專利名稱：一種基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及一種基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法。
背景技術(shù)：
隨機(jī)噪聲是地震資料處理中遇到的一類主要干擾波，在地震記錄上主要表現(xiàn)為波形雜亂無(wú)章，頻帶很寬，視速度不確定，無(wú)一定的傳播方向，在一定程度上能夠滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律。隨機(jī)噪聲的存在會(huì)降低地震資料的信噪比，影響資料處理的質(zhì)量。壓制隨機(jī)噪聲的方法主要分為3類I，基于預(yù)測(cè)技術(shù)的方法(f-x反褶積和投影反褶積等)；2，基于統(tǒng)計(jì)原理的方法(中值濾波和多項(xiàng)式擬合等)；3，基于數(shù)學(xué)變換的方法(小波包[I]、奇異值分解技術(shù)(SVD/K-L) [2] ,Radon變換和模式分解等(此處的[I]、[2]、[3]指參考文獻(xiàn)，其中，[I]王振國(guó)，汪恩華.小波包相關(guān)閥值去噪[J].石油物探，2002，41(4) =400-405 ； [2]呂景貴，劉振彪，管葉君.壓制疊前相干噪音的速度變換域?yàn)V波方法[J].石油物探，2001，40 (4) 94-99 ； [3]張軍華，呂寧，雷凌，等.拋物線拉冬變換消除多次波的應(yīng)用要素分析[J].石油地球物理勘探，2004，39 (4)398-405))。其中f-x(y)域反褶積是地震資料處理中壓制隨機(jī)噪聲的主流技術(shù)。從20世紀(jì)70年代開始，SVD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理，包括SVD (基于奇異值分解)技術(shù)壓制噪聲及有損壓縮數(shù)字圖像；噪聲壓制、傾角濾波、垂直地震剖面數(shù)據(jù)波場(chǎng)分離和剩余靜校正。這些技術(shù)計(jì)算量大，需要復(fù)雜的修正才能適用于傾角數(shù)據(jù)。而且基于SVD的噪聲壓制技術(shù)是在t-x域中實(shí)現(xiàn)的，一般要求信號(hào)為水平，并不適合同相軸交錯(cuò)的情況。當(dāng)有效信號(hào)同相軸呈傾斜和彎曲時(shí)，SVD會(huì)損害有效信號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，將數(shù)據(jù)分塊技術(shù)與波場(chǎng)分離技術(shù)相結(jié)合來(lái)壓制隨機(jī)噪聲，無(wú)需對(duì)同相軸進(jìn)行任何相對(duì)時(shí)差校正，在假設(shè)線性同相軸條件下能適應(yīng)同相軸交錯(cuò)的復(fù)雜情況。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，所述方法利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)與波場(chǎng)分離技術(shù)相結(jié)合來(lái)壓制隨機(jī)噪聲進(jìn)而提高地震資料的信噪比；所述方法首先對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行復(fù)數(shù)域SVD濾波，利用波場(chǎng)分離技術(shù)進(jìn)行特征值分解，利用優(yōu)選特征值重構(gòu)數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。所述方法包括以下步驟(I)按時(shí)間-空間方向?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，獲得一組數(shù)據(jù)塊；
(2)復(fù)數(shù)域SVD濾波步驟將步驟⑴中分解得到的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊變換到頻率域中，構(gòu)建Hankel矩陣，然后利用波場(chǎng)分離技術(shù)對(duì)Hankel矩陣進(jìn)行特征值分解，并從大到小選取I或2個(gè)奇異值，最后利用優(yōu)選特征值重構(gòu)原始數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。
所述步驟(I)包括以下步驟(11)計(jì)算時(shí)空窗的個(gè)數(shù)N= (T-S-D-Off)/(1-0) W(1-1)(1-1)式中T為縱、橫向最大長(zhǎng)度向量；S為縱、橫向起始向量；D為縱、橫向延遲向量；0為縱、橫向重疊百分比；w為時(shí)空窗縱、橫向跨度；(12)計(jì)算起始位置T0 = S+D+(i-l)ff(l-0) I ^ i ^ N(1-2)(13)采用鑲邊函數(shù)對(duì)邊界進(jìn)行平滑過(guò)渡，所述鑲邊函數(shù)采用Hanning函數(shù)，即
(、—l + cos〔^) Ixl <αW(x) = \2{a J(1-3)
\x\>a 0 1 1(1-3)式中a為鑲邊帶長(zhǎng)度。(14)設(shè)分時(shí)窗操作算子為P，Cadzow濾波算子為F，則整個(gè)數(shù)據(jù)分塊處理過(guò)程表示為d = [W1PW2FPjd(1-4)(1-4)式中=WJPW2表示分塊正、反過(guò)程的加權(quán)系數(shù)算子，由(1-3)式計(jì)算得到的，d指的是原始地震數(shù)據(jù)。步驟⑵包括以下步驟(21)對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傅里葉正變換；(22)對(duì)選定頻率范圍的，構(gòu)建nXn的復(fù)數(shù)Hankel矩陣Α，其元素為每道的時(shí)間頻率變換值；選擇合適的奇異值個(gè)數(shù)k，利用SVD計(jì)算獲得選取有限個(gè)奇異值后構(gòu)建的矩陣Fk(A);沿反對(duì)角線平均，恢復(fù)矩陣Hankel結(jié)構(gòu)；利用Fk(A)中的值替換每道Fourier變換值；(23)進(jìn)行傅里葉反變換，獲得計(jì)算結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I)與其它傳統(tǒng)的SVD特征值技術(shù)不同，本發(fā)明的方法對(duì)同相軸傾斜或交錯(cuò)情況沒有任何特殊要求，并且不需要對(duì)同相軸進(jìn)行相對(duì)時(shí)差校正；2)假定特定時(shí)空范圍內(nèi)剖面含有有限個(gè)傾角，模型數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，只取第一個(gè)特征值會(huì)對(duì)有效信號(hào)造成顯著損害，而本發(fā)明取前3個(gè)顯著特征值進(jìn)行去噪效果比較穩(wěn)健。3)在小時(shí)空窗內(nèi)地震數(shù)據(jù)的傾角變換可以看作是穩(wěn)態(tài)的，實(shí)際資料處理結(jié)果表明，本發(fā)明采用分塊處理的方式可以克服數(shù)據(jù)傾角的非穩(wěn)態(tài)變化。4) SVD和重構(gòu)需要的時(shí)間隨著數(shù)據(jù)體的增大而增大，本發(fā)明采用分塊處理的方法可以大大縮短SVD和重構(gòu)占用的時(shí)間。


圖I是本發(fā)明方法實(shí)施例中的分塊處理的示意圖。圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例中的復(fù)數(shù)域波場(chǎng)分離的效果圖。圖3是采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)f_x域反褶積濾波結(jié)果圖?！?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述一種提高地震資料信噪比的去噪方法，所述方法利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)與波場(chǎng)分離技術(shù)相結(jié)合來(lái)壓制隨機(jī)噪聲進(jìn)而提高地震資料的信噪比；所述方法首先對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行復(fù)數(shù)域SVD濾波，利用波場(chǎng)分離技術(shù)(又稱為復(fù)數(shù)域奇異值分解技術(shù)、奇異值濾波、奇異值分解及重構(gòu)，簡(jiǎn)稱SVD)進(jìn)行特征值分解，利用優(yōu)選特征值重構(gòu)數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。所述方法包括以下步驟(I)數(shù)據(jù)分塊處理步驟將地震數(shù)據(jù)按時(shí)間-空間方向?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理(圖I給出的是分塊的示意圖)地震信號(hào)同相軸在不同的時(shí)空位置上傾角不同，從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上來(lái)說(shuō)，同相軸的傾角變化為非穩(wěn)態(tài)的。應(yīng)用奇異值濾波一般選取較小的秩數(shù)字(1-3)，即假定傾角個(gè)數(shù)不超過(guò)3，如果將其應(yīng)用在整個(gè)剖面上，難免會(huì)損害有效信號(hào)。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，本發(fā)明采用分塊處理的方法來(lái)克服上述非穩(wěn)態(tài)的矛盾。另外奇異值分解及重構(gòu)(即SVD技術(shù))所占用的時(shí)間隨數(shù)據(jù)體階數(shù)的增大呈級(jí)數(shù)增加，而本發(fā)明采用數(shù)據(jù)分塊處理處理(又稱為數(shù)據(jù)分時(shí)空窗處理、時(shí)窗分割處理等)可以大大縮短SVD所占用的時(shí)間。分塊個(gè)數(shù)的計(jì)算公式為N= (T-S-D-Off)/(1-0) W (1-1)式中T為縱、橫向最大長(zhǎng)度向量；S為縱、橫向起始向量；D為縱、橫向延遲向量；0為縱、橫向重疊百分比；W為時(shí)空窗縱、橫向跨度。起始位置計(jì)算公式為T0 = S+D+(i-l)ff(l-0) I ^ i ^ N (1-2)為了減弱截?cái)嘈?yīng)，在數(shù)據(jù)分塊處理時(shí)必須對(duì)邊界進(jìn)行平滑過(guò)渡，采用的鑲邊函數(shù)為Hanning函數(shù)，即
,、—l + cos〔^) Ixl <αW(x) = \2)(1-3)
\x\>a 0 1 1式中a為鑲邊帶長(zhǎng)度。設(shè)分時(shí)窗操作算子為P，Cadzow濾波算子為F，則整個(gè)數(shù)據(jù)分塊處理過(guò)程可以表示為d = [W1PW2FPjd(1-4)式中=W1和W2表示分塊正、反過(guò)程的加權(quán)系數(shù)算子，由(1-3)式計(jì)算得到的，d指的是原始地震數(shù)據(jù)。(1-4)是用數(shù)學(xué)向量的形式描述“分塊->處理->合并”的過(guò)程，描述的是整個(gè)過(guò)程。綜上所述，利用(1-1)式首先計(jì)算每個(gè)空間方向的塊數(shù)，然后利用(1-2)式計(jì)算每個(gè)分塊的起始位置，同時(shí)利用(1-3)式計(jì)算每個(gè)分塊的加權(quán)系數(shù)及反加權(quán)系數(shù)，這樣就完成了數(shù)據(jù)分塊處理。(2)復(fù)數(shù)域SVD濾波步驟將步驟⑴中分解得到的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊變換到頻率域中，構(gòu)建Hankel矩陣，然后利用復(fù)數(shù)域奇異值分解(SVD)技術(shù)對(duì)Hankel矩陣進(jìn)行特征值分解，從大到小選取I或2個(gè)奇異值(又稱為優(yōu)選特征值)，最后重構(gòu)數(shù)據(jù)。對(duì)于時(shí)間頻率域中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的有效秩數(shù)不超過(guò)數(shù)據(jù)的傾角個(gè)數(shù)。設(shè)有nXn空間網(wǎng)格，其空間坐標(biāo)為(xp，yq), P = I…n，q= 1···η。設(shè)B為nXn維矩陣，其元素為每一道頻率為ω的離散傅里葉變化值。如果只有k個(gè)傾角，矩陣B具有如下形式[Bi = V= V(、
L Xp,q11(2-1)
/=1 /=1式中，Ci和Cli為與傾角和頻率有關(guān)的實(shí)數(shù)；bi為復(fù)數(shù)值，其幅度為該頻率處傾斜同相軸的振幅。定義η個(gè)向量A和gi (i = Ρ··10 [f ]p =ρ = 1".η(2-2)[g/]g = Qiq q — X-'Yl(2-3)則有
k
_2] B = ^fgT(2-4)
/=1矩陣B的各列為fi(i = 1-k)的線性組合，因此矩陣B的秩最大為k，前k個(gè)特征值不為零，可以用前k個(gè)特征圖像加權(quán)和重構(gòu)數(shù)據(jù)。對(duì)于二維頻率域地震數(shù)據(jù)，利用Hankel矩陣估算二維數(shù)據(jù)的有效秩數(shù)。設(shè)有N個(gè)地震道(此N與式(1-1)中的時(shí)空窗個(gè)數(shù)N不是同樣的意思，此處的為標(biāo)量，而上面的為矢量)(這些空間位置不必等間隔分布)，其空間坐標(biāo)為xp，P = I…N。對(duì)于一個(gè)時(shí)間頻率ω，其空間采樣值分別為t1； t2, . . . . , tN假設(shè)地震信號(hào)具有k個(gè)傾角，根據(jù)f_x域地震信號(hào)具有預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)可以將地震
信號(hào)表不為k個(gè)正弦信號(hào)之和k
_7] tp=Kbl(2-5)
7 = 1式中ai為復(fù)數(shù)屯為實(shí)數(shù)。數(shù)據(jù)Hankel矩陣形式為
權(quán)利要求
1.一種基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，其特征在于所述方法利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)與波場(chǎng)分離技術(shù)相結(jié)合來(lái)壓制隨機(jī)噪聲進(jìn)而提高地震資料的信噪比；所述方法首先對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行復(fù)數(shù)域SVD濾波，利用波場(chǎng)分離技術(shù)進(jìn)行特征值分解，利用優(yōu)選特征值重構(gòu)數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)按時(shí)間-空間方向?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，獲得一組數(shù)據(jù)塊； (2)復(fù)數(shù)域SVD濾波步驟將步驟(I)中分解得到的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊變換到頻率域中，構(gòu)建Hankel矩陣，然后利用波場(chǎng)分離技術(shù)對(duì)Hankel矩陣進(jìn)行特征值分解，并從大到小選取I或2個(gè)奇異值，最后利用優(yōu)選特征值重構(gòu)原始數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，其特征在于所述步驟(I)包括以下步驟 (11)計(jì)算時(shí)空窗的個(gè)數(shù)N= (T-S-D-Off)/(1-0) W (1-1) (1-1)式中T為縱、橫向最大長(zhǎng)度向量；S為縱、橫向起始向量；D為縱、橫向延遲向量；O為縱、橫向重疊百分比；W為時(shí)空窗縱、橫向跨度； (12)計(jì)算起始位置T0 = S+D+(i-l)ff(l-0) I ^ i ^ N (1-2) (13)采用鑲邊函數(shù)對(duì)邊界進(jìn)行平滑過(guò)渡，所述鑲邊函數(shù)采用Hanning函數(shù)，即
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于波場(chǎng)分離原理提高地震資料信噪比的去噪方法，其特征在于所述步驟(2)包括以下步驟 (21)對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傅里葉正變換； (22)對(duì)選定頻率范圍的，構(gòu)建nXn的復(fù)數(shù)Hankel矩陣Α，其元素為每道的時(shí)間頻率變換值；選擇合適的奇異值個(gè)數(shù)k，利用SVD計(jì)算獲得選取有限個(gè)奇異值后構(gòu)建的矩陣Fk(A)；沿反對(duì)角線平均，恢復(fù)矩陣Hankel結(jié)構(gòu)；利用Fk(A)中的值替換每道Fourier變換值； (23)進(jìn)行傅里葉反變換，獲得計(jì)算結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高地震資料信噪比的去噪方法，屬于石油地球物理勘探領(lǐng)域。本發(fā)明利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)與波場(chǎng)分離技術(shù)相結(jié)合來(lái)壓制隨機(jī)噪聲進(jìn)而提高地震資料的信噪比；所述方法首先對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊處理，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行復(fù)數(shù)域SVD濾波，利用波場(chǎng)分離技術(shù)進(jìn)行特征值分解，利用優(yōu)選特征值重構(gòu)數(shù)據(jù)，并替換原始頻率切片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓制隨機(jī)噪聲。與傳統(tǒng)的假設(shè)同相軸水平的SVD技術(shù)相比，該方法無(wú)需對(duì)同相軸進(jìn)行任何相對(duì)時(shí)差校正，且利用本方法的去噪效果比較穩(wěn)健，本發(fā)明采用的分塊處理技術(shù)能有效地克服實(shí)際地震資料中傾角變化的非穩(wěn)態(tài)，且可以大大縮短SVD和重構(gòu)占用的時(shí)間。
文檔編號(hào)G01V1/36GK102854533SQ20111018427
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者崔樹果, 郭全仕, 呂秋玲, 王躍, 崔連軍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院