二维地面地震资料的另一种实际应用：消除不规则海底地形对地下反射连续性和几何形态的恶劣影响。在水层与地层之间有强速度差的地区，这个问题尤其严重。通常这个问题尽管是三维性质的，而目的层反射的二维解释往往可能用地下介质速度替换水层速度而得以改善。 叠后层替换的第一步：将水面波场(图5-22a)向下延拓到海底(图5-20a中的层位2)，外推采用水层速度。图5-22b显示中间结果。在这张层拉平剖面中可注意到，海底反射位于t0，这意味着所有检波器位于不规则的海底。 如果我们没有正确地确定上覆层速度或海底地形，那么海底反射就不可能在t=0处。在这方面，在作下一次之前，这种中间剖面是一个有用的诊断工具。 叠后层替换的第二步包括应用地下地层速度2000m/s将中间波场(图5-22b)向上延拓到海面。图5-22c为层替换后的零炮检距剖面。用与图5-22a相同的速度模型建立了一个零炮检距剖面，只是第一层速度为2000m/s。为了对比，将该剖面示于图5-22d。层替换(图5-22c)和深度偏移(图5-10c)的结果对比表明两者都消除了复杂的上覆层的影响。但是，可注意到层替换只要求精确的上覆层表示，而深度偏移则要求整个速度-深度模型的精确表示。还可注意到，深度偏移的输出是一个经偏移的深度剖面(图5-10c)；而层替换的输出则是未偏移的时间偏移(图5-22c)，在消除复杂上覆层影响之后，这种剖面只要求时间偏移。5.3.2 叠前层替换 正如深度偏移一样，如果输入剖面精确地代表着一个零炮检距剖面的话，叠后层替换就可能消除复杂的上覆层的影响。但是，复杂的上覆层造成射线路径畸变，产生异常的、非双曲线型的叠前数据时差曲线。即使速度-深度模型是已知的，深度偏移也不能产生精确的地下图像。同样，即使已精确地知道上覆层的几何形态，叠后层替换也不能消除复杂上覆层的影响。这是因为输入的叠加剖面不同于零炮检距剖面。但是，根据简单的射线跟踪模拟，我们可以确定叠后层替换能否勾画出下伏层构造。如果这一努力得不到满意的结果，那么就应该作叠前层替换。 图5-23a和图5-24a分别为共炮道集和CMP道集，其时差显然是复杂的。这些是根据图5-6的深度模型合成的。使用的模拟程序是以射线跟踪为基础。它不包括绕射，也未正确地模拟振幅、炮检距范围为50-2387.5m，道距12.5m。总共产生437个炮集，每个共炮道集包含192道。沿测线为96次均匀覆盖。 由共炮道集入手，叠前层替换包括：(a)用上覆层的速度向下延拓所有检波点到输出的基准面。(b)将数据抽成共检波点道集。(c)应用上覆层速度将炮点向下延拓到同一输出基准面。(d)应用下伏层速度将炮点向上延拓到海平面。(e)将数据再抽成共炮点道集。(f)应用下伏层速度将检波点向上延拓到海平面。 这一系列的运算消除了与海底有关的旅行时畸变，如在共炮道集和CMP道集(图5-23b和图5-24c)所见到的那样。尽管由于射线跟踪的局限性而有些非期望的影响，但层替换已削弱了与两个同相轴(图5-6中的层位3和4)有关的反射的复杂由一旦消除了复杂的上覆层影响。这些同相轴便具有如图5-23b所见到的双曲线时差。同相轴A、B和C分别与层位2、3和4相关，如图5-6所示。注意层位3是平的。所以，双曲线顶点位于近炮检距道(同相轴B)。另一方面，层位4右倾。所以，该双曲线顶点向上倾位移(如图5-23b中的箭头所指)。我们注意到，对于复杂的上覆层下面的反射，在层替换之后，其速度估算得以改善(图5-24b与5-24d比较)。层替换前的速度分析对海底反射A产生好的速度拾取，而与深层有关的B和C拾取却不能分开。同样，在速度谱右边的最大相关曲线上，同相轴B和C也未区分开。在层替换之后(图5-24d)，可看出在速度谱中和相关曲线上，与三个同相轴有关的拾取(用X表示的)是分开的。现在，倾斜的水底反射A具有比原来时差速度(在图5-24b为1600m/s)更高的时差速度(在图5-24d为2300m/s)。根据图5-24d，平缓的同相轴B的拾取速度为2000m/s，这是层替换后该反射层上面介质的速度。 波动理论层替换技术，正如任何波动外推方法那样要受到空间假频的影响。现代数据采集可以用小炮检距进行多道记录。因此，对最新的数据，空间假频不是一个大问题。利用这种资料，在有强横向速度变化的上覆层所覆盖、而地质上简单的区域内，先作叠前层替换，然后作叠后时间偏移，这是不同于深度偏移的另一种实用选择。 Berryhill最初的文章(Berryhill，1979)给出了基于克希霍夫积分的波场外推的详细数学推导。对于叠后层替换，我们假定叠加是零炮检距剖面，如果介质的速度取其一半，则它相当于爆炸反射面波场(4.1节)。我们假定震源已是沿地下反射面分布，这样，在向下和向上延拓步进时，只需要从一个基准面到另一个基准面移动检波点即可。对于叠前层替换，每个共炮点道集或共检波点道集独立地外推。尤其是，应用输入道集中所有的记录道计算输出基准面上的点波场。虽然在炮点和检波点向下延拓时、当前的数据例子没有什么问题。但应该以大于输入道集的范围上计算输出道集，以防止丢失陡倾同相轴。对于叠前层替换，外推中应用的速度是输入基准面与输出基准面之间介质的速度。 现在来研究图5-12a中的野外数据例子。针对这些数据，在叠前和叠后完成层替换，消除不规则水底的影响。首先，我们必须确定上覆层的几何形态。在这个例子中为水底地形，因为上覆层的速度为