多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)濾波的技術領域，尤其涉及一種多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值 濾波方法。
【背景技術】
[0002] 在石油、天然氣、煤炭、煤層氣等化石能源勘探過程中，基于爆炸源（人工源）的地 震勘探技術是獲得地下構造、巖性信息，識別油氣等能源存在與否的關鍵技術之一。常規(guī)的 地震勘探技術主要利用縱波的激發(fā)、傳播和單分量地震信號的接收來達到勘查地下彈性波 場異常的目的。隨著油氣勘探開發(fā)程度不斷深入，油氣勘探目標日趨復雜，相應的勘探技術 水平也在不斷提高，最近20多年來，綜合利用縱波和轉換橫波信息的多分量地震勘探技術 引起國內外的廣泛關注，成為研究攻關的熱點，也是目前地震勘探技術發(fā)展的主要方向。
[0003] 相比于單純的縱波資料，多波多分量地震資料包含更加豐富的運動學與動力學信 息，多波勘探具有以下優(yōu)勢：解決某些單分量縱波的成像空白問題，如氣云區(qū)、縱波弱反射 區(qū)構造成像；聯(lián)合利用縱波與橫波可以提高巖性、流體識別的準確性；橫波能幫助刻畫油 氣藏或覆蓋層中裂縫的密度和方位、巖石力學參數(shù)等。因而多分量地震勘探在尋找?guī)r性油 氣藏、裂隙裂縫型油氣藏、煤層氣與頁巖氣等復雜非常規(guī)油氣藏中越來越受到重視。當前多 分量處理亟待解決的問題包括靜校正、噪聲衰減、各向異性疊前偏移等，各個環(huán)節(jié)相互關聯(lián) 影響，只有每個環(huán)節(jié)都得到好的處理，最終才能得到高質量的結果。由于勘探目標和地表條 件的復雜性，以及震源與采集方式等的影響，使得多分量地震記錄中噪聲類型復雜、信噪比 低、有效信號能量弱。
[0004] 因此，噪聲衰減是一個至關重要的環(huán)節(jié)，其結果嚴重影響著多分量地震資料后續(xù) 處理解釋成果的可靠性與精度。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法，以解決現(xiàn) 有技術存在的在壓制隨機噪聲時容易破壞多分量地震數(shù)據(jù)分量間矢量關系的問題。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供一種多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法， 包括：對采集的疊前多分量地震數(shù)據(jù)做補償與均衡處理；在所述疊前多分量地震數(shù)據(jù)的二 維道集平面內，對每個采樣點處用多分量數(shù)據(jù)形成一個矢量，從而得到一個二維矢量地震 數(shù)據(jù)；確定濾波窗口在水平方向的長度N與時間方向的長度NT，其中N與NT為大于0的正 整數(shù)；確定擬搜索的軌跡的個數(shù)M'，從M'個軌跡中搜索出能匹配當前濾波點所在同相軸 的局部軌跡的最優(yōu)軌跡，其中M'為大于0的正整數(shù)；以當前濾波點為中心，在搜索到的最 優(yōu)局部軌跡上選取N個矢量信號點，并將所述N個矢量信號點進行邊際排序，得到邊際中值 矢量；分別計算所述矢量信號點到所述邊際中值矢量的距離，以及所述距離的平均值；將 所述矢量信號點按所述距離進行排序，選取排序后位于中間部分的矢量信號點，并對位于 中間部分的矢量信號求平均得到均值，并輸出所述均值。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的技術方案，通過根據(jù)相鄰道多分量地震矢量信號片段之間的矢量距 離在多個直線軌跡與曲線軌跡中搜索出地震波同相軸的局部軌跡，然后沿地震同相軸局部 軌跡加窗選取領域點，并且基于多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計排序理論，對沿同相軸局部軌跡選取的多個 矢量信號采樣點進行矢量均值濾波處理，以解決簡單矩形濾波窗對傾斜同相軸及地震波局 部極值附近有效信號產生損傷的問題外，還能有效壓制脈沖隨機噪聲和高斯隨機噪聲，又 能很好地保持多分量地震信號的特矢量特征不畸變。
【附圖說明】
[0008] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法的流程圖；
[0010] 圖2是圖1的步驟S108的詳細流程圖；
[0011] 圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施例的合成地震數(shù)據(jù)的Z分量的波形圖；
[0012] 圖3b是根據(jù)本發(fā)明實施例的用水平矩形濾波窗口選取相鄰點來做矢量均值濾波 的波形圖；
[0013] 圖3c是根據(jù)本發(fā)明實施例的沿搜索的最優(yōu)軌跡加窗選取相鄰點做矢量均值濾波 的波形圖；
[0014] 圖3d是圖3a與圖3b之差的波形圖；
[0015] 圖3e是圖3a與圖3c之差的波形圖；
[0016] 圖4a是根據(jù)本發(fā)明實施例的合成地震數(shù)據(jù)的Z分量的波形圖；
[0017] 圖4b是根據(jù)本發(fā)明實施例的合成地震數(shù)據(jù)的X分量的波形圖；
[0018] 圖5a為加噪數(shù)據(jù)經過低通濾波后的Z分量的波形圖；
[0019] 圖5b為加噪數(shù)據(jù)經過低通濾波后的X分量的波形圖；
[0020] 圖5c是根據(jù)本發(fā)明實施例的單分量濾波后的Z分量的波形圖；
[0021] 圖5d是根據(jù)本發(fā)明實施例的單分量濾波后的X分量的波形圖；
[0022] 圖5e是根據(jù)本發(fā)明實施例的兩分量矢量濾波后的Z分量的波形圖；
[0023] 圖5f是根據(jù)本發(fā)明實施例的兩分量矢量濾波后的X分量的波形圖；
[0024] 圖6是三種方法濾波后的兩分量地震數(shù)據(jù)部分信號片段的矢端圖。
【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明的主要思想在于，基于根據(jù)相鄰道多分量地震矢量信號片段之間的矢量距 離在多個直線軌跡與曲線軌跡中搜索出地震波同相軸的局部軌跡，然后沿地震同相軸局部 軌跡加窗選取領域點，并且基于多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計排序理論，對沿同相軸局部軌跡選取的多個 矢量信號采樣點進行矢量均值濾波處理，以解決簡單矩形濾波窗對傾斜同相軸及地震波局 部極值附近有效信號產生損傷的問題外，還能有效壓制脈沖隨機噪聲和高斯隨機噪聲，又 能很好地保持多分量地震信號的特矢量特征不畸變。
[0026] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本 發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法。
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的多分量地震數(shù)據(jù)的矢量均值濾波方法的流程圖。
[0029] 在步驟S102中，對采集的疊前多分量地震數(shù)據(jù)做補償與均衡處理。其中，所述補 償與均衡處理為多分量一體化道均衡處理、多分量一體化真振幅恢復處理，并將所述疊前 多分量地震數(shù)據(jù)處理后排列成二維疊前炮集或共中心點道集地震數(shù)據(jù)。
[0030] 在步驟S104中，在所述疊前多分量地震數(shù)據(jù)的二維道集平面內，對每個采樣點處 用多分量數(shù)據(jù)形成一個矢量，從而得到一個二維矢量地震數(shù)據(jù)。其中，前述形成的所述矢量 例如為X= [X1 X2…xK]，其中K為地震數(shù)據(jù)分量的個數(shù)。進一步的，三分量數(shù)據(jù)中每個采 樣點形成一個三維矢量例如可表示為X= [X1 X2 X3]。
[0031] 在步驟S106中，確定濾波窗口在水平方向的長度N與時間方向的長度NT，其中N 與NT為大于0的正整數(shù)。
[0032] 由于地震信號在時間方向是快速振蕩變化的，而在相鄰道之間變化較為緩慢，所 以做矢量均值濾波時沿著地震波同相軸選取鄰近點。由于同相軸軌跡未知，需先搜索出同 相軸局部最優(yōu)局部軌跡。搜索范圍按以下方式給定，首先估計出同相軸最大傾斜角度θ_ 與最小傾斜角度Θ _ (單位為：采樣點數(shù)每道），給定擬搜索的直線軌跡個數(shù)為Μ，則直線搜 索軌跡為公式（1)，如下所示：
[0033] Li= [-V，· · ·，0, · · ·，V] X Θ ; Q = 1，· · ·，Μ)， (1)
[0034]
[0035] 其中，V = (N-l)/2。疊前地震波同相軸往往是雙曲線形或更為復雜的彎曲線，僅 用直線難以擬合，為了擬合彎曲同相軸，由每條直線軌跡產生幾條彎曲軌跡，如公式（2)所 示：
[0036]
(2)
[0037] V = cumsum[0,1，· · ·，N-1]
[0038] 其中，cumsum函數(shù)是對向量元素進行累計求和，V'是V中元素翻轉后的向量，δ j 決定軌跡彎曲度，一般小于5個采樣點。
[0039] 在步驟S108中，確定擬搜索的軌跡的個數(shù)，，從，個軌跡中搜索出能匹配當前 濾波點所在同相軸的局部軌跡的最優(yōu)軌跡，其中M'為大于0的正整數(shù)。也就是說，設當前 需要濾波的數(shù)據(jù)點為第i道第j個時間采樣點 Xl]，從步驟S108中給出的M'條軌跡（包括 直線軌跡和彎曲軌跡）中搜索出與該點所在同相軸局部軌跡最相吻合的軌跡。進一步的， 步驟S108還包括有步驟S202、S204、S206、S208,如圖2所示。
[0040] 在步驟S202中，確定擬搜索的^個軌跡。在步驟S204中，對于每個搜索方向 Ptt，以當前濾波點 Xl]為中心選取N個相鄰道，并以長度為所述時間方向的長度（時間采樣 點數(shù)NT)的時間窗，沿搜索軌跡滑動截取N個長度為所述時間方向的矢量信號片段，以得 到N條矢端曲線。其中，所述矢量信號片段例如為卜)(ir) x〉(/r) ··· = 1，2, "·，Ν。這樣截取的每個矢量信號片段的中心均在搜索軌跡PtlJ:。對于三分量地震數(shù) 據(jù)，所述N個矢量信號片段在三維空間中就是N條矢端曲線。
[0041] 在步驟S206中，計算所述N條矢端曲線間的每兩條矢端曲線之間的空間距離，并 求和得到總和空間距離。其中，所述計算每兩條矢端曲線之間的空間距離即為估計N條矢 端曲線間的相關性。并且，所述總和空間距離例如為公式（3)，如下所示：
[0042]
(3)
[0043] 其中，D(tr)為所述總和空間，tr = 1，2, ，I I I |2為求L2模。
[0044] 在步驟S208中，從M'個搜索