本發(fā)明涉及地震資料處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種用于石油地震資料中隨機(jī)干擾壓制的方法。

背景技術(shù)：

在復(fù)雜地表地區(qū)采集的地震資料中，資料的信噪比很低，地震資料中常含有許多隨機(jī)噪聲，如微震、背景干擾等。這些噪聲分布在信號(hào)的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)處，且頻帶范圍寬；同時(shí)隨機(jī)噪聲是由各種不可預(yù)知的因素綜合作用而成，所以它沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律，整張記錄幾乎都有隨機(jī)噪聲的存在，無(wú)確定的傳播方向和傳播速度，比較難以去除。因此，人們一直在找尋去除隨機(jī)噪聲的方法。

目前壓制隨機(jī)干擾的方法主要有兩種：一種是多項(xiàng)式擬合去噪技術(shù)，該技術(shù)基于地震信號(hào)在橫向上保持一定的連續(xù)性的前提下，用一給定的多項(xiàng)式來(lái)擬合地震信號(hào)，以增強(qiáng)信號(hào)的連續(xù)性，提高信噪比，從而達(dá)到去噪的目的，但是規(guī)則干擾波有可能被作為信號(hào)得到加強(qiáng)；另一種是f-x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)，該技術(shù)采用f-x域，不需討論傾角的問(wèn)題，假設(shè)反射波同相軸具有線性或局部線性的特性，在f-x域中對(duì)每一個(gè)頻率成分應(yīng)用復(fù)數(shù)最小平方原理，可求得預(yù)測(cè)算子，從而壓制隨機(jī)噪聲、增強(qiáng)相干信號(hào)的連續(xù)性。由于高頻段的信噪較低，求取的預(yù)測(cè)算子受噪聲成分的影響較大，這就使得去噪后高頻段的有效信號(hào)嚴(yán)重畸變，不利于進(jìn)一步提高分辨率。

因此，尋找一種有效的隨機(jī)干擾壓制方法，無(wú)論在提高處理質(zhì)量還是在縮短處理周期，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面都是非常具有實(shí)際意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的之一在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠有效壓制疊后地震數(shù)據(jù)中隨機(jī)噪聲的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的提供了一種疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法。所述采用第一流程或者第二流程對(duì)疊后地震數(shù)中的隨機(jī)噪聲進(jìn)行壓制，其中，第一流程具體包括以下步驟：

(A1)、求出疊后地震數(shù)據(jù)中任一道地震數(shù)據(jù)的波峰和波谷。

(A2)、連接所有的波峰點(diǎn)形成信號(hào)的上包絡(luò)線，連接所有的波谷點(diǎn)形成信號(hào)的下包絡(luò)線，并求取所述上包絡(luò)線和下包絡(luò)線的平均值。

(A3)、用所述任一道地震數(shù)據(jù)減去所述平均值得到的差值替換所述任一道地震數(shù)據(jù)。

(A4)、重復(fù)所述步驟(A1)至(A3)k次，直到滿足預(yù)定條件，并將滿足預(yù)定條件時(shí)的第k次得到的所述差值作為第i個(gè)信號(hào)，i從1取到n并且i為正整數(shù)，所述預(yù)定條件為第k次得到的所述差值與第k次所得的所述平均值之和等于第k-1次得到的差值。

(A5)、從所述任一道地震數(shù)據(jù)中減去所述第i個(gè)信號(hào)，i從1取到n并為且i正整數(shù)，并重復(fù)所述步驟(A1)至(A4)，直到分解到信號(hào)不能滿足所述預(yù)定條件，并將不能滿足所述預(yù)定條件的信號(hào)記為剩余信號(hào)。

(A6)、將所得的一系列信號(hào){第1個(gè)信號(hào)、第2個(gè)信號(hào)、…、第n個(gè)信號(hào)}中的前面m個(gè)高頻信號(hào)從所述任一道地震數(shù)據(jù)(即最原始的地震數(shù)據(jù))中減去，1≤m＜n并且m為正整數(shù)。

(A7)、重復(fù)所述步驟(A1)至(A6)，對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)中的每一道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。

(A8)、對(duì)所述第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)中的任一時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)構(gòu)建高階矩陣。

(A9)、對(duì)所述高階矩陣作奇異值分解，選取按遞減次序排列的奇異值序列中的前面d個(gè)奇異值對(duì)應(yīng)的本征圖像進(jìn)行重構(gòu)，形成秩為d的矩陣。

(A10)、重復(fù)所述步驟(A8)和(A9)，對(duì)所述第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)的每一個(gè)時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第二級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。

第二流程具體包括以下步驟：

(B1)、對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)中的任一時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)構(gòu)建高階矩陣。

(B2)、對(duì)所述高階矩陣作奇異值分解，選取按遞減次序排列的奇異值序列中的前面d個(gè)奇異值對(duì)應(yīng)的本征圖像進(jìn)行重構(gòu)，形成秩為d的矩陣。

(B3)、重復(fù)所述步驟(B1)和(B2)，對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)中的每一個(gè)時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。

(B4)、求出所述第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)中任一道地震數(shù)據(jù)的波峰和波谷。

(B5)、連接所有的波峰點(diǎn)形成信號(hào)的上包絡(luò)線，連接所有的波谷點(diǎn)形成信號(hào)的下包絡(luò)線，并求取所述上包絡(luò)線和下包絡(luò)線的平均值。

(B6)、用所述任一道地震數(shù)據(jù)減去所述平均值得到的差值替換所述任一道地震數(shù)據(jù)。

(B7)、重復(fù)所述步驟(B4)至(B6)k次，直到滿足預(yù)定條件，并將滿足預(yù)定條件時(shí)的第k次得到的差值作為第i個(gè)信號(hào)，i從1取到n并且i為正整數(shù)，所述預(yù)定條件為第k次得到的所述差值與第k次所得的所述平均值之和等于第k-1次得到的差值。

(B8)、從所述任一道地震數(shù)據(jù)中減去所述第i個(gè)信號(hào)，i從1取到n并為且i正整數(shù)，并重復(fù)所述步驟(B4)至(B7)，直到分解到信號(hào)不能滿足所述預(yù)定條件，并將不能滿足所述預(yù)定條件的信號(hào)記為剩余信號(hào)。

(B9)、將所得的一系列信號(hào){第1個(gè)信號(hào)、第2個(gè)信號(hào)、…、第n個(gè)信號(hào)}中的前面m個(gè)高頻信號(hào)從所述任一道地震數(shù)據(jù)(即最原始的地震數(shù)據(jù))中減去，1≤m＜n并且m為正整數(shù)。

(B10)、重復(fù)所述步驟(B4)至(B9)，對(duì)所述第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)中的每一道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第二級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟(B5)或者步驟(A2)中，采用分段多項(xiàng)式插值分別連接所有的波峰點(diǎn)和波谷點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法的一個(gè)實(shí)施例，所述步驟(B2)或者步驟(A9)中，優(yōu)選地，秩d取值為2。

根據(jù)本發(fā)明疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法的一個(gè)實(shí)施例，所述步驟(B9)或者(A6)中，優(yōu)選地，所述m取值為1。

根據(jù)本發(fā)明疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟(B1)或者步驟(A8)中，沿時(shí)間方向t₀從所述疊后地震數(shù)據(jù)S(x,t)橫向取出一列數(shù)據(jù)S(x,t₀)，將S(x,t₀)按照下面等式(2)的方式組合成一個(gè)高階矩陣R：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括能夠有效的壓制地震記錄中的隨機(jī)干擾，而且在去噪后的地震記錄中不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重畸變的現(xiàn)象，并且處理前后的地震數(shù)據(jù)的振幅能量級(jí)別不變，具有良好的振幅保真性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中：

圖1a是理論數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制前的地震記錄圖。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法對(duì)理論數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制后的地震記錄圖。

圖2a是實(shí)際地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制前的地震記錄圖。

圖2b是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法對(duì)實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制后的地震記錄圖。

在圖1a、1b、2a和2b中，橫坐標(biāo)代表道；縱坐標(biāo)代表時(shí)間，單位為ms。

具體實(shí)施方式

在下文中，將結(jié)合附圖和示例性實(shí)施例詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法。

本發(fā)明基于地震數(shù)據(jù)中有效信號(hào)相關(guān)性高，而隨機(jī)噪聲相關(guān)性低以及頻率高的特點(diǎn)，提出了一種疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)干擾壓制方法。該方法能夠有效的壓制地震記錄中的隨機(jī)干擾，而且在去噪后的地震記錄中不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重畸變的現(xiàn)象。處理前后的地震數(shù)據(jù)的振幅能量級(jí)別不變，具有良好的振幅保真性。

本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于：

(1)在縱向(空間方向)上，將信號(hào)分解成一系列不同頻率成份的數(shù)據(jù)，然后去掉部分?jǐn)?shù)據(jù)，壓制隨機(jī)噪聲；(2)在橫向(時(shí)間方向)上構(gòu)建高階矩陣，進(jìn)行奇異值分解，減秩的方法壓制隨機(jī)干擾。

本發(fā)明先后從縱向方向和橫向方向進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，其中縱向方向和橫向方向的處理順序可以根據(jù)需要選擇，也就是說(shuō)，本發(fā)明可以先從空間方向進(jìn)行處理，再?gòu)臅r(shí)間方向進(jìn)行處理，也可以先從時(shí)間方向進(jìn)行壓制處理，然后再?gòu)目臻g方向進(jìn)行壓制。即可以包括：(A)、從空間方向?qū)ΟB后地震數(shù)據(jù)中的每一道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)；(B)、沿時(shí)間方向?qū)λ霾襟E(A)得到的第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)中的每一個(gè)時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第二級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。或者，(A＇)、從時(shí)間方向?qū)ΟB后地震數(shù)據(jù)中的每一個(gè)時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)；(B＇)、沿空間方向?qū)λ霾襟E(a)得到的第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)中的每一道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制處理，得到第二級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法，其技術(shù)思路為：首先是縱向方向處理，取出某一道地震數(shù)據(jù)，求出該數(shù)據(jù)的波峰與波谷值，再用分段多項(xiàng)式插值的方法連接所有的波峰點(diǎn)與波谷點(diǎn)，形成信號(hào)的上包絡(luò)線(波峰連線)與下包絡(luò)線(波谷連線)，求取兩者的平均值，并將該平均值從數(shù)據(jù)中減去掉的到一個(gè)新的數(shù)據(jù)，再將原來(lái)的數(shù)據(jù)用這個(gè)新數(shù)據(jù)替代掉，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，至到滿足一特定條件，從而分解出第一個(gè)信號(hào)，再將第一個(gè)信號(hào)從原始數(shù)據(jù)中減去掉，重復(fù)以上步驟，直到分解出多個(gè)信號(hào)，然后，將第一個(gè)信號(hào)去掉，得到了壓制了部分隨機(jī)噪聲的地震數(shù)據(jù)；其次是橫向方向處理，沿時(shí)間方向取出某一切片地震數(shù)據(jù)，對(duì)該切片數(shù)據(jù)構(gòu)建高階矩陣，接著對(duì)該高階矩陣作奇異值分解，再取秩為2重構(gòu)出新的數(shù)據(jù)，每給定一個(gè)時(shí)間都作類似處理，直到所有時(shí)間切片都處理完，從而得到壓制隨機(jī)噪聲后的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法的具體步驟如下：

(1)設(shè)疊后地震數(shù)據(jù)S(x,t)，其中x表示地震數(shù)據(jù)空間水平方向，1≤x≤L，t表示地震數(shù)據(jù)時(shí)間方向，0≤t≤J。

(2)取第一道地震數(shù)據(jù)S(1,t)，采用以下公式(1)和公式(2)求出數(shù)據(jù)中所有的波峰(局部極大值)與波谷值(局部極小值)。

S(1,t_i-1)＜S(1,t_i)＜S(1,t_i+1) 公式(1)

-S(1,t_i-1)＜-S(1,t_i)＜-S(1,t_i+1) 公式(2)

其中，滿足公式(1)的S(1,t_i)為波峰，滿足公式(2)條件的S(1,t_i)為波谷。

(3)用分段多項(xiàng)式插值分別連接所有的波峰點(diǎn)與波谷點(diǎn)，形成信號(hào)的上包絡(luò)線(波峰連線)與下包絡(luò)線(波谷連線)，求取兩者的平均值m₁(1,t)，用S,1)(t減去m(1,t)得到q₁(1,t)。

q₁(1,t)＝S(1,t)-m₁(1,t) 公式(3)

在本實(shí)施例中，連接波峰和波谷是采用分段多項(xiàng)式插值的方式，但是本發(fā)明不限于此，還可以采用線性插值、雙線性插值、拉格朗日插值等。

(4)將S(1,t)用q₁(1,t)替代，重復(fù)步驟(2)和(3)k次，直到滿足公式(4)的條件。

q_k-1(1,t)-m_k(1,t)＝q_k(1,t) 公式(4)

(5)滿足了步驟(4)的條件就可以選出第一個(gè)信號(hào)表示為B₁(1,t)

B₁(1,t)＝q_k(1,t) 公式(5)

(6)從原信號(hào)S(1,t)中將q_k(1,t)減去，得到p(1,t)，然后再重復(fù)步驟(2)至(5)，得到第二個(gè)信號(hào)B₂(1,t)。

(7)一直分解到最后的信號(hào)如果不能滿足步驟(4)的條件，則記為剩余信號(hào)p_n(1,t)，則：

(8)將信號(hào)分為的B₁(1,t),B₂(1,t),…,B_n(1,t)一系列信號(hào)反映了信號(hào)中的不同頻率成份，先分解出的B₁(1,t)為高頻信號(hào)，只有噪聲，后分解除的信號(hào)頻率依次降低，而B(niǎo)_n(1,t)為低頻擾動(dòng)。應(yīng)用于去地震數(shù)據(jù)S(1,t)中的隨機(jī)噪聲，可以首先將B₁(1,t)舍去掉，從而去掉一部分高頻隨機(jī)噪聲，也即有：

在本實(shí)施例中，去掉的是第一個(gè)信號(hào)，但本發(fā)明不限于此，隨機(jī)噪聲并不一定只存在于第一個(gè)信號(hào)中，有可能第二個(gè)信號(hào)中也有隨機(jī)噪聲，因此進(jìn)行隨機(jī)噪聲衰減，并不一定只處理第一個(gè)信號(hào)，要根據(jù)具體的地震數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整，一般是人為設(shè)置要進(jìn)行幾個(gè)信號(hào)的隨機(jī)噪聲處理，通過(guò)去噪前后效果對(duì)比，從而最終確定要選取幾個(gè)信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)噪聲衰減處理。

(9)將地震數(shù)據(jù)S(x,t)中每道數(shù)據(jù)都重復(fù)步驟(2)至(8)，得到壓制了部分隨機(jī)噪聲后的數(shù)據(jù)A(x,t)(也稱為第一級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù))。

(10)再將數(shù)據(jù)A(x,t)沿時(shí)間方向t₀橫向取出一列數(shù)據(jù)A(x,t₀)，將A(x,t)₀按照以下的方式組合成一個(gè)高階矩陣R。

(11)、再對(duì)矩陣R作奇異值分解，把信號(hào)分解成一系列特征圖像I_i的和。

R＝I₁+I₂+......+I_k 公式(9)

u_i和v_i分別表示R^TR和RR^T的第i個(gè)特征向量，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置，矩陣奇異值σ₁,σ₂,......,σ_k按照遞減順序排列，k是矩陣的秩。

(12)、形成秩為d的矩陣。

F_d(C)＝I₁+I₂+......+I_d 公式(11)

由于信號(hào)是有規(guī)律的，噪聲則是雜亂無(wú)章的，在處理地震資料時(shí)，可近似認(rèn)為大的奇異值對(duì)應(yīng)信號(hào)，小的奇異值對(duì)應(yīng)噪聲，奇異值是按照遞減次序排列的，因此選用前幾個(gè)奇異值對(duì)應(yīng)的本征圖像進(jìn)行重構(gòu)，可以達(dá)到去噪的目的。在本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步去掉隨機(jī)噪聲，可以取秩為2，則形成了去掉隨機(jī)噪聲的數(shù)據(jù)G。

G＝F₂(B)＝I₁+I 公式(12)

但本發(fā)明不限于此，秩選取的越大，衰減的噪聲就應(yīng)該越少，而秩選取的越小，衰減的噪聲就越多，這根據(jù)不同的地震數(shù)據(jù)來(lái)確定，一般是人為設(shè)置秩是多少，通過(guò)去噪前后效果對(duì)比，從而最終確定要選取的秩。

(13)、每給定一個(gè)時(shí)間切片，重復(fù)步驟(10)至(12)，直到所有的時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)處理完，從而得到壓制了隨機(jī)噪聲的地震數(shù)據(jù)(又稱為第二級(jí)壓制隨機(jī)噪聲后的地震數(shù)據(jù))。

將上述示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法應(yīng)用于理論數(shù)據(jù)和實(shí)際地震數(shù)據(jù)。圖1a理論數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制前的地震記錄圖，其是二維疊后帶10％噪音的理論地震數(shù)據(jù)。圖1b是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法對(duì)理論數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制后的地震記錄圖。圖2a是實(shí)際地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制前的地震記錄圖。圖2b是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的疊后地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲壓制方法對(duì)實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)噪聲壓制后的地震記錄圖。對(duì)比分析圖1和圖2可以看出，地震數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲得到了有效地衰減，有效反射同相軸更加清晰可見(jiàn)。

綜上所述，本發(fā)明充分利用了有效信號(hào)與隨機(jī)噪聲相關(guān)性以及頻率的差異，在時(shí)間方向和空間方向迭代壓制隨機(jī)干擾，克服了傳統(tǒng)頻率域壓制隨機(jī)干擾方法的不足，其去噪的保真效果好，具有良好的適應(yīng)性。理論模型和實(shí)際數(shù)據(jù)的處理結(jié)果表明：該方法能夠最大限度地壓制隨機(jī)干擾，保護(hù)有效信號(hào)，使反射波同相軸更加清晰、連續(xù)性更好，為地震資料的后續(xù)處理奠定了有利基礎(chǔ)，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

盡管上面已經(jīng)通過(guò)結(jié)合示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。