一種基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，該方法在深入分析曲波系數(shù)在不同尺度、不同角度下特征的基礎(chǔ)上，提出了一種自適應(yīng)閾值技術(shù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)角度下有效信號(hào)與噪聲的分離，并且借助曲波域的局部方差信息增強(qiáng)對非噪聲成分的保護(hù)，從而減小對有效信號(hào)(特別是弱信號(hào))的傷害。在合成地震記錄與陸上地震數(shù)據(jù)的實(shí)踐證明，閾值迭代法的實(shí)際去噪表現(xiàn)并不理想，而本發(fā)明去噪效果更加真實(shí)有效，在壓制噪聲與保護(hù)細(xì)節(jié)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油勘探領(lǐng)域，特別涉及一種基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地震資料去噪工作貫穿于地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的全過程之中，而高信噪比則是地震資料數(shù)字處理的首要任務(wù)。隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)地震數(shù)據(jù)去噪手段已經(jīng)越來越不能適應(yīng)當(dāng)前高精度勘探的需求，傳統(tǒng)去噪技術(shù)的局限性促使地震數(shù)據(jù)去噪技術(shù)不斷發(fā)展，去噪技術(shù)的內(nèi)容也愈加豐富。
[0003]曲波變換是一種具有方向性的多尺度變換，它在小波變換的基礎(chǔ)上引入了方向性參數(shù)，能夠?qū)D像邊緣部分的直線或曲線提供更加稀疏的表示。第一代曲波變換是在脊波變換的基礎(chǔ)上引入函數(shù)局部化和頻帶剖析的思想發(fā)展起來的，能進(jìn)一步表示多維信號(hào)中的更為普遍的曲線奇異性(CandSs和Donoho, 2003)。由于其數(shù)字實(shí)現(xiàn)的大量數(shù)據(jù)冗余，Candes又提出了第二代曲波變換及快速算法(CandSs等，2006a)。曲波變換起源于圖像處理，與地震數(shù)據(jù)處理的結(jié)合則始于2004年SEG年會(huì)(Herrmann和Verschuur, 2004),隨著快速離散曲波變換的應(yīng)用，使得曲波變換在地震數(shù)據(jù)處理中得到了迅速發(fā)展，目前在地震數(shù)據(jù)降噪與插值(Hennenfent 和 Herrmann, 2006, 2007; Kumar 和 Herrmann, 2009 ；Wang等，2010;劉國昌等，2011)，多次波分離與面波壓制(Herrmann等，2007b;Zheng等，2010),波場外推(Lin和Herrmann, 2007)與地震偏移成像(Herrmann等，2007a)等方面得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。
[0004]曲波變換是為了解決小波變換識(shí)別線性奇異性邊緣的不足而提出來的，具有各向異性和多尺度的性質(zhì)，并且曲波變換基函數(shù)的支撐空間是狹長形的，相對于二維小波變換而言對曲線型邊界可以進(jìn)行更稀疏的表示。相比于傅里葉變換與小波變換，曲波變換能夠取得絕佳的稀疏表示(Herrmann等，2007b)。稀疏性意味著曲波域中少量的大幅值曲波系數(shù)能夠恢復(fù)大部分的有效信號(hào)，通常情況下利用小于總量5%的最大曲波系數(shù)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)輸入了數(shù)據(jù)主要輪廓的重建。與有效地震信號(hào)相比，隨機(jī)噪聲缺乏方向特性，通常體現(xiàn)為較小的曲波系數(shù)，因此利用有效地震信號(hào)與噪聲在曲波系數(shù)的這種差異，在曲波域通過設(shè)定閾值壓制(或去除)弱小的曲波系數(shù)，保留大曲波系數(shù)，然后執(zhí)行逆曲波變換就實(shí)現(xiàn)了去噪過程，這是曲波閾值法去噪的基本出發(fā)點(diǎn)。目前，曲波閾值去噪技術(shù)中以閾值迭代法為代表的單一閾值方法忽視了曲波系數(shù)的特點(diǎn)，通常會(huì)使曲波系數(shù)過分稀疏化，不利于識(shí)別和恢復(fù)噪聲背景下所隱藏微弱有效信號(hào)成分(張軍華等，2010)。
[0005]閾值迭代法是曲波域去噪的一種經(jīng)典手段，由Daubechies等人(2004)提出。設(shè)記錄的(二維)地震數(shù)據(jù)的向量表示為
f=s+n(I)
其中，與》為分別為有效地震信號(hào)與噪聲。在此，用A代表曲波變換矩陣，A代表有效信號(hào)對應(yīng)的曲波系數(shù)向量按(從大到小排列)，則上式等同于
【權(quán)利要求】
1.一種基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1:對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波變換獲得曲波變換系數(shù)； 步驟2:利用最精細(xì)尺度下曲波系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差來確定隨機(jī)噪聲在時(shí)間域的標(biāo)準(zhǔn)差，并以此計(jì)算曲波域中每一尺度及角度下的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差； 步驟3:利用含噪信號(hào)在每一尺度及角度下的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)合局部方差分析，推算有效信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差； 步驟4:利用上述獲得的噪聲與有效信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差建立閾值，進(jìn)行軟閾值處理； 步驟5:進(jìn)行曲波逆變換，獲得時(shí)間域的去噪結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，其特征在于，步驟I中所述的曲波變換采用USFFT或Wrapping方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，其特征在于，步驟3中所述的有效信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式為:

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，其特征在于，在估算有效信號(hào)在曲波域的標(biāo)準(zhǔn)差Oy時(shí)，引入一種局部方差處理方法，對指定尺度與角度下的曲波系數(shù)矩陣，逐點(diǎn)計(jì)算含噪信號(hào)的總體方差，即


5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部方差分析的自適應(yīng)曲波閾值地震去噪方法，其特征在于，步驟4中所述的閾值設(shè)為:


【文檔編號(hào)】G01V1/36GK103713324SQ201410004693
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】孫學(xué)凱, 孫贊東 申請人:孫學(xué)凱, 孫贊東, 王招明, 韓劍發(fā)