一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，屬于石油地震勘探地震資料處理【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于包括如下步驟：1、確定噪聲模型及其參數(shù)；2、讀取地震數(shù)據(jù)；3、對(duì)讀取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波分解，得到地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)；4、對(duì)所得到的噪聲模型進(jìn)行曲波分解，得到噪聲模型的曲波系數(shù)；5、根據(jù)設(shè)置的濾波閾值，在曲波域中對(duì)地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾掉曲波系數(shù)中的噪聲部分；6、對(duì)濾波后的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)得到去除噪聲后的地震信號(hào)。本發(fā)明對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行濾波去噪；在保護(hù)有效地震反射信號(hào)的同時(shí)精確地濾掉了噪聲干擾，突出了有效弱信號(hào)，達(dá)到了檢測(cè)與識(shí)別深部弱地震信號(hào)的目的；提高了勘探精度，節(jié)約了勘探成本，使用方便，經(jīng)濟(jì)效益好。
【專利說(shuō)明】一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，屬石油地震勘探地震資料處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，勘探開(kāi)發(fā)難度不斷增加，地震勘探的任務(wù)也已由過(guò)去單純的構(gòu)造勘探發(fā)展到尋找復(fù)雜油氣藏和隱蔽油氣藏。隱蔽油氣藏具有面積小、構(gòu)造復(fù)雜、在地震剖面上特征顯示不明顯的特點(diǎn)，因此在地震勘探中深入研究對(duì)地震弱信號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別、提高分辨率等問(wèn)題是必然的趨勢(shì)。
[0003]然而針對(duì)地震信號(hào)中的弱反射信號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別，傳統(tǒng)的處理方法效果不是很理想。目前對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲壓制、有效信號(hào)檢測(cè)與重構(gòu)的方法有基于F-K濾波(視速度濾波)的規(guī)則噪聲壓制方法、基于F-X域預(yù)測(cè)去噪技術(shù)的隨機(jī)噪聲壓制方法、基于Radon變換的隨機(jī)多次波和隨機(jī)噪聲壓制方法、基于小波分解和重構(gòu)的地震數(shù)據(jù)去噪方法等等，這些方法都可以達(dá)到噪聲壓制以及從地震數(shù)據(jù)中提取有效信號(hào)的效果。如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210483278.X的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種衰減地震數(shù)據(jù)隨機(jī)噪聲的方法和系統(tǒng)，該方法中將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，生成頻率-空間域的地震數(shù)據(jù)；在空間方向上對(duì)頻率-空間域的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，生成多個(gè)模態(tài)分量；根據(jù)頻率-空間域的地震數(shù)據(jù)與多個(gè)模態(tài)分量，利用最優(yōu)化方法生成自適應(yīng)信號(hào)重構(gòu)算子；根據(jù)自適應(yīng)信號(hào)重構(gòu)算子和所述多個(gè)模態(tài)分量，重構(gòu)生成頻率域地震信號(hào)；將頻率域地震信號(hào)進(jìn)行傅立葉反變換，生成隨機(jī)噪聲衰減后的時(shí)間域地震信號(hào)。如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210247721.3的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于小波變換的小尺度閾值去噪方法，該方法在小尺度上對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，得到一個(gè)時(shí)窗內(nèi)的相關(guān)系數(shù)值，然后設(shè)置一個(gè)閾值，對(duì)這個(gè)小尺度時(shí)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷；當(dāng)?shù)卣鸬酪缘卣鹦盘?hào)為主時(shí)，采用常規(guī)小波分解及常規(guī)硬閾值或軟閾值；當(dāng)?shù)卣鸬酪栽肼暈橹鲿r(shí)，地震信號(hào)進(jìn)行小波分解后，采用最佳熵的原則設(shè)定下面的浮動(dòng)閾值法，最后將去噪后的小波尺度進(jìn)行小波重構(gòu)，從而得到信噪比較高的地震道集。
[0004]小波變換在地震信號(hào)處理中雖然能夠去除大部分噪聲，但是，由于小波變換本身的缺陷，在表達(dá)二維圖像時(shí)會(huì)損失邊緣方向信息，造成成像模糊。因此使得去噪后的地震信號(hào)同相軸的邊緣模糊不清、分辨率下降。針對(duì)小波變換的局限性，國(guó)外學(xué)者提出了一種具有多尺度、多方向的分析方法一曲波變換(Curvelet)。1999年CandSs和Donoho提出了曲波變換理論，它在對(duì)線和超平面的奇異性表示上具有優(yōu)于小波變換的特性。曲波變換具有方向性，對(duì)線具有良好的分辨能力，這使得它在直線特征的表示和提取中比小波變換更加有效。
[0005]曲波變換對(duì)于具有光滑奇異性的目標(biāo)函數(shù)曲線能夠提供穩(wěn)定的、高效的和近乎最優(yōu)的表示。此外，曲波變換直接以邊緣為基本表示元素，具有很強(qiáng)的方向性，非常有利于圖像邊緣的高效表示。
[0006]曲波變換在壓制噪聲干擾時(shí)，可以有效保護(hù)弱反射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的保真處理，達(dá)到檢測(cè)與識(shí)別弱反射地震信號(hào)的效果，將基于多尺度分析的曲波變換應(yīng)用于弱地震信號(hào)的分析與處理，對(duì)地震勘探中地震信號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別、提高地震勘探的分辨率具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，根據(jù)地震信號(hào)所受的噪聲干擾建立噪聲模型，對(duì)地震信號(hào)和噪聲模型進(jìn)行曲波分解，將地震信號(hào)和噪聲模型投影到曲波域中，對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行濾波、去噪；在保護(hù)有效地震反射信號(hào)的同時(shí)精確地濾掉了噪聲干擾，突出了有效弱信號(hào)，達(dá)到了檢測(cè)與識(shí)別深部弱地震信號(hào)的目的；提高了勘探精度，節(jié)約了勘探成本，使用方便，經(jīng)濟(jì)效益好。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。
[0009]本發(fā)明所提供的一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，包括如下步驟:
[0010](I)、對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，確定噪聲模型及其參數(shù)；
[0011](2)、讀取地震數(shù)據(jù)；
[0012](3)、選擇尺度，對(duì)讀取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波分解，得到地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)，將地震數(shù)據(jù)變換到曲波域中；
[0013](4)、對(duì)所得到的噪聲模型進(jìn)行曲波分解，得到噪聲模型的曲波系數(shù)，將噪聲模型變換到曲波域中；
[0014](5)、根據(jù)噪聲模型的曲波系數(shù)設(shè)置在曲波域中的濾波閾值，根據(jù)設(shè)置的濾波閾值，在曲波域中對(duì)地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾掉曲波系數(shù)中的噪聲部分；
[0015](6)、對(duì)濾波后的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)得到去除噪聲后的地震信號(hào)。
[0016]所述的對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，確定噪聲模型及其參數(shù)，是通過(guò)對(duì)大量疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，確定弱地震信號(hào)中包含的噪聲模型及其相應(yīng)的各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)所得到的噪聲模型來(lái)進(jìn)行濾波；本專利選擇建立了面波噪聲模型；
[0017]在地震勘探中，采集到的地震數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)因素、自然環(huán)境干擾、激發(fā)接收條件不良等原因，導(dǎo)致其受到的噪聲干擾也不盡相同。地震勘探中的噪聲主要分為規(guī)則噪聲和隨機(jī)噪聲，本專利去除的是規(guī)則噪聲中的面波。通過(guò)對(duì)大量包含面波的實(shí)際疊前地震資料進(jìn)行分析與對(duì)比，選擇了許多具有代表性的面波，然后取其平均作為面波噪聲模型。
[0018]所述的讀取地震數(shù)據(jù)，是在Matlab平臺(tái)上，讀取SEGY格式文件中的地震數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行下一步操作。
[0019]所述的選擇尺度，對(duì)讀取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波分解，得到地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)，將地震數(shù)據(jù)變換到曲波域中，是由于地震信號(hào)是二維的，在空域中分析存在諸多局限性；而曲波變換具有多尺度和多方向性的特性，能夠稀疏地表示信號(hào)，使我們?cè)谇ㄓ蛑心芨酶?xì)地分離出噪聲信號(hào)和有用地震信號(hào)；通過(guò)曲波變換，將空域中的地震信號(hào)變換到曲波域中，得到地震信號(hào)的曲波系數(shù)。
[0020]所述的對(duì)所得到的噪聲模型進(jìn)行曲波分解，得到噪聲模型的曲波系數(shù)，將噪聲模型變換到曲波域中，是將步驟一中所得到的噪聲模型進(jìn)行曲波變換，得到噪聲模型的曲波系數(shù)。
[0021]所述的根據(jù)噪聲模型的曲波系數(shù)設(shè)置在曲波域中的濾波閾值，是根據(jù)噪聲模型的曲波系數(shù)在不同尺度、不同方向上的分布特點(diǎn)來(lái)設(shè)置去除噪聲的閾值。
[0022]所述的根據(jù)曲波域中設(shè)置的濾波閾值，在曲波域中對(duì)地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾掉曲波系數(shù)中的噪聲部分；是采用閾值去噪方法，即低于該閾值的曲波系數(shù)認(rèn)為是噪聲的曲波系數(shù)，將其置零去掉，大于等于該閾值的曲波系數(shù)認(rèn)為是有效信號(hào)的曲波系數(shù)，將其保留；從而，更加精確地濾除地震信號(hào)中的噪聲并且保護(hù)有效地震反射信號(hào)。
[0023]所述的對(duì)濾波后的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)得到去除噪聲后的地震信號(hào)，是對(duì)保留下來(lái)的地震信號(hào)的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)地震信號(hào)，最后得到去除噪聲后的地震信號(hào)。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，根據(jù)地震信號(hào)所受的噪聲干擾建立噪聲模型，定性地表達(dá)噪聲干擾；對(duì)地震信號(hào)和噪聲模型進(jìn)行曲波分解，充分利用了曲波變換的多尺度、多方向的優(yōu)勢(shì)，將地震信號(hào)和噪聲模型投影到曲波域中，對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行濾波、去噪；在保護(hù)有效地震反射信號(hào)的同時(shí)更加精確地濾掉了噪聲干擾，突出了有效弱信號(hào)，大大提高了地震有效弱信號(hào)的分辨率，達(dá)到了檢測(cè)與識(shí)別深部弱地震信號(hào)的目的；提高了勘探精度，節(jié)約了勘探成本，使用方便，經(jīng)濟(jì)效益好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0025]圖1為本發(fā)明所述的重構(gòu)方法的流程示意圖。
[0026]圖2為原始地震數(shù)據(jù)顯示效果圖。
[0027]圖3為濾波處理后地震數(shù)據(jù)重構(gòu)的顯示效果圖。
[0028]圖4為濾波處理前后的顯示效果對(duì)比圖。
[0029]圖5為濾除的面波干擾顯示圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例:
[0032]本實(shí)施例就某地地震勘探層位數(shù)據(jù)進(jìn)行壓制面波、弱地震信號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0033]對(duì)本數(shù)據(jù)的說(shuō)明:本數(shù)據(jù)為疊前地震數(shù)據(jù)(包含33道，每道1501個(gè)采樣點(diǎn))，存放的為地震勘探弱反射信號(hào)；地震信號(hào)受面波干擾較大，部分同相軸難以識(shí)別，地層信息模糊不清。
[0034]將帶有本發(fā)明重構(gòu)方法的軟件程序安裝在有Matlab R2012b或更高版本的計(jì)算機(jī)上，在需要進(jìn)行二維地震信號(hào)去除面波、弱地震信號(hào)檢測(cè)與重構(gòu)時(shí)運(yùn)行該軟件程序。
[0035]本發(fā)明在該實(shí)例中的具體步驟如下:
[0036]步驟101:面波是一種廣泛存在的規(guī)則波，主要由瑞利面波組成，在炮集上呈線性分布，具有強(qiáng)度大，頻率低，振動(dòng)延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響有效反射和降低地震資料信噪比，因此濾掉地震數(shù)據(jù)中的面波是很有必要的。我們對(duì)野外采集來(lái)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及對(duì)比分析，確定了許多個(gè)具有代表性的面波噪聲模型，然后對(duì)這些模型求平均得到典型的面波噪聲模型，并將其存入SEGY文件中。
[0037]步驟201:以double型SEGY格式的地震數(shù)據(jù)文件為例，該文件頭有3600個(gè)字節(jié)，前3200字節(jié)為EB⑶IC編碼數(shù)據(jù)，后400字節(jié)為二進(jìn)制部分，包括了此地震文件的一些重要信息，如地震道數(shù)Trace、采樣點(diǎn)數(shù)Si和采樣間隔SP等。用自編的SEGY文件讀取程序，來(lái)讀取該地震文件文件頭后的地震數(shù)據(jù)，并存到矩陣D中。
[0038]步驟301:利用曲波變換，在保證有效信號(hào)不受損傷的條件下盡可能地濾除面波，需要選擇適當(dāng)?shù)姆纸鈱哟蜰。
[0039]在本發(fā)明中，選擇默認(rèn)精細(xì)尺度為N = ceil [log2min(Trace, Si)_3],其中ceil表示向上取整，min表示取較小值，Trace為地震道數(shù)，Si為采樣點(diǎn)數(shù)。
[0040]曲波分解的公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，其特征在于包括如下步驟: (1)、對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，確定噪聲模型及其參數(shù)； (2)、讀取地震數(shù)據(jù)； (3)、選擇尺度，對(duì)讀取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波分解，得到地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)，將地震數(shù)據(jù)變換到曲波域中； (4)、對(duì)所得到的噪聲模型進(jìn)行曲波分解，得到噪聲模型的曲波系數(shù)，將噪聲模型變換到曲波域中； (5)、根據(jù)噪聲模型的曲波系數(shù)設(shè)置在曲波域中的濾波閾值，根據(jù)設(shè)置的濾波閾值，在曲波域中對(duì)地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾掉曲波系數(shù)中的噪聲部分； (6)、對(duì)濾波后的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)得到去除噪聲后的地震信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，其特征在于所述的選擇尺度，對(duì)讀取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行曲波分解，得到地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)，將地震數(shù)據(jù)變換到曲波域中，是通過(guò)曲波變換，將空域中的地震信號(hào)變換到曲波域中，得到地震信號(hào)的曲波系數(shù)，其曲波分解的公式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，其特征在于所述的根據(jù)曲波域中設(shè)置的濾波閾值，在曲波域中對(duì)地震數(shù)據(jù)的曲波系數(shù)進(jìn)行濾波處理，濾掉曲波系數(shù)中的噪聲部分，是采用閾值去噪方法，即低于該閾值的曲波系數(shù)認(rèn)為是噪聲的曲波系數(shù)，將其置零去掉，大于等于該閾值的曲波系數(shù)認(rèn)為是有效信號(hào)的曲波系數(shù)，將其保&3甶O
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于曲波變換的弱地震信號(hào)重構(gòu)方法，其特征在于所述的對(duì)濾波后的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)得到去除噪聲后的地震信號(hào)，是對(duì)保留下來(lái)的地震信號(hào)的曲波系數(shù)進(jìn)行曲波反變換，重構(gòu)地震信號(hào)，最后得到去除噪聲后的地震信號(hào)， 曲波系數(shù)的重構(gòu)公式為
【文檔編號(hào)】G01V1/36GK104007469SQ201410225122
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月24日
【發(fā)明者】謝凱, 姚恒星, 陳思雅, 羅德新 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)