一种海上地震数据的形态滤波方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种海上地震数据的形态滤波方法及系统，所述方法包括：采集海上地震数据；根据外源干扰信号源定位理论确定海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置；根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差；根据正常时差拉平海上地震数据中的外源干扰；对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波；对形态滤波后的海上地震数据中的外源干扰进行能量反均一化、反校平，得到形态滤波后的海上地震数据。通过将数学形态学引入地震资料处理领域，实现消除海上地震数据中外源干扰，改善了地震图像的质量，提高了地震资料信噪比和分辨率。
【专利说明】一种海上地震数据的形态滤波方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明关于石油地球物理勘探【技术领域】，特别是关于石油勘探中地震数据的处理技术，具体的讲是一种海上地震数据的形态滤波方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着海上油田设施的增加以及渔业的不断发展，影响海上地震勘探的干扰信号源越来越多。这一切使得海上施工作业中采集到的地震记录难以避免的出现能量较强的外源干扰。外源干扰波主要在海水中传播，能量衰减微弱，在地震道集上表现为双曲线规律的倒抛物线形状，并且其频谱形态与震源信号几乎完全重叠。针对外源干扰波的这种特性，用现有技术中常用的普通噪声压制方法对外源干扰波进行压制时，难以消除外源干扰。因此，如何消除外源干扰成为海上地震资料去噪处理的重点与难点之一。
[0003]此外，野外采集施工时如果因为有外源干扰源而作为废炮处理，这将极大的增加施工费用。基于此，针对外源干扰波的这种特性，如何研发一种外源干扰压制方法以提高海上地震资料的信噪比是本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中普通噪声压制方法对外源干扰波进行压制时，难以消除双曲线型外源干扰的问题，本发明提供了一种海上地震数据的形态滤波方法及系统，通过将数学形态学引入地震资料处理领域，基于形态滤波技术压制海上地震数据中的外源干扰，实现了消除海上地震数据中外源干扰，改善了地震图像的质量，提高了地震资料信噪比和分辨率。
[0005]本发明的目的之一是，提供一种海上地震数据的形态滤波方法，包括:采集海上地震数据；根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置；根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差；根据所述的正常时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰；对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波；对形态滤波后的海上地震数据中的外源干扰进行能量反均一化、反校平，得到形态滤波后的海上地震数据。
[0006]本发明的目的之一是，提供了一种海上地震数据的形态滤波系统，包括:地震数据采集装置，用于采集海上地震数据；实时位置确定装置，用于根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置；正常时差确定装置，用于根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差；外源干扰拉平装置，用于根据所述的正常时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰；形态滤波装置，用于对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波；反校平装置，用于对形态滤波后的海上地震数据中的外源干扰进行能量反均一化、反校平，得到形态滤波后的海上地震数据。[0007]本发明的有益效果在于，提供了一种海上地震数据的形态滤波方法及系统，根据外源干扰信号源定位理论求得外源位置，有了外源的位置，再利用干扰时距曲线模拟出任意炮记录的干扰模型，在外源干扰源区域开时窗，以干扰模型的正常时差为依据拉平外源干扰，以形态滤波去除线性噪声原理为基础，对校平的外源干扰进行形态滤波并结合递归滤波从而压制外源干扰。将数学形态学引入地震资料处理领域，实现了压制海上地震数据中的外源干扰，达到改善地震图像的质量，提高地震资料信噪比和分辨率的目的。
[0008]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为采集接收电缆与外源干扰源相对位置的示意图；
[0011]图2是双曲线型外源干扰源的反射规律的示意图；
[0012]图3为移动干扰源的示意图；
[0013]图4 Ca)为某一信号的不意图；
[0014]图4 (b)为半圆形的结构元素示意图；
[0015]图4 (C)为利用半圆形的结构元素腐蚀信号的示意图；
[0016]图4 Cd)为某一信号的不意图；
[0017]图4 Ce)为半圆形的结构元素示意图；
[0018]图4 Cf)为利用半圆形的结构元素膨胀信号的示意图；
[0019]图5 Ca)至图5 Ce)为灰度开启和闭合的示意图；
[0020]图6 (a)为闭-开运算的示意图；
[0021]图6 (b)为开-闭运算的示意图；
[0022]图6 (c)为开-闭运算、闭-开运算的平均组合示意图；
[0023]图6 (d)为开-闭运算、闭-开运算、组合三种结果的示意图；
[0024]图7 Ca)为子波模型的原信号示意图；
[0025]图7 (b)为原信号加上随机噪声的不意图；
[0026]图8 Ca)至图8 Cd)为不同尺寸结构元素形态学滤波后的信号示意图；
[0027]图9 Ca)为子波模型的原信号示意图；
[0028]图9 (b)为原信号加上随机噪声不意图；
[0029]图10 Ca)至图10 Cd)半径不同的半圆结构元素形态学滤波后的信号示意图；
[0030]图11 (a)为子波模型的原信号示意图；
[0031]图11 (b)为原信号加上随机噪声不意图；
[0032]图12 Ca)为不同尺度、幅值正弦形结构元素示意图；
[0033]图12(b)为正弦形结构元素的最优滤波效果示意图；
[0034]图13 Ca)为不同尺度、幅值半圆形结构元素示意图；[0035]图13(b)为半圆形结构元素的最优滤波效果示意图；
[0036]图14 Ca)为不同尺度、幅值扁平结构元素示意图；
[0037]图14(b)为扁平结构元素的最优滤波效果示意图；
[0038]图15 Ca)为不同尺度、幅值三角形结构元素示意图；
[0039]图15(b)为三角形结构元素的最优滤波效果示意图；
[0040]图16为包含线性噪声的合成地震记录示意图；
[0041]图17为提取的水平方向线性噪声示意图；
[0042]图18为对提取的噪声区域进行形态学运算后得到的信号示意图；
[0043]图19为滤除线性噪声后的模型示意图；
[0044]图20为包含外源干扰的合成地震记录示意图；
[0045]图21为提取出的外源干扰示意图；
[0046]图22为拉平后的外源干扰示意图；
[0047]图23为对噪声区域做形态学运算后的大的结果示意图；
[0048]图24为反校平后得到的外源干扰示意图；
[0049]图25为基于形态滤波压制外源干扰效果示意图；
[0050]图26 Ca)为实际海上地震数据中含外源干扰的原始炮集示意图；
[0051]图26 (b)为形态滤波压制实际海上地震数据中的外源干扰压制后的炮集示意图；
[0052]图26 (c)为形态滤波压制实际海上地震数据中的被压制的外源干扰示意图；
[0053]图27为本发明实施例提供的一种海上地震数据的形态滤波方法的实施方式一的流程图；
[0054]图28为图27中的步骤S102的实施方式一的具体流程图；
[0055]图29为图27中的步骤S102的实施方式二的具体流程图；
[0056]图30为图27中的步骤S103的具体流程图；
[0057]图31为本发明实施例提供的一种海上地震数据的形态滤波方法的实施方式二的流程图；
[0058]图32为图27中的步骤S105的具体流程图；
[0059]图33为本发明实施例提供的一种海上地震数据的形态滤波系统的实施方式一的结构框图；
[0060]图34为图33中的实时位置确定装置200的实施方式一的具体结构框图；
[0061]图35为图33中的实时位置确定装置200的实施方式二的具体结构框图；
[0062]图36为图33中的正常时差确定装置300的具体结构框图；
[0063]图37为本发明实施例提供的一种海上地震数据的形态滤波系统的实施方式二的结构框图；
[0064]图38为图33中的形态滤波装置500的具体结构框图。
【具体实施方式】
[0065]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]为了压制海上地震数据中的外源干扰，达到改善地震图像的质量，提高地震资料信噪比和分辨率的目的，本发明将数学形态学引入地震资料处理领域，提出了一种消除海上地震数据外源干扰的形态滤波技术。
[0067]为实现上述目的，本发明根据外源干扰信号源定位理论求得外源位置，有了外源的位置，再利用干扰时距曲线模拟出任意炮记录的干扰模型，在外源干扰区域开时窗，以干扰模型的正常时差为依据拉平外源干扰，以形态滤波去除线性噪声原理为基础，对校平的外源干扰进行形态滤波并结合递归滤波从而压制外源干扰。
[0068]图27为本发明提出的一种海上地震数据的形态滤波方法的实施方式一的具体流程图，由图27可知，在实施方式一中，所述的方法包括:
[0069]SlOl:采集海上地震数据；
[0070]S102:根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置。下面首先介绍外源干扰“点源定位”与“干扰校平”理论。
[0071]根据外源干扰源的特征，通常可以将外源分为主动源和被动源。主动源是指本身能产生干扰波并被采集电缆接收的信号源，如海上的作业船只、潜艇和打桩作业的船只等。被动源是指本身不产生绕射波干扰但能反射强干扰的信号源，如海上采油平台、海底异常闻速体、火山岩体出漏点等。
[0072]图1为采集接收电缆与外源干扰源相对位置示意图，图1中A和B为被动干扰源，A’和B’为主动干扰源。
[0073]无论是主动源还是被动源，外源干扰波传播的时距曲线主要取决于外源与电缆的相对位置，当外源与采集电缆在同一直线上时，其时距曲线方程为:
【权利要求】
1.一种海上地震数据的形态滤波方法，其特征是，所述的方法具体包括: 采集海上地震数据； 根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置； 根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差； 根据所述的正常时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰； 对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波； 对形态滤波后的海上地震数据中的外源干扰进行能量反均一化、反校平，得到形态滤波后的海上地震数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，当外源干扰源为静态外源时，根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置具体包括: 建立外源干扰源的时距曲线方程； 建立外源干扰源的道间差方程； 根据所述的时距曲线方程、道间差方程以及海上地震数据确定所述外源干扰源的实时位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，当外源干扰源为动态外源时，根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置具体包括: 建立外源干扰源的时距曲线方程； 建立外源干扰源的道间差方程； 根据所述的时距曲线方程、道间差方程以及海上地震数据确定所述外源干扰源的始算位置； 根据所述外源干扰源的始算位置确定出外源干扰源的方向以及速度； 根据所述的方向以及速度确定外源干扰源的实时位置。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征是，根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差具体包括: 根据外源干扰源的位置、时距曲线方程求取旅行时； 拾取外源干扰源的自激自收时间； 根据所述的旅行时、自激自收时间确定所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的方法在根据所述的校频时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰之后还包括: 对拉平后的海上 地震数据进行能量均一化处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的方法在根据所述的正常时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰之后还包括: 对拉平后的海上地震数据进行能量补偿和道均衡。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波具体包括: 对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向开取小视窗； 选取结构元素的形状和尺度； 采用半时窗滑动扫描法根据所述的结构元素在每个小视窗内进行形态滤波。
8.—种海上地震数据的形态滤波系统，其特征是，所述的系统具体包括: 地震数据采集装置，用于采集海上地震数据； 实时位置确定装置，用于根据外源干扰信号源定位理论确定所述海上地震数据中外源干扰对应的外源干扰源的实时位置； 正常时差确定装置，用于根据外源干扰源的位置，利用时距曲线方程确定出所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差； 外源干扰拉平装置，用于根据所述的正常时差拉平所述海上地震数据中的外源干扰； 形态滤波装置，用于对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向进行形态滤波； 反校平装置，用于对形态滤波后的海上地震数据中的外源干扰进行能量反均一化、反校平，得到形态滤波后的海上地震数据。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征是，当外源干扰源为静态外源时，所述的实时位置确定装置具体包括: 第一时距曲线方程建立模块，用于建立外源干扰源的时距曲线方程；` 第一道间差方程建立模块，用于建立外源干扰源的道间差方程； 第一实时位置确定模块，用于根据所述的时距曲线方程、道间差方程以及海上地震数据确定所述外源干扰源的实时位置。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征是，当外源干扰源为动态外源时，所述的实时位置确定装置具体包括: 第二时距曲线方程建立模块，用于建立外源干扰源的时距曲线方程； 第二道间差方程建立模块，用于建立外源干扰源的道间差方程； 始算位置确定模块，用于根据所述的时距曲线方程、道间差方程以及海上地震数据确定所述外源干扰源的始算位置； 方向速度确定模块，用于根据所述外源干扰源的始算位置确定出外源干扰源的方向以及速度； 第二实时位置确定模块，用于根据所述的方向以及速度确定外源干扰源的实时位置。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征是，所述的正常时差确定装置具体包括: 旅行时求取模块，用于根据外源干扰源的位置、时距曲线方程求取旅行时； 自激自收时间拾取模块，用于拾取外源干扰源的自激自收时间； 正常时差确定模块，用于根据所述的旅行时、自激自收时间确定所述海上地震数据中的外源干扰对应的外源干扰源的正常时差。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征是，所述的系统还包括: 均一化处理装置，用于对拉平后的海上地震数据进行能量均一化处理。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征是，所述的系统还包括: 补偿装置，用于对拉平后的海上地震数据进行能量补偿和道均衡。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征是，所述的形态滤波装置具体包括: 开取模块，用于对拉平后的海上地震数据中的外源干扰沿干扰方向开取小视窗； 选取模块，用于选取结构元素的形状和尺度； 形态滤波模块，用于采用半时窗滑动扫描法根据所述的结构元素在每个小视窗内进行形态滤 波。
【文档编号】G01V1/36GK103852790SQ201410126076
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】王润秋, 张正龙, 刘涛然, 药芯蕊, 李会俭, 杨文成, 伍建, 黄炜霖 申请人:中国石油大学(北京)