消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震信號去噪技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣資源作為當今社會的主要能源不斷的推動著人類的進步，人們?nèi)找嬖鲩L的油 氣能源需求對油氣勘探提出了更高的要求。但隨著勘探的不斷深入，勘探難度也不斷地加 大，主要體現(xiàn)在對構(gòu)造復(fù)雜，地震剖面特征難以識別的隱蔽性油氣藏的勘探上，因此對信號 進行去噪、提高地震資料的分辨率對面積小但能增儲上產(chǎn)的隱蔽性油氣藏的勘探與開發(fā)有 著重要的意義。
[0003] 針對提高地震資料分辨率這一難題傳統(tǒng)的處理方法多注重信噪比的提高，未能在 有效提高信噪比后通過頻帶的拓寬使得分辨率得到進一步地提高，在提高信噪比這方面， 傳統(tǒng)的小波變換對一維平滑信號具有很好的表達能力，但并不適合表達二維信號，這使得 經(jīng)過小波去噪后的地震信號損失了邊緣細節(jié)信息，造成同相軸邊緣變得模糊、分辨率下降。 針對此局限，在小波基礎(chǔ)上發(fā)展起來的曲波變換具有良好方位特性，使它能夠?qū)⑦吘壭畔?和噪聲信息很好的分開，在保持邊緣信息的同時對噪聲的去除也起到了很好的效果。利用 曲波變換的多尺度多方向性的特點，采用GCV(廣義交叉驗證準則）可確定不同尺度和方向 下的閾值，并用遺傳算法搜索使GCV風(fēng)險評估函數(shù)有最優(yōu)閾值；再通過不同的閾值規(guī)則使 用相應(yīng)的半軟閾值函數(shù)對曲波變換分解得到子帶進行閾值去噪，可有效提高信噪比。在拓 寬頻帶方面，譜白化處理是一種展寬頻譜的有效方法，它對有限頻帶進行純振幅濾波后，估 計此頻帶之外的頻率成分，達到拓寬頻帶的目的。譜白化處理可以在時間域或在頻率域中 處理，若在曲波域中處理可對不同尺度、不同方向的子帶中的有效信號進行譜白化，拓寬其 頻帶；對隨機噪聲則不做處理。結(jié)合之前的去噪處理能夠進一步提高地震信號的分辨率。 如申請?zhí)枮镃N201210483278.X公開了一種衰減地震數(shù)據(jù)隨機噪聲的方法和系統(tǒng)。該方法 中將地震數(shù)據(jù)進行傅立葉變換，生成頻率-空間域的地震數(shù)據(jù)；在空間方向上對頻率-空間 域的地震數(shù)據(jù)進行復(fù)數(shù)經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，生成多個模態(tài)分量；根據(jù)頻率-空間域的地震數(shù)據(jù) 與多個模態(tài)分量，利用最優(yōu)化方法生成自適應(yīng)信號重構(gòu)算子；根據(jù)自適應(yīng)信號重構(gòu)算子和 所述多個模態(tài)分量，重構(gòu)生成頻率域地震信號；將頻率域地震信號進行傅立葉反變換，生成 隨機噪聲衰減后的時間域地震信號。如申請?zhí)枮镃N201210247721. 3公開了一種基于小波 變換的小尺度閾值去噪方法，該方法小尺度地對地震數(shù)據(jù)進行掃描，得到一個時窗內(nèi)的相 關(guān)系數(shù)值，然后設(shè)置一個閾值，對這個小尺度時窗內(nèi)的數(shù)據(jù)進行判斷，當?shù)卣鸬酪缘卣鹦盘?為主時，采用常規(guī)小波分解及常規(guī)硬閾值或軟閾值；當?shù)卣鸬酪栽肼暈橹鲿r，地震信號進行 小波包分解后，采用最佳熵的原則設(shè)定下面的浮動閾值法。最后將去噪后的小波尺度進行 小波重構(gòu)，從而得到信噪比較高的地震道集。
[0004] 1999年Donoho和Canc^s在Ridgeletb變換的基礎(chǔ)上提出了曲波變換理論，它 在對多維信號的處理上具有優(yōu)于小波變換的特性。曲波變換具有多尺度、多方向性，對多 維信號具有良好的分辨能力，這使得它在多維信號特征的表示和提取中比小波變換更加 有效。根據(jù)地震數(shù)據(jù)類型的不同，目前提高地震信號分辨率的方法有基于VSP(Vertieal seismicalprofile)提高地震信號分辨率的方法、拓頻處理提高地震信號分辨率的方法、 時變譜白化提高地震信號分辨率的方法、反褶積提高地震信號分辨率的方法等等，這些方 法都可以達到消除噪聲、提高地震信號分辨率的效果。
[0005] 但是現(xiàn)有技術(shù)無法消除高分辨率地震信號中的隨機噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有的提高地震資料分辨率技術(shù)中無法消除地震信號中的隨機噪聲的問 題，有必要提供一種消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng)及方法。
[0007] -種消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng)，包括如下單元：
[0008] 曲波變換單元，用于讀取原始地震信號數(shù)據(jù)，并對原始地震信號數(shù)據(jù)進行曲波變 換分解得到地震信號在曲波域內(nèi)各個尺度、各個方向上表示圖像的光譜特征的第一頻率子 帶以及表示圖像的空間特征的第二頻率子帶，其中第一頻率子帶的頻率范圍為10-20HZ，第 二頻率子帶的頻率范圍為50-200HZ;
[0009] 閾值優(yōu)化單元，用于對于分解得到的第一頻率子帶和第二頻率子帶中所包含的不 同尺度、不同方向下的曲波系數(shù)，通過廣義交叉驗證準則確定不同尺度、不同方向下曲波系 數(shù)的閾值，該閾值為有效信號與隨機噪聲在方向和尺度的分界值；并通過遺傳算法獲得使 廣義交叉驗證準則風(fēng)險評估函數(shù)有最小值的最優(yōu)閾值；
[0010] 閾值去噪單元，用于通過將閾值優(yōu)化單元中獲得的各個最優(yōu)閾值帶入半軟閾值函 數(shù)對分解得到第一頻率子帶、第二頻率子帶進行閾值去噪；
[0011] 濾波器設(shè)計單元，用于根據(jù)閾值去噪單元中去噪后的第一頻率子帶、第二頻率子 帶中的有效信號和隨機噪聲的相關(guān)性的不同，設(shè)計不同的自適應(yīng)的譜白化濾波器；
[0012] 譜白化處理單元，用于對第一頻率子帶、第二頻率子帶中不同尺度、不同方向的有 效信號通過相應(yīng)的自適應(yīng)的譜白化濾波器進行譜白化，拓寬有效信號的頻帶；對隨機噪聲 則不做處理；
[0013] 曲波反變換單元，用于對譜白化處理后的各尺度、各個方向上的第一頻率子帶、第 二頻率子帶通過曲波反變換進行重構(gòu)，得到去噪后且分辨率提高的地震信號數(shù)據(jù)。
[0014] -種消除地震信號中隨機噪聲方法，包括如下步驟：
[0015]S1、讀取原始地震信號數(shù)據(jù)，并對原始地震信號數(shù)據(jù)進行曲波變換分解得到地震 信號在曲波域內(nèi)各個尺度、各個方向上表示圖像的光譜特征的第一頻率子帶以及表示圖像 的空間特征的第二頻率子帶，其中第一頻率子帶的頻率范圍為10-20HZ，第二頻率子帶的頻 率范圍為50-200HZ;
[0016]S2、對于分解得到的第一頻率子帶和第二頻率子帶中所包含的不同尺度、不同方 向下的曲波系數(shù)，通過廣義交叉驗證準則確定不同尺度、不同方向下曲波系數(shù)的閾值，該閾 值為有效信號與隨機噪聲在方向和尺度的分界值；并通過遺傳算法獲得使廣義交叉驗證準 則風(fēng)險評估函數(shù)有最小值的最優(yōu)閾值；
[0017]S3、通過將步驟S2中獲得的各個最優(yōu)閾值帶入半軟閾值函數(shù)對分解得到第一頻 率子帶、第二頻率子帶進行閾值去噪；
[0018] S4、根據(jù)步驟S3中去噪后的第一頻率子帶、第二頻率子帶中的有效信號和隨機噪 聲的相關(guān)性的不同，設(shè)計不同的自適應(yīng)的譜白化濾波器；
[0019] S5、對第一頻率子帶、第二頻率子帶中不同尺度、不同方向的有效信號通過相應(yīng)的 自適應(yīng)的譜白化濾波器進行譜白化，拓寬有效信號的頻帶；對隨機噪聲則不做處理；
[0020] S6、對譜白化處理后的各尺度、各個方向上的第一頻率子帶、第二頻率子帶通過曲 波反變換進行重構(gòu)，得到去噪后且分辨率提高的地震信號數(shù)據(jù)。
[0021] 本發(fā)明提供的消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng)及方法，對地震信號進行曲波分解， 將其投影到曲波域中，充分利用了曲波變換的多尺度、多方向的優(yōu)勢，并通過廣義交叉驗證 準則和遺傳算法選取最優(yōu)閾值，由此來對地震信號進行去噪，能夠在保護有效地震反射信 號的同時更加精確地濾掉噪聲干擾。同時根據(jù)有效信號和隨機噪聲的相關(guān)性的不同，設(shè)計 自適應(yīng)譜白化濾波器。僅對有效信號進行譜白化，拓寬其頻帶，突出有效信號，達到了提高 了地震信號的分辨率的目的。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施方式提供的消除地震信號中隨機噪聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實施方式提供的消除地震信號中隨機噪聲方法流程圖；
[0024] 圖3是曲波基函數(shù)在時間域和頻率域中的示意圖；
[0025] 圖4是原始地震數(shù)據(jù)顯示的效果圖；
[0026] 圖5是處理后信號分辨率得到提高的效果圖；
[0027] 圖6是處理前后的效果對比圖；
[0028] 圖7是對多組地震信號處理前后信噪比的對比圖。
【具體實施方式】
[0029] 如