一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法技术

本发明专利技术公开一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法及装置，应用于地震数据处理领域，针对传统的平滑滤波方法没有考虑实际地层的方向信息，而是在水平面上直接进行滤波处理，这样往往会抹去断层、裂隙等信息，没有起到特征增强的效果的问题；本发明专利技术利用初始信息进行方向结构张量的构建与分解，获取优化的方向信息；然后在优化方向信息的基础上，把向量中值滤波算法引入构造导向滤波处理，设计了矢量中值滤波算法，获取结构特征增强的数据体。体。体。

【技术实现步骤摘要】
一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法


[0001]本专利技术属于地震数据处理领域，特别涉及一种地震图像增强技术。

技术介绍

[0002]随着地震数据处理与解释技术的发展，地震资料解释逐渐趋于自动化和智能化，如同相轴的追踪、层位的自动拾取以及断层的自动追踪与识别等。这些自动解释方法都要求地震资料具有较高的信噪比，而在地震数据采集过程中，不可避免地会受到传感器灵敏度、野外噪声干扰和数模转换量化问题等因素的影响，导致地震数据的信噪比难以满足机器智能解释的需求。为了提高地震资料的信噪比，提高机器智能解释的精度，需要对地震数据首先做信噪比增强处理。Weickert和Lavialle(1997)对一致性增强扩散滤波进行了改进，提出了地震断层信息保护扩散滤波方法；Fehmers等(2003)提出了一种基于各向异性扩散的构造导向滤波方法，在保护断层等有用的构造特征的同时对三维地震图像进行有效的信噪比增强；杨培杰等(2010)在Kuwahara滤波的基础上，提出了一种方向性边界保持断层信息增强技术，对断层信息起到了很好的保持作用；Hale(2011)使用基于构造方向的双边滤波器，对地震图像进行增强处理。Wu(2017)对结构张量进行了改进，利用方向导数提出了方向结构张量概念。综上所述，对地震图像的增强处理，主要针对如何在去除噪声、增强反射同相轴连续性，但需要同时有效保持断层等地质构造信息。
[0003]构造导向滤波是针对三维叠后地震数据体的一种特殊且有用的去噪方法。它只对平行于地震同相轴的信息进行，而不对垂直于同相轴方向的信息进行平滑。若发现地震同相轴具有横向不连续性，则不进行平滑，即这种平滑滤波操作不会超过地震反射终止信息，如断层、岩性边界等。因此，构造导向滤波可以使地震反射同相轴变得更加连续，提高反射终止信息两侧的同相轴分辨率，保护甚至改善断层等构造信息。但在应用构造导向滤波技术时，须特别注意的是地震反射同相轴方向信息的获取，主要包括地层的倾角、方位角等。由于复杂构造应力的改造作用，实际地层常发生弯曲、断裂，形成褶皱、断层等地质构造。实际地震资料常包含许多复杂地质构造的信息。在对这种包含复杂构造信息的地震数据进行处理时，准确获取地层的方向信息至关重要。结构张量可以用于提取和分析图像的局部结构信息。通过结构张量的构建和分解，可以很容易地获取特征向量和特征值，以此来确定三维地震数据中包含的地层倾角和走向等。结构张量的构建由三维地震图像中的三个方向的梯度信息构成。梯度信息容易受到三维地震图像中的噪声影响，使得基于梯度信息构建的结构张量方法获得地层倾角、方向信息与真实的地层倾角、方向信息存在差异，尤其是在构造复杂、断裂破碎区差异尤其显著。针对上述问题，本专利技术利用初始结构张量获取的地层倾角、方向信息，考虑到地层、断层在局部区域内存在一定的连续性，且考虑到地层、断层的倾角、走向不是相互独立的特征，引入矢量中值滤波技术对基于结构张量分解获取地层倾角和方位信息进行优化处理，实现更加接近真实地层、断层等的倾角和方位角估计，在此基础上结合断裂估计算子，采用地层结构导向的思路达到地震数据增强处理的目的，我们将该专利技术方法称为一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法及装置。
[0004]实际地震资料的采集、处理等环节中常受到各种因素的影响，数据信噪比低、成像质量差。因此，在后期地震数据处理中，需要进行数据的滤波增强处理，来提高地震数据的信噪比，突出断层等重要构造特征。传统的平滑滤波方法没有考虑实际地层的方向信息，而是在水平面上直接进行滤波处理，这样往往会抹去断层、裂隙等信息，没有起到特征增强的效果。为此，获取地层的方向信息并在此方向上进行滤波处理，是地震数据滤波增强的关键。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法，通过传统的梯度结构张量构建和分解获取地层的初始方向信息并在此方向上计算数据梯度构造方向结构张量，以获取更加准确的地层方向信息，即优化后的方向信息。于是，在优化方向上引入向量中值滤波算法，进行构造导向滤波，设计了矢量中值滤波算法，以达到有效压制噪声，增强地震同相轴连续性，并保留断层、裂隙等边缘结构信息的目的。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法，包括：
[0007]S1、对于待处理的地震数据，通过计算数据梯度来构建地震数据的结构张量；
[0008]S2、对结构张量进行特征分解得到垂直于地震反射面的特征向量u；
[0009]S3、根据特征向量u获取地层方向信息；
[0010]S4、利用地层方向信息组合成倾角、方位角的结构矢量，通过矢量中值滤波算法进行处理，以获取结构特征增强的数据体。
[0011]步骤S4具体包括：
[0012]S41、根据地层方向信息组合成倾角、方位角的结构矢量，进行第一次矢量中值滤波，得到优化后的倾角、方位角；
[0013]S42、以步骤S41中得到的优化后的倾角、方位角作为约束，对待处理的地震数据进行构造导向滤波，从而得到结构特征增强的数据体。
[0014]步骤S4所述矢量中值滤波算法具体为：
[0015][0016]其中，a
m
、a
i
为方向矢量，N表示方向矢量集合S
i
中的元素个数；||
·
||
L
表示L范数。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术从实际出发，考虑了实际地层的基本特征，如地层的局部连续性、成层性、各向异性等。通过梯度结构张量的构建和分解，获取三维地震图像中包含的地层结构信息；在方向信息的约束下，把方向信息中的倾角、方位角组合成结构矢量，并在此基础上设计了矢量中值约束的构造导向滤波算法，优化了地震数据中包含的方向结构信息，增强了地震反射同相轴，使之更加清晰、连续，消除了数据中噪声的影响，保留了三维地震图像中断层等重要构造特征。利用本专利技术技术和装置显著增强了地震数据的结构特征，这对后期的三维地震图像解释，尤其是断层识别具有重要的实际意义。
附图说明
[0018]图1为现有技术中构造导向滤波示意图；
[0019]图2为本专利技术的方法流程图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的待处理地震数据图像；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的结构张量特征向量示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的局部平面特征向量u与地层倾角示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的初始地层倾角；
[0024]图7为本专利技术实施例提供的梯度向量优化前后对比；
[0025]其中，图(a)为数据在x轴方向上的梯度变化率，图(b)为优化后的数据在x轴方向上的梯度变化率，图(c)为数据在y轴方向上的梯度变化率，图(d)为优化后的数据在y轴方向上的梯度变化率，图(e)为数据在z轴方向上的梯度变化率，图(f)为优化后的数据在z轴方向上的梯度变化率；
[0026]图8为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法，其特征在于，包括：S1、对于待处理的地震数据，通过计算数据梯度来构建地震数据的结构张量；S2、对结构张量进行特征分解得到垂直于地震反射面的特征向量u；S3、根据特征向量u获取地层方向信息；S4、利用地层方向信息组合成倾角、方位角的结构矢量，结合矢量中值滤波算法进行构造导向滤波，以获取结构特征增强的数据体。2.根据权利要求1所述的一种矢量中值约束的结构导向三维地震图像增强方法，其特征在于，步骤S1所述的结构张量通过结构导向的平滑滤波得到，计算式为：其中，T
s
表示方向结构张量，F是地震数据在特征向量u、v和w方向上的梯度向量，F＝[F
u F
v F
w
]
T
，<
·
>表示平滑滤波，<
·
>
s
表示对其中的数据进行在层位方向上平滑滤波。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李代钦，蔡涵鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：