[發明專利]一種信息熵濾波器與地震資料隨機噪聲衰減方法

有效

• 申請號: 201710612809.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107589453B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 高靜懷;楊濤;張兵
• 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: 劉強

1.一種信息熵濾波器，其特征在于，首先針對給定的一個分析窗內的信息，計算每個點的權，通過歸一化得到每個點的權系數，然后將分析窗內各自點值與各點的權系數相乘求和，其值作為信息熵濾波器的輸出值；

所述信息熵濾波器具體為：

設X是隨機變量x的集合，s₀為隨機變量x中的一個隨機變量，則X香農熵H(X)如下式表示：

其中N為隨機變量x的個數，P(x)為概率密度函數；

定義W(x)為隨機變量x在集合X中所占的權，通過下式計算所得：

W(x)＝-P(x)log₂[P(x)]-(1-P(x))log₂[1-P(x)] (2)

然后，將隨機變量x權W(x)歸一化后，得到每個點的權系數記為w(x)，如下式：

將得到的各點權系數與各點的隨機變量乘積后求和，如下式：

用s'₀代替集合X中隨機變量s₀，則這一過程定義為信息熵濾波器。

2.一種基于權利要求1所述信息熵濾波器的地震資料隨機噪聲衰減方法，其特征在于，本方法利用梯度結構張量分析鄰域內地層結構的規則程度，調控濾波器窗口的尺度和形狀，使得濾波器窗口最匹配需要處理的鄰域內的地層結構信息，同時利用結構自適應的方法來保護結構的細節信息，實現對地震資料進行隨機噪聲衰減，并且保護地震有效信號，斷層、裂縫在內的地層邊緣和細節信號的結構。

3.根據權利要求2所述的地震資料隨機噪聲衰減方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

1)計算梯度結構張量

首先根據梯度結構張量的定義計算二維地震剖面的梯度結構張量，得到梯度結構張量

其中，u(x,t)表示為二維的地震剖面，式中：—梯度算子；G_ρ—二維高斯函數G_ρ(x,t)＝exp(-(x²+t²)/2ρ²)，ρ為尺度參數；—卷積算符；T—矩陣轉置算子；

2)計算同相軸的橫向不連續性度量

根據Bakker(2002)定義的線型信號結構置信度量，計算地震數據線型結構的置信度量CL：

其中，μ₁與μ₂分別為梯度結構張量的兩個特征值，CL為線型結構置信度量，通過式(6)計算表征信息橫向能量變化強度的置信度量值CI：

CI＝(1-CL)μ₂ (7)

CI的值均在區間[0,1]之間取值；

3)閾值參數的確定

邊緣結構保持性受到閾值參數β控制，通過區域分割的閾值參數自適應選擇策略計算β，如下式所示：

其中：α—百分比調整因子，根據保邊緣濾波的要求全局確定；thr—基底噪聲閾值，由剖面的整體噪聲干擾水平所確定；

4)結構自適應信息熵濾波器尺度參數選擇

根據結構自適應濾波操作的要求，濾波器窗口為包含目標點的橢圓形窗口，結合線型結構置信度量CL和橫向置信度量CI，通過濾尺度參數選擇策略確定濾波器的尺度參數σ₁和σ₂，如下式所示：

其中，x＝(x,t)為二維地震數據空間、時間位置，R_max為橢圓形濾波窗口的最大尺寸，σ₁和σ₂分別為橢圓形分析窗的長軸和短軸，g(·)為關于CI(x)的單調減函數，其取值范圍限定為(0,1]，其中g(·)為指數函數；

式中，β控制指數函數的衰減速度，β取值越小，指數函數的下降越快；反之，指數函數的衰減變緩；

5)信息熵濾波器處理

將橢圓形分析窗內的數據看作為一個地震數據集合F，

W(f)＝-P(f)log₂[P(f)]-(1-P(f))log₂[1-P(f)] (11)

其中，f為窗內的地震數據值，P(f)為分析窗內的概率密度函數，N為窗內的地震數據的個數；

通過上述步驟遍歷每一個數據點實現對整個地震資料的噪聲進行衰減。