[發(fā)明專利]一種基于時空分數(shù)階濾波的地震資料噪聲壓制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710547822.5
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107247290B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 高靜懷;周清保;彭濟根
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發(fā)明公開了一種基于時空分數(shù)階濾波的地震資料噪聲壓制方法，能夠有效壓制疊前和疊后地震資料中隨機噪聲干擾和采集“腳印”噪聲。利用時間和空間分數(shù)階各向異性擴散濾波方程，實現(xiàn)了對擴散方向和強度的精細控制，克服了傳統(tǒng)擴散方程易損害有效信號振幅的缺點，可有效引導擴散濾波沿著各向異性較弱區(qū)域進行，從而達到保持地震資料紋理結構、斷層、裂縫等地層邊緣結構，有效地改善地震同相軸的空間連續(xù)性，增強地震同相軸的空間一致性，特別是對噪聲干擾嚴重的深層弱反射信號亦取得較好的去噪效果。提高了深層地震信號的可解釋性。

技術領域

本發(fā)明屬于地球物理勘探領域，涉及一種地震資料噪聲壓制方法，特別涉及一種基于時空分數(shù)階各向異性濾波的地震資料噪聲方法。

背景技術

在地震勘探過程中，由于地面的微震、儀器在接收或處理過程中的噪聲、復雜地表和地形條件，如山地、沙漠和戈壁等因素，均會對接收地震記錄產生干擾。這些干擾會降低地震資料的信噪比及質量，使得后續(xù)地震資料解釋和參數(shù)反演難度變大。因此，提高地震資料的信噪比，改善地震資料品質，是地震資料處理中需要解決的關鍵問題之一。由于復雜的地質沉積作用，地震信號的顯著特點是層狀特征明顯，且含有豐富的不連續(xù)結構特征，如斷層、河道等。這些結構信息對后續(xù)地震資料解釋尤為重要。因此，地震資料在進行噪聲壓制的過程中，應充分保持這些結構特征。

按照不同特征，地震資料中的噪聲可分為不同類型。在實際地震資料處理中，應針對具體問題區(qū)分有效信號與噪聲，并采取相應的噪聲壓制方法。常規(guī)的地震資料噪聲壓制方法主要包括F-X域預測濾波、KL變換、拉東變換、小波變換去噪、Contourlet變換去噪、Curvelet變換去噪、SVD分解等。為了在壓制地震資料噪聲的同時，充分保護地震資料的結構特征，Luo等基于次序統(tǒng)計思想提出一種地震資料保邊濾波方法。該方法利用Kuwahara窗分析技術，將待分析點周圍方差最小的窗口內的均值代替該點的值。AlbinHassan等將該方法推廣到三維地震資料保邊濾波。Hoeber等綜合分析了基于次序統(tǒng)計思想的濾波方法，提出利用級聯(lián)濾波器和尺度自適應高斯濾波器來壓制三維地震資料噪聲。Fehmers和Hocker于2003年首次將各向異性擴散濾波方法應用于地震資料保邊緣噪聲壓制，利用兩種不同尺度的結構張量來度量地層結構的不連續(xù)性，從而控制擴散濾波在地震結構體邊緣的濾波方向和程度。孫夕平等研究了有限差分法求解擴散方程的特點，提出具有最優(yōu)旋轉不變性的各向異性擴散濾波方法。王旭松和楊長春在非線性各向異性擴散方程中引入二階導數(shù)項來提高對地震結構的保護能力。Lavielle等改進了三維地震資料噪聲壓制中擴散張量特征值的構造方法，將線型擴散和面型擴散相結合，使得擴散過程不僅能對面型反射結構進行濾波，同時能保持和增強地震斷層結構。張爾華等提出利用結構張量計算地震數(shù)據(jù)的不連續(xù)性參數(shù)，以控制各向異性擴散濾波器的邊緣保持能力。

基于偏微分方程的地震資料噪聲壓制方法最早來源于圖像處理領域。自20世紀90年代以來，擴散濾波方法得到迅速發(fā)展，并在圖像去噪、分割和增強等領域得到廣泛應用。Perona和Malik在1990提出一種非線性擴散濾波方法

式中，x為空間坐標，Ω為圖像所在空間區(qū)域，u₀為原始含噪圖像，u(t,x)為t時刻擴散濾波結果，為圖像的梯度，為散度算子，g(·)為擴散率函數(shù)，滿足非負性和單調遞減性，同時滿足g(0)＝1，g(∞)＝0。該方法根據(jù)圖像的局部特征確定擴散系數(shù)，引導擴散過程在圖像較為平坦的區(qū)域具有較快的擴散速度，在圖像邊緣附近具有較慢的擴散速度，從而兼顧邊緣結構信息和噪聲壓制。由于擴散過程有標量的擴散率函數(shù)控制，其本質上依然是各向同性的。

Weickert在1996年提出了基于結構張量分析的各向異性擴散濾波方法，

式中，D為擴散張量。該方法根據(jù)擴散張量控制沿不同方向上的擴散速率和程度，考慮了圖像的局部一致性結構，使得平滑過程主要沿著各向異性較弱的方向進行，實現(xiàn)了各向異性擴散濾波。

以上現(xiàn)有地震資料噪聲壓制方法存在以下缺點：