一种地震记录迭代型组合域去噪方法及系统技术方案

本发明专利技术属于地震探测数据处理技术领域，公开了一种地震记录迭代型组合域去噪方法及系统，将wavelet域高阶相关统计叠加理论与curvelet域变换有机结合；利用基于wavelet和curvelet小波基函数的curvelet域阀值去噪算法，结合wavelet域高阶相关统计叠加技术，实现迭代型组合域去噪。本发明专利技术利用合成含躁地震记录及实测地震记录去噪实验验证本发明专利技术提出的组合域去噪算法的有效性及可行性。项目研究成果为复杂含噪地震记录的去噪处理提供了新的技术手段，为组合域去噪算法的实用化奠定了理论基础。

An Iterative Combination Domain Denoising Method and System for Seismic Records

The invention belongs to the field of seismic detection data processing technology, and discloses an iterative combination domain denoising method and system for seismic records, which combines the high-order correlation statistical superposition theory in wavelet domain with the curve let domain transformation organically, and realizes the iteration group by using the curve let domain threshold denoising algorithm based on Wavelet and curve let wavelet basis functions and combining the high-order correlation statistical Superposition Technology in wavelet domain. Concurrent domain denoising. The denoising experiment of synthetic and measured seismic records verifies the effectiveness and feasibility of the combined domain denoising algorithm proposed by the invention. The research results of the project provide a new technical means for denoising of complex noisy seismic records, and lay a theoretical foundation for the practicality of denoising algorithm in combination domain.

【技术实现步骤摘要】
一种地震记录迭代型组合域去噪方法及系统
本专利技术属于地震探测数据处理
，尤其涉及一种地震记录迭代型组合域去噪方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：地震勘探一直是石油与天然气资源探测、矿产资源勘查、煤田和工程地质勘查、区域地质及地壳研究的重要物探方法，如反射波、折射波及瑞雷面波法等在探测不同深度的各类地质目标体方面有着不可取代的作用。然而，随着勘探目标要求越来越精细，如何在强能量的各种复杂干扰噪声湮没环境中提取微弱的目标信号是一项艰巨的任务。当前，研究与开发的用于地震记录去噪方法技术颇多，理论与应用研究亦比较广泛。如常规的F-K(频率-波数)域滤波方法(Wardenetal.，2012)、压制随机噪声的F-X(频率-空间)域预测反褶积方法(张军华等，2006)、高精度Randon变换及其变形变换(线性的、多项式的)去噪方法(牛滨华等，2001；黄新武等，2003；Wardenetal.，2012)、用于随机噪声聚类分析去噪的K-L(Karhunen-Lòeve)变换(RibaricandFratric，2005)、用于线性噪声压制的τ-P变换(王维红等，2006)等等。但是上述传统地震记录去噪技术多基于简单的最优化或正交的变换算法，其形成的是固定滤波窗口，具有特定噪声去噪的局限性。同时，固定式阀值滤波不适应于微弱有效波的保真，亦容易去噪过度，导致地震信号失真(Shanetal.，2009)。因此，有必要对传统的地震记录去噪处理解释技术做进一步的改进创新。“保真去噪”是地震记录数据处理的目标，即最大限度的保留目标信号的强度、形态及特征，同时尽可能去除干扰解释的噪声信号。傅里叶分析及窗口傅里叶变换提供了信号的整体频谱，并克服了时频局部化方面的缺陷，但仍使用非自适应时频窗口。Wavelet(小波)理论的提出一定程度上弥补了上述缺点，即可根据信号的特点提供自适应的时频窗口，并提供多频带、多尺度的信号分析能力(Saraccoetal.，2007；MaandPlonka，2010；Maurietal.，2012)。对于地震记录去噪而言，每一个地震道可视为一个具有伸缩和平移特性的一维wavelet基函数，通过在特定频段的稀疏表示以达到保真去噪的目的。然而，一维wavelet变换具有明显的方向选择性，其没有充分利用二维地震剖面特性的优势，故去噪效果局限于单个数据道(Roueffetal.，2006；Shahetal.，2009)。二维wavelet变换的出现一定程度上改善了wavelet变换去噪的效果，其本质上可表述为一维离散wavelet变换的矢量积分，因而二维wavelet变换具有水平、对角及垂向上的去噪能力(Xueetal.，2015；Vuongetal.，2015)。当地震记录数据中含有多方向的线状特征信息，wavelet变换不能提供有效的表征和检测，无法对原始信号进行最优化非线性重建(Ventosaetal.，2012；ChopraandMarfurt，2015)。Wavelet域高阶相关统计叠加技术的提出和发展，为消除地震记录中的噪声并提高地震剖面的信噪比提供了新的技术手段(张三宗和徐义贤，2006；Lietal.，2013)。该算法认为有用信号主要分布在wavelet域小尺度范围，而噪声信号主要由大尺度范围控制，通过不同尺度分离后叠加；同时采用高阶相关系数作为叠加权系数，达到突显有用信号而压制噪声信号的目的。相关统计叠加技术在地震记录去噪的应用，从二阶发展到高阶理论，获得广泛的应用并取得较好的去噪效果。但是，地震记录中有用信号的高阶相关系数的获得取决于原始记录数据具有良好的同相轴一致性，对于缺失或者受破坏的实测地震剖面，有效地震信号的高阶系数不明显，导致统计叠加后的地震剖面形成空白区域，影响后续准确的地质解释。因而，对于复杂地震剖面的“保真去噪”，wavelet域高阶相关统计叠加技术可有效地用于去噪，而无法高效地保真(张恒磊等，2010)。随后，Ridgelet(脊波)变换被提出并结合Radon变换和wavelet变换的优势，具有很强的方向选择性和识别能力，更为有效地改善了wavelet域去噪后的模糊现象。但对于地震记录曲线边缘的特征描述，其逼近程度低及计算效率低(Zhangetal.，2009)。Curvelet(曲波)变换可视为描述一系列Ridgelet变换组合特征，除了具备wavelet域伸缩及平移特性，其通过增加一个方向参量而具有更好的方向识别能力。Curvelet变换属于多尺度分析，可用于高维信号的稀疏表示，因而该方法自提出便迅速广泛应用于地球物理领域，特别是针对地震记录数据噪声压制、多次波分离等领域，研究成果不断涌现(CandèsandDonoho，2004；Candèsetal.，2006；张恒磊等，2010)。然而，Curvelet变换去噪的关键点是获取较为准确的阀值参数，针对不同的噪声类型，所需阀值亦有所不同。尽管当前发展了诸多计算阀值的方法，如分段线性滤波方法、L2标准差法、curvelet正变换法、对角实数及复数阀值法等，但不同阀值法具有实用局限性，在实测地震记录中并不具普遍性。因而，curvelet变换总的来说达到了“保真去噪”的保真效果，但需要估计准确的阀值参数，无法实现普遍的去噪目的(仝中飞等，2008；Shanetal.，2009)。为此，人们自然而然提出了wavelet和curvelet多域组合滤波算法，即利用不同域的去噪算法，顺序迭代对地震记录进行处理，或迭代融合不同域去噪算法，期望达到去除噪声的同时，有效保持目标地震记录信息，实现地震记录的保真处理。多域组合滤波算法的发展较为成熟，研究成果颇多，如Starck等提出用于图像去噪的多域组合滤波法、Saevarsson等为SAR数据设计的组合域去噪技术、马建伟等进一步将Starck等提出的方法引入到地震记录去噪；韩立国等提出curvelet-中值滤波、curvelet-Radon变换等组合域滤波算法并成功应用于金属矿勘探地震记录去噪；徐颖等将多域组合去噪技术用于油气勘探地震记录去噪，张恒磊等提出基于高阶相关的curvelet域和空间域的倾角扫描噪声压制方法。总体上，现有的多域组合去噪算法多为curvelet域与传统去噪算法、wavelet变换在处理顺序上的结合，从而导致整体的去噪效果接近于单个curvelet变换的去噪效果，无法满足包含复杂噪声的地震记录去噪需求(Shanetal.，2009)。综上所述，随着地震勘探目标越发复杂多变，地震记录含躁性越来越复杂，传统地震记录去噪方法技术已不能满足精细去噪要求，发展高效的“保真去噪”算法迫在眉睫。Wavelet和curvelet组合域去噪技术是上述发展的方向之一，近年来研究成果颇丰，但多波域算法有机融合去噪技术的研究程度不高，仍需要加强此方向的理论与应用研究。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)传统地震记录去噪方法技术已不能满足精细去噪要求；而多波域算法有机融合去噪技术的研究程度不高。(2)地震记录中有用信号的高阶相关系数的获得取决于原始记录数据具有良好的同相轴一致性，对于缺失或者受破坏的实测地震剖面，有效地震信号的高阶系数不明显，导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地震记录迭代型组合域去噪方法，其特征在于，所述地震记录迭代型组合域去噪方法将wavelet域高阶相关统计叠加理论与curvelet域变换有机结合；利用基于wavelet和curvelet小波基函数的curvelet域阀值去噪算法，结合wavelet域高阶相关统计叠加技术，实现迭代型组合域去噪。

【技术特征摘要】
1.一种地震记录迭代型组合域去噪方法，其特征在于，所述地震记录迭代型组合域去噪方法将wavelet域高阶相关统计叠加理论与curvelet域变换有机结合；利用基于wavelet和curvelet小波基函数的curvelet域阀值去噪算法，结合wavelet域高阶相关统计叠加技术，实现迭代型组合域去噪。2.如权利要求1所述的地震记录迭代型组合域去噪方法，其特征在于，所述地震记录迭代型组合域去噪方法进一步包括：利用curvelet变换算法，引入wavelet域高阶相关统计叠加技术进行curvelet不同尺度、不同角度的变换系数相关性扫描，实现迭代型组合域去噪。3.如权利要求1所述的地震记录迭代型组合域去噪方法，其特征在于，Wavelet高阶相关统计叠加技术地震记录去噪过程包括：1)对地震记录进行一维或二维wavelet正变换，获取wavelet域参数；2)利用高阶相关统计理论获取wavelet系数的相关参数；3)根据已获取的相关系数在不同尺度叠加，增强目标wavelet系数的相关性；4)采用一维或二维wavelet反变换重建去噪后的地震记录。4.如权利要求1所述的地震记录迭代型组合域去噪方法，其特征在于，curvelet变换去噪算法为：对地震记录进行二维快速傅里叶正变换获取系数分布，形成尺度和角度窗口，根据给定阀值函数截断去噪，利用二维快速傅里叶反变换获取去噪结果；则尺度窗口W和角度窗口V表述为：式中，j为尺度，m为旋转方向，r和t分别为空间及时间域参数。角度窗口V为环形域，并满足|x|∈[2j，2j+1]及极坐标定义θj，m＝2πm·2-[j/2]；而频率域的窗口统一定义为：Uj(r，θ)＝2-3/4W(2-jr)V(2[j/2]·θ/2π)；对尺度j、旋转角度θj，m及空间位置则curvelet变换有：相应的旋转角度矩阵为：对f(x)∈L2(R2)，curvelet系数为：对于合成地震记录，根据加入的噪声类型及强度给出准确的阀值函数；对于实测地震记录数据，采用L2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静和，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45