叠前地震道集压噪方法及其装置与流程

本发明涉及油气地震勘探领域，尤其涉及一种叠前地震道集压噪方法及其装置。

背景技术：

在油气勘探领域，地震数据的“三高”(高分辨率、高信噪比、高保真度)处理一直是科研和生产中的难点和热点，尤其是在地震勘探目标逐渐转向隐蔽型复杂油气藏的情况下，油藏描述和开发地震对地震数据的处理品质提出了更高的要求。其中，地震数据的信噪比水平在很大程度上制约着分辨率的提高，因为高频成分的拓宽伴随着数据整体信噪比的降低，如果没有合理的噪音压制手段，那么高分辨率处理后的数据往往因为信噪比过低而不能为实际生产提供有效信息。因此，噪音压制技术的研究在地震数据处理中有着重要的科研意义和实用价值。

目前已有的去噪方法有很多种，针对不同类型的噪音有不同的适用条件，大部分方法的基本思想是将含噪记录通过数学变换来进行分解，在变换域中信号与噪音具有较好的分离度，基于某种特征可以压制噪音，然后通过数学逆变换得到压噪后的记录。由于通常地震记录具有非平稳特性，时频变换可以作为分析和处理非平稳信号的有力工具，因此，在时频域进行信噪分离成为地震数据压噪处理中常用的一类方法。例如，在小波变换域或曲波变换域利用阈值函数来实现随机噪音或面波的压制处理。

但是，对非平稳信号的地震记录，普通的时频变换方法处理效果欠佳。由于SST(Synchrosqueezing Wavelet Transforms，同步压缩变换)具有良好的理论支撑和数学性质，因此其在非平稳信号处理分析领域得到越来越多的应用，其中，较好的时频分辨率、对噪音的稳健性以及可重构性使得在SST时频域滤除噪音成为可能。SST实际上是一种类似于EMD(Empirical Mode Decomposition，经验模态分解)的基于小波变换的时频分析方法，主要思想是将小波变换得到的发散模糊的小波系数重新聚焦，使得时频谱具有较高的频率分辨率。

然而，对越来越复杂的油气藏地震数据的处理和解释，对地震数据的品质提出了 更高的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种叠前地震道集压噪方法及其装置，以解决现有技术中一项或多项缺失。

本发明提供一种叠前地震道集压噪方法，所述方法包括：步骤1：对叠前地震道集的各道记录进行导数型同步压缩变换DSST，生成所述叠前地震道集的DSST时频谱；步骤2：根据所述DSST时频谱估算所述叠前地震道集中的与有效信号平行的矢量；步骤3：根据所述叠前地震道集设定一压噪参数；步骤4：根据所述DSST时频谱、所述矢量及所述压噪参数对所述叠前地震道集进行压噪处理，生成压噪后的DSST时频谱；步骤5：根据所述压噪后的DSST时频谱重构得到压噪后的叠前地震道集。

一个实施例中，根据所述叠前地震道集设定一压噪参数，包括：对所述叠前地震道集进行品质分析，估算得到所述叠前地震道集的信噪比；根据所述信噪比计算所述压噪参数。

一个实施例中，在步骤5之后，所述方法包括：根据所述叠前地震道集和所述压噪后的叠前地震道集的差值计算压噪前后的叠前地震道集的残差数据；根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，如果所述有效信号有损伤，则重复执行步骤3至步骤5。

一个实施例中，根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，包括：结合井上信息，根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析。

一个实施例中，所述DSST时频谱为复数；所述方法包括：将所述DSST时频谱的实部和虚部分别执行步骤2至步骤4，得到所述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部；结合所述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部生成所述压噪后的DSST时频谱。

一个实施例中，所述DSST时频谱的表达式为：

其中，ω_l是第l个离散角频率，Δω是离散角频率的离散间隔，W_s(a_k,b)是叠前地震道集信号的小波系数，a_k是第k个离散尺度，b是时间，ω_s(a_k,b)是叠前地震道 集信号的角频率，(Δa)_k＝a_k+1-a_k，P＝-2，k＝1,2,…,N，N是离散序号。

一个实施例中，所述矢量的表达式为：

其中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数。

一个实施例中，所述压噪参数的表达式为：

其中，参数λ₁(n,t_j)用于压制叠前地震道集中的噪音，参数λ₁(n,t_j)的取值范围为[λ_D,λ_U]，参数λ₂(n,t_j)用于保护叠前地震道集中的有效信号，λ_D和λ_U是设定参数，SNR(n,t_j)为所述叠前地震道集的信噪比，是所有信噪比SNR(n,t_j)中的最大值，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，α₀是设定系数，

一个实施例中，所述压噪后的DSST时频谱的表达式为：

其中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，是所述矢量，λ(n,j)是所述压噪参数，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数，是所述压噪后的DSST时频谱。

一个实施例中，所述压噪后的叠前地震道集的表达式为：

其中，s(0)为积分常数，Δω是离散角频率的离散间隔，是常系数的倒数，是母小波ψ的傅里叶谱的共轭函数，b和t是时间，t＞0。

本发明还提供一种叠前地震道集压噪装置，所述装置包括：DSST时频谱生成单元，用于对叠前地震道集的各道记录进行导数型同步压缩变换DSST，生成所述叠前地震道集的DSST时频谱；矢量生成单元，用于根据所述DSST时频谱估算所述叠前地震道集中的与有效信号平行的矢量；压噪参数设定单元，用于根据所述叠前地震道集设定一压噪参数；压噪后DSST时频谱生成单元，用于根据所述DSST时频谱、所述矢量及所述压噪参数对所述叠前地震道集进行压噪处理，生成压噪后的DSST时频谱；叠前地震道集重构单元，用于根据所述压噪后的DSST时频谱重构得到压噪后的叠前地震道集。

一个实施例中，所述压噪参数设定单元，包括：信噪比生成模块，用于对所述叠前地震道集进行品质分析，估算得到所述叠前地震道集的信噪比；压噪参数生成模块，用于根据所述信噪比计算所述压噪参数。

一个实施例中，所述装置包括：残差数据生成单元，用于根据所述叠前地震道集和所述压噪后的叠前地震道集的差值计算压噪前后的叠前地震道集的残差数据；重新压噪控制单元，用于根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，如果所述有效信号有损伤，则重复使所述压噪参数设定单元、所述压噪后DSST时频谱生成单元及所述叠前地震道集重构单元运作。

一个实施例中，所述重新压噪控制单元，包括：保幅性分析模块，用于根据一井上信息对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析。

一个实施例中，所述装置包括：时频谱实部及虚部拆分单元，用于将DSST时频谱的实部和虚部分别通过所述矢量生成单元、所述压噪参数设定单元及所述压噪后DSST时频谱生成单元进行处理，得到所述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部；时频谱实部及虚部组合单元，用于结合所述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部生成所述压噪后的DSST时频谱。

本发明实施例的叠前地震道集压噪方法及其装置，基于导数型同步压缩变换DSST来实现叠前地震道集压噪处理，具有比常规同步压缩变换SST的时频谱更高的时频分辨率，时频能量团更聚焦，有利于信噪分离；利用与有效信号平行的矢量和压噪参数，矢量空间投影，在DSST时频谱上将有效信号与随机噪音进行分离，并设置多个可调参数分别实现噪音自适应压制和有效信号保护。为后续地震数据的处理和解释特别是岩性反演提供高品质数据。

附图说明

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。在附图中：

图1是本发明实施例的叠前地震道集压噪方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中设定压噪参数的方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例的叠前地震道集压噪方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例的原始叠前地震道集信号的示意图；

图5是图4所示信号的SST谱的示意图；

图6是图4所示信号的DSST谱的示意图；

图7是图6所示DSST谱重构后的叠前地震道集信号的示意图；

图8是图4所示原始叠前地震信号与图7所示重构后叠前地震道集信号的相对误差百分比的示意图；

图9是本发明另一实施例的无噪叠前地震道集信号的示意图；

图10是图9所示叠前地震道集信号含噪后的示意图；

图11是图10所示含噪叠前地震道集的信噪比的示意图；

图12是图10所示含噪地震道集信号经过本发明实施例的压噪方法压噪后的地震道集信号的示意图；

图13是图10所示含噪地震道集信号经过本发明实施例的压噪方法滤除的噪音信号的示意图；

图14至图16分别是图9中无噪叠前地震道集第3、9、15道的信号的DSST时频 谱示意图；

图17至图19分别是图10中含噪叠前地震道集第3、9、15道的信号的DSST时频谱示意图；

图20是根据图10中含噪叠前地震道集生成的有效信号时频谱趋势示意图；

图21至图23分别是图17至图19所示的DSST时频谱经过本发明实施例的压噪方法压噪后的DSST时频谱；

图24本发明一实施例中的原始叠前地震道集的示意图；

图25是图24所示的原始叠前地震道集经过本发明实施例的压噪方法压噪后的叠前地震道集的示意图；

图26是图24所示的原始叠前地震道集经过本发明实施例的压噪方法滤除的噪音道集的示意图；

图27和图28分别是图24和图25所示的叠前地震道集的信噪比的示意图；

图29和图30分别是图24和图25所示的叠前地震道集的目的层振幅的示意图；

图31是本发明实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图；

图32是本发明一实施例中压噪参数设定单元的结构示意图；

图33是本发明一实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图；

图34是本发明一个实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1是本发明实施例的叠前地震道集压噪方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的叠前地震道集压噪方法，包括步骤：

S101：对叠前地震道集的各道记录进行导数型同步压缩变换DSST(Derivative Synchrosqueezing Wavelet Transforms，导数型同步压缩变换)，生成所述叠前地震道集的DSST时频谱；

S102：根据所述DSST时频谱估算所述叠前地震道集中的与有效信号平行的矢量；

S103：根据所述叠前地震道集设定一压噪参数；

S104：根据所述DSST时频谱、所述矢量及所述压噪参数对所述叠前地震道集进行压噪处理，生成压噪后的DSST时频谱；

S105：根据所述压噪后的DSST时频谱重构得到压噪后的叠前地震道集。

本发明实施例的叠前地震道集压噪方法，在矢量空间投影压噪过程中，通过压噪参数压制噪音，通过与有效信号平行的矢量保护有效信号，压噪参数和有效信号保护参数相结合使得各参数的选取具有明确的目的和物理意义，更利于压制噪音并保护有效信号。

图2是本发明一实施例中设定压噪参数的方法的流程示意图。如图2所示，图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S103中，根据所述叠前地震道集设定一压噪参数的方法，可包括步骤：

S201：对所述叠前地震道集进行品质分析，估算得到所述叠前地震道集的信噪比；

S202：根据所述信噪比计算所述压噪参数。

本发明实施例中，根据信噪比设定压噪参数，使得对叠前地震道集的噪音压制更具针对性，可具有更好的压噪效果。

一个实施例中，假设上述步骤S201中叠前地震道集记为a(t,x)，其中，t为时间采样，x＝1,2,…,X为道号。叠前地震道集a(t,x)由有效信号成分s(t,x)和噪音成分n(t,x)组成，其能量分别为E_s(t,x)和E_n(t,x)，信噪比定义如下：

公式(1)中的有效信号成分s(t,x)可采用如下方式估计：

其中，m,n为正整数。

公式(1)中的噪音成分n(t,x)可表示为：

n(t,x)＝a(t,x)-s(t,x)。 (3)

将上述公式(2)和公式(3)代入公式(1)，即可估算得到叠前地震道集的信噪比，其中，叠前地震道集中的每一个采样点均可估算出一个信噪比的值。

图3是本发明一实施例的叠前地震道集压噪方法的流程示意图。如图3所示，在 图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S105之后，还可包括步骤：

S106：根据所述叠前地震道集和所述压噪后的叠前地震道集的差值计算压噪前后的叠前地震道集的残差数据；

S107：根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，如果所述有效信号有损伤，则重复执行步骤S103至步骤S105。

上述步骤S107中，当残差数据超出某一范围，则说明有效信号有损伤。

本发明实施例中，通过对压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，可根据叠前地震道集数据的实际信噪比水平自适应的调节压噪参数，以此提高压噪效果并保护有效信号。

一个实施例中，图3所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S107中，如果存在井上信息，可以结合井上信息，根据上述残差数据对上述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析。井上信息可包括目的层储层信息，由此可正演得到AVO(振幅随偏移距的变化)振幅曲线。

本发明实施例中，结合井上信息的标准振幅，更易判断出压噪后的叠前地震道集中的有效信号是否有损伤。

一个实施例中，上述DSST时频谱为复数，将上述步骤S101中得到的DSST时频谱的实部和虚部分别执行步骤S102。

一个实施例中，将上述步骤S101中得到的DSST时频谱的实部和虚部分别执行步骤S103。

一个实施例中，将上述步骤S101中得到的DSST时频谱的实部和虚部分别执行步骤S104，得到上述压噪后的DSST时频谱的实部和其虚部；然后，结合上述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部生成上述步骤S105中的压噪后的DSST时频谱。

本发明实施例中，通过将步骤S102至步骤S104按时频谱的实部和虚部分别进行，有利于减少叠前地震道集压噪过程中的计算复杂度。

常规的同步压缩变换SST，是在小波变换的基础上对发散的小波系数进行聚焦，得到具有较高时频分辨特征的谱。

定义信号s(t)的连续小波变换如下：

在公式(4)中，在中，ψ^*(t)是母小波ψ(t)的复共轭函数，尺度a和时间b分别是母小波的伸缩和平移因子，W_s(a,b)是小波系数。

对于任意的W_s(a,b)≠0，瞬时频率可由下式近似定义：

同步压缩就是把时间-尺度平面上的数据(W_s(a,b))映射到时间-频率平面上的数据(记为时频谱T_s(ω_l,b))，同时把坐标点(b,a)转换成(b,ω_s(a,b))，这样可以得到基于连续小波变换的时频分布。数据映射规则如下：

在公式(6)中，a_k是第k个离散尺度，满足|ω_s(a_k,b)-ω_l|≤Δω/2，k＝1,2,…,N是离散序号，(Δa)_k＝a_k+1-a_k，ω_l是第l个离散角频率，Δω是角频率离散间隔。公式(6)的意义是将小波变换尺度方向上的模糊范围压缩到了一个集中区域，进而改善时频分布的可读性。

同步压缩变换SST存在可逆变换，可以通过T_s(ω_l,b)重构信号s(t)：

在公式(7)中，常系数表示ψ的Fourier谱(其他实施例同样用^表示Fourier谱)，Re[·]表示取实部运算。

一个实施例中，对上述映射公式(6)作如下改动：

在公式(8)中，P为可变参量。

本发明实施例中，根据Parseval定理，可以得到：

对于公式(9)，记作：

当P＝-1时，公式(8)退化为公式(6)。

当P＝-2时，公式(11)可变为：

若信号s(t)(即s(b))存在导数s'(t)(即s'(b))，根据Fourier求导定理，则有：

那么，信号s(t)可以通过导数积分的方式重构：

公式(14)表明，当P＝-2时，信号可以通过其导数来间接进行重构。

本发明实施例中，将上述公式(8)(P取-2的情况)称为导数型同步压缩变换DSST，式(14)为导数型同步压缩DSST的逆变换。

一个实施例中，图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S101中，利用上述公式(8)，P取-2，进行导数型同步压缩变换DSST，计算得到该DSST时频谱的表达式为：

在公式(15)中，ω_l是第l个离散角频率，Δω是离散角频率的离散间隔，W_s(a_k,b)是 叠前地震道集信号的小波系数，a_k是第k个离散尺度，b是时间，ω_s(a_k,b)是叠前地震道集信号的角频率，(Δa)_k＝a_k+1-a_k，P＝-2，k＝1,2,…,N，N是离散序号。

本发明实施例中，基于导数型同步压缩变换DSST的时频谱，具有比常规同步压缩变换SST的时频谱更高的时频分辨率，时频能量团更聚焦，有利于信噪分离。

本发明实施例中，记含噪的叠前地震道集为s(n,t_j)，假设噪音类型为随机噪音(下同)，道号n＝1,2,…,N₁，N₁为总道数，t_j为第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数。每一道都经过导数型同步压缩变换DSST处理，可得到三维时频谱数据，记为SF(n,t_j,f_m)，f_m为第m个频率采样，m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数。

一个实施例中，压噪处理可借鉴矢量分解法的思想，通过矢量空间投影来实现。

首先说明矢量空间的概念。从三维时频谱数据SF(n,t_j,f_m)中取出一维数据，例如第1道第1个时间采样对应的所有频率采样数据，即SF(1,t₁,f_m)。从空间解析几何的角度看，该数据也可看作是N₃维空间矢量。

为简单起见，标记SF(1,t₁,f_m)的实部为(虚部的处理方式类似)。

实部矢量中含有两个近似垂直的组成部分，即有效信号矢量和噪音矢量。假设与有效信号矢量平行的矢量为由于实部矢量含有噪音，因此和并不平行，而是存在一定的夹角且噪音越强，夹角α越大。

那么，发明人考虑到，压噪的思路是寻找到与有效信号平行的矢量将实部矢量在与有效信号平行的矢量的空间上投影，分解为平行于矢量的分量和垂直于矢量的分量然后利用压噪参数λ压制垂直分量并和平行分量重新组成压噪后的矢量具体数学表达式如下：

在公式(16)中，压噪参数λ取值范围可为0到1，当λ取0时，对垂直分量完全压制，当λ取1时，对垂直分量不压制。

在实际应用中，由于矢量的估计往往存在一定的误差，部分有效信号有可能被分解在垂直分量中，因此不宜将垂直分量完全压制，λ较佳地是选合理的中间值。

如上所述，如何估算与有效信号平行的矢量以及选取合适的压噪参数λ，是压噪步骤中的关键。

发明人考虑到，叠前地震道集s(n,t_j)具有横向连续性，即相同时刻不同道的振幅是一致渐变的，相应地，相同时刻不同道的瞬时谱SF(n,t_j,f_m)也具有较好的相关度，把这些瞬时谱记作矢量这些瞬时谱矢量的方向基本上是一致的，只是由于含噪等因素，导致矢量方向与有效信号矢量方向存在一定程度的偏离。

一个实施例中，采用单位矢量加和的方式来估算与有效信号平行的矢量则图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S102中，与有效信号平行的矢量可以表示为：

在公式(17)中，代表时刻为t_j时各道瞬时谱对应的与有效信号平行的矢量。其中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数。

本发明实施例中，通过与有效信号平行的矢量，可以有效地保护叠前地震道集中的有效信号在压噪过程中受损伤较小。

发明人考虑到，压噪参数λ(n,t_j)是一个二维数据，即不同道不同时刻对应不同的压噪参数值，可将压噪参数λ(n,t_j)分为两部分λ₁(n,t_j)和λ₂(n,t_j)，λ₁(n,t_j)的作用是压制噪音，λ₂(n,t_j)的作用是保护有效信号。

一个实施例中，根据图2中估算得到的信噪比，图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S103中，该压噪参数的表达式可为：

在公式(18)中，参数λ₁(n,t_j)用于压制叠前地震道集中的噪音，参数λ₁(n,t_j)的取值范围为[λ_D,λ_U]，参数λ₂(n,t_j)用于保护叠前地震道集中的有效信号，λ_D和λ_U是设定参数，SNR(n,t_j)为上述信噪比(有效信号能量/噪音能量)，是所有信噪比SNR(n,t_j)(二维数据)中的最大值，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，α₀是设定系数(单位为弧度)，

参数λ₁(n,t_j)的取值范围可以是自适应的，即信噪比SNR(n,t_j)越高，λ₁(n,t_j)越大，对垂直分量的压制越弱。由于矢量难免存在一定的误差，虽然大部分有效信号信息分布在与矢量平行的分量上，但仍有小部分有效信号信息分布在垂直分量上，参数λ₂(n,t_j)保护了夹角在α₀以内的垂直分量。

本发明实施例中，压噪参数可自适应地压制噪音，还可有效保护有效信号，使得本发明实施例的叠前地震道集压噪方法具有较佳的压噪效果。

一个实施例中，结合上述公式(16)和公式(18)，根据上述信噪比，图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S104中，该压噪后的DSST时频谱的表达式可为：

在公式(19)中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，是与有效信号平行的矢量，λ(n,j)是所述压噪参数，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数，是所述压噪后的DSST时频谱。

一个实施例中，图1所示的叠前地震道集压噪方法的步骤S105中，该压噪后的叠前地震道集的表达式可为：

其中，s(0)为积分常数，Δω是离散角频率的离散间隔，是常系数的倒数，是母小波ψ的傅里叶谱的共轭函数，b和t是时间，t＞0。

为说明本发明实施例的叠前地震道集压噪方法的有效性，下面将以一具体实施例说明本发明的效果，但并不限定本发明的保护范围。

图4是本发明一实施例的原始叠前地震道集信号的示意图，图5是图4所示信号的SST谱的示意图，图6是图4所示信号的DSST谱的示意图，图7是图6所示DSST谱重构后的叠前地震道集信号的示意图，图8是图4所示原始叠前地震信号与图7所示重构后叠前地震道集信号的相对误差百分比的示意图。

如图4所示，仿真生成的原始叠前地震道集信号，由两个变频谐波组成，第一个正弦波的主频在40Hz上下振荡，第二个正弦波的主频在90Hz上下振荡。如图5所示，对原始仿真叠前地震道集信号进行常规的同步压缩变换SST得到时频谱，可以清晰看到，两个组成部分的主频均以正弦波的方式随着时间变化。如图6所示，对原始仿真叠前地震道集信号进行导数型同步压缩变换DSST得到时频谱。对比图5和图6发现，两个时频谱的时频趋势基本一致，能清晰反映信号中的时频局部特征，均具有较高的时频分辨率；但同时，两者存在一定的差异，在400ms和1000ms附近，SST谱的时频聚焦性弱于DSST谱。这表明，在信号主频变化较快的情况下，DSST谱的时频分辨效果优于SST谱，即DSST更利于信号局部时频特征的描述。如图7所示，根据DSST谱重构得到信号，与原始信号的振幅基本一致。如图8所示，原始信号和DSST谱重构得到信号二者的相对误差百分比曲线，相对误差控制在10％以内，这表明根据DSST谱重构的信号具有较好的可信度。

图9是本发明另一实施例的无噪叠前地震道集信号的示意图，图10是图9所示叠前地震道集信号含噪后的示意图，图11是图10所示含噪叠前地震道集的信噪比的示意图，图12是图10所示含噪地震道集信号经过本发明实施例的 压噪方法压噪后的地震道集信号的示意图，图13是图10所示含噪地震道集信号经过本发明实施例的压噪方法滤除的噪音信号的示意图。

如图9所示，合成的叠前地震道集模型，在横向上振幅具有不同的变化趋势，模拟了实际生产中储层的AVO(Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距的变化)特征，例如，300ms处记录振幅逐渐增加，反映了第II类AVO特征，350ms处记录振幅逐渐减小，反映了第I类AVO特征。如图10所示，在图9所示的无噪叠前地震道集上加入随机噪音，其中，随机噪音最大振幅为有效记录最大值的20％，生成含噪叠前地震道集。如图11所示，根据图10所示的含噪叠前地震道集估算信噪比(有效信号能量/噪音能量)，每一道每一个时间点处都有一个信噪比值，其中最大信噪比值为7.39，可以看到，不同道集不同时刻的信噪比水平是不同的，这也要求不同点处应采用不同的压噪参数进行压噪处理。如图12所示，图10所示的含噪叠前地震道集经过本发明的叠前地震道集压噪方法进行压噪后，随机噪音得到较好的滤除，横向振幅连续性得到增强。如图13所示，从滤除的噪音剖面，可以看到滤除的大部分是随机噪音，对有效信号的损伤较小。

图14至图16分别是图9中无噪叠前地震道集第3、9、15道的信号的DSST时频谱示意图。如图14至图16所示，不同道的DSST时频谱能量团分布具有相似的规律，趋势走向基本一致，在细节上存在一定的差异，反映了各道振幅的变化。

图17至图19分别是图10中含噪叠前地震道集第3、9、15道的信号的DSST时频谱示意图，图20是根据图10中含噪叠前地震道集生成的有效信号时频谱趋势示意图。如图17至图19所示，与图14至图16三图相比，时频谱上出现了一些新的能量团，一定程度上破坏了各道时频谱的一致性和规律性。如图20所示，该时频谱并不是单独某道的时频谱，而是反映了各道时频谱中有效信号的能量分布趋势，即反映了与有效信号平行的矢量

图21至图23分别是图17至图19所示的DSST时频谱经过本发明实施例的压噪方法压噪后的DSST时频谱。如图21至图23所示，选取的压噪参数λ_D为0.1，λ_U为0.8，α₀为π/200。与图17至图19相比，压噪后时频谱中无规律性的能量团得到了有 效的压制；与图14至图16相比，压噪后时频谱的主要能量团分布与无噪时频谱基本一致。当然，在时频能量聚焦性上，图21至图23的结果还是略有降低，但已经足够反映有效信号的时频能量分布趋势。结合图9至图13中压噪前后道集的对比结果，表明本发明的压噪方法能较好地滤除随机噪音，并保护有效信号。

图24本发明一实施例中的原始叠前地震道集的示意图，图25是图24所示的原始叠前地震道集经过本发明实施例的压噪方法压噪后的叠前地震道集的示意图，图26是图24所示的原始叠前地震道集经过本发明实施例的压噪方法滤除的噪音道集的示意图。如图24至图26所示，对比原始道集和压噪道集发现，压噪后道集的同相轴清晰连续，波组特征明显。如图26所示，压噪处理中滤除的都是随机噪音，这表明压噪过程中对有效信号的损伤较小。

图27和图28分别是图24和图25所示的叠前地震道集的信噪比的示意图。图27显示压噪前道集的信噪比，图28显示压噪后道集的信噪比。如图27和图28所示，压噪前道集的平均信噪比为0.52，压噪后的平均信噪比是1.50，这表明压噪处理大大提高了资料的信噪比水平。

图29和图30分别是图24和图25所示的叠前地震道集的目的层振幅的示意图。如图29所示，在压噪前道集上拾取目的层(约为1400ms处)横向振幅(散点)，如图30所示，在压制后道集上拾取目的层横向振幅(散点)。图29和图30中，实线是根据井上的目的储层信息正演的AVO振幅曲线，横轴是道号，纵轴是振幅值。如图29、30所示，压噪前道集的振幅曲线振荡较严重，且衰减趋势并不明显，不能较好地反映AVO振幅变化特征；压噪后道集的振幅曲线趋势与AVO正演曲线基本一致，较好地反映了AVO特征。根据本发明处理的叠前道集进行叠前AVO反演，反演结果与井上信息的吻合率由70.5％提高到85.6％(共统计180口井)，提升15.1％。

本发明实施例的叠前地震道集压噪方法，基于导数型同步压缩变换DSST来实现叠前地震道集压噪处理，为后续AVO反演提供高信噪比地震数据。本发明实施例的叠前地震道集压噪方法，从导数型同步压缩变换DSST出发，对叠前地震道集进行时频分解，时频谱上能量团分布具有较好的聚焦性，局部时频分辨率较高；利用矢量空间投影的方式，在DSST时频谱上将有效信号与随机噪音进行分离，并设置多个可调参数分别实现噪音自适应压制和有效信号保护；根据滤波后的DSST时频谱重构信号，得到压噪后的叠前道集。基于DSST的叠前压噪技术能较好地压制随机噪音、保 护有效信号，增强了道集的横向连续性以及突出同相轴波组特征。

基于与图1所示的叠前地震道集压噪方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种叠前地震道集压噪装置，如下面实施例所述。由于该叠前地震道集压噪装置解决问题的原理与叠前地震道集压噪方法相似，因此该叠前地震道集压噪装置的实施可以参见叠前地震道集压噪方法的实施，重复之处不再赘述。

图31是本发明实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图。如图31所示，本发明实施例的叠前地震道集压噪装置，包括DSST时频谱生成单元3110、矢量生成单元3120、压噪参数设定单元3130、压噪后DSST时频谱生成单元3140及叠前地震道集重构单元3150。上述各单元顺序连接。

DSST时频谱生成单元3110用于对叠前地震道集的各道记录进行导数型同步压缩变换DSST，生成所述叠前地震道集的DSST时频谱。

矢量生成单元3120用于根据所述DSST时频谱估算所述叠前地震道集中的与有效信号平行的矢量。

压噪参数设定单元3130用于根据所述叠前地震道集设定一压噪参数。

压噪后DSST时频谱生成单元3140用于根据所述DSST时频谱、所述矢量及所述压噪参数对所述叠前地震道集进行压噪处理，生成压噪后的DSST时频谱。

叠前地震道集重构单元3150用于根据所述压噪后的DSST时频谱重构得到压噪后的叠前地震道集。

本发明实施例的叠前地震道集压噪装置，在矢量空间投影压噪过程中，通过压噪参数设定单元设定压制噪音，通过矢量生成单元生成与有效信号平行的矢量保护有效信号，压噪参数和有效信号保护参数相结合使得各参数的选取具有明确的目的和物理意义，更利于压制噪音并保护有效信号。

图32是本发明一实施例中压噪参数设定单元的结构示意图。如图32所示，上述压噪参数设定单元3130可包括信噪比生成模块3131及压噪参数生成模块3132。

信噪比生成模块3131用于对所述叠前地震道集进行品质分析，估算得到所述叠前地震道集的信噪比。

压噪参数生成模块3132用于根据所述信噪比计算所述压噪参数。

本发明实施例中，压噪参数生成模块根据信噪比生成模块生成的信噪比设定压噪参数，使得对叠前地震道集的噪音压制更具针对性，可具有更好的压噪效果。

图33是本发明一实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图。如图33所示，图31所示的叠前地震道集压噪装置，还可包括残差数据生成单元3160及重新压噪控制单元3170。

残差数据生成单元3160用于根据所述叠前地震道集和所述压噪后的叠前地震道集的差值计算压噪前后的叠前地震道集的残差数据。

重新压噪控制单元3170用于根据所述残差数据对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，如果所述有效信号有损伤，则重复使所述压噪参数设定单元、所述压噪后DSST时频谱生成单元及所述叠前地震道集重构单元运作。

本发明实施例中，通过重新压噪控制单元对压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析，可根据叠前地震道集数据的实际信噪比水平自适应的调节压噪参数，以此提高压噪效果并保护有效信号。

一个实施例中，图33所示的叠前地震道集压噪装置中，该重新压噪控制单元3170，可包括保幅性分析模块3171。

保幅性分析模块3171用于根据一井上信息对所述压噪后的叠前地震道集进行保幅性分析。井上信息可包括目的层储层信息，由此可正演得到AVO振幅曲线。

本发明实施例中，保幅性分析模块结合井上信息的标准谱，更易分析出压噪后的叠前地震道集中的有效信号是否有损伤。

图34是本发明一个实施例的叠前地震道集压噪装置的结构示意图。如图34所示，上述DSST时频谱生成单元3110生成的DSST时频谱为复数，本发明实施例的叠前地震道集压噪装置，可包括时频谱实部及虚部拆分单元3180与时频谱实部及虚部组合单元3190。

时频谱实部及虚部拆分单元3180可连接于上述DSST时频谱生成单元3110和矢量生成单元3120之间，时频谱实部及虚部组合单元3190可连接于上述压噪后DSST时频谱生成单元3140与叠前地震道集重构单元3150之间。

时频谱实部及虚部拆分单元3180用于将上述DSST时频谱的实部和上述DSST时频谱的虚部分别通过所述矢量生成单元3120、所述压噪参数设定单元3130及所述压噪后DSST时频谱生成单元3140进行处理，得到所述压噪后的DSST时频谱的实部和虚部；

时频谱实部及虚部组合单元3190用于结合所述压噪后的DSST时频谱的实部和 虚部生成所述压噪后的DSST时频谱。

本发明实施例中，通过时频谱实部及虚部拆分单元使时频谱按其实部和虚部分别进行，有利于减少叠前地震道集压噪过程中的计算复杂度。

一个实施例中，上述DSST时频谱生成单元3110生成的DSST时频谱的表达式为：

其中，ω_l是第l个离散角频率，Δω是离散角频率的离散间隔，W_s(a_k,b)是叠前地震道集信号的小波系数，a_k是第k个离散尺度，b是时间，ω_s(a_k,b)是叠前地震道集信号的角频率，(Δa)_k＝a_k+1-a_k，P＝-2，k＝1,2,…,N，N是离散序号。

本发明实施例中，DSST时频谱生成单元基于导数型同步压缩变换DSST的时频谱，具有比常规同步压缩变换SST的时频谱更高的时频分辨率，时频能量团更聚焦，有利于信噪分离。

一个实施例中，上述矢量生成单元3120生成的矢量的表达式为：

其中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数。

本发明实施例中，矢量生成单元通过与有效信号平行的矢量，可以有效地保护叠前地震道集中的有效信号在压噪过程中不受损伤。

一个实施例中，上述压噪参数设定单元3130设定的压噪参数的表达式为：

其中，参数λ₁(n,t_j)用于压制叠前地震道集中的噪音，参数λ₁(n,t_j)的取值范围为 [λ_D,λ_U]，参数λ₂(n,t_j)用于保护叠前地震道集中的有效信号，λ_D和λ_U是设定参数，SNR(n,t_j)为所述信噪比，是所有信噪比SNR(n,t_j)中的最大值，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，α₀是设定系数，

本发明实施例中，压噪参数设定单元可自适应地设定压噪参数压制噪音，还可有效保护有效信号，使得本发明实施例的叠前地震道集压噪方法具有较佳的压噪效果。

一个实施例中，上述压噪后DSST时频谱生成单元3140生成的压噪后的DSST时频谱的表达式为：

其中，是相同时间不同道的叠前地震道集的瞬时谱，是所述矢量，λ(n,j)是所述压噪参数，n＝1,2,…,N₁，N₁是叠前地震道集的总道数，t_j表示第j个时间采样，j＝1,2,…,N₂，N₂为时间采样点总数，f_m表示第m个频率采样,m＝1,2,…,N₃，N₃为频率采样点总数，是所述压噪后的DSST时频谱。

一个实施例中，上述叠前地震道集重构单元3150生成的压噪后的叠前地震道集的表达式为：

其中，s(0)为积分常数，Δω是离散角频率的离散间隔，是常系数的倒数，是母小波ψ的傅里叶谱的共轭函数，b和t是时间，t＞0。

本发明实施例的叠前地震道集压噪装置，DSST时频谱生成单元基于导数型同步压缩变换DSST来实现叠前地震道集压噪处理，为后续AVO反演提供高信噪比地震数据。本发明实施例的叠前地震道集压噪装置，从导数型同步压缩变换DSST出发，对叠前地震道集进行时频分解，时频谱上能量团分布具有较好的聚焦性，局部时频分辨率较高；利用矢量空间投影的方式，在DSST时频谱上将有效信号与随机噪音进行 分离，并设置多个可调参数分别实现噪音自适应压制和有效信号保护；根据滤波后的DSST时频谱重构信号，得到压噪后的叠前道集。基于DSST的叠前压噪技术能较好地压制随机噪音、保护有效信号，增强了道集的横向连续性以及突出同相轴波组特征。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。