地震数据重建方法和装置与流程

本发明涉及地震勘探领域，特别涉及一种地震数据重建方法和装置。

背景技术：

地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要技术，该技术在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。而由于环境的复杂性、仪器的误差和经济成本等限制，采集到的地震数据往往是欠采样的，而欠采样的地震数据会导致信息不规则且缺失。不规则且缺失的原始地震数据对资料处理会产生严重影响。因此，需要对原始地震数据进行重建。

相关技术中在对原始地震数据进行重建时，通常使用基于稀疏变换的地震数据重建方法，在该方法中，通过稀疏变换中的曲波(curvelet)变换来对原始地震数据进行重建，曲波变换由于其良好的方向性、局部性及各向异性，能够获得较好的重建效果。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：上述方法在通过曲波变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中通过曲波变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题，本发明提供了一种地震数据重建方法和装置。所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种地震数据重建方法，所述方法包括：

采集地震数据；

获取预设地震数据阈值；

根据所述预设地震数据阈值在波原子域对所述地震数据通过凸集投影算法进行重构，获取重构后的地震数据。

可选地，所述采集地震数据，包括：

采集时间域的原始地震数据；

对所述时间域的原始地震数据沿时间方向做一维傅里叶变换，得到频率域的所述地震数据。

可选地，所述地震数据包含有多个频率分量，所述根据所述预设地震数据阈值在波原子域对所述地震数据通过凸集投影算法进行重构，获取重构后的地震数据，包括：

在波原子域通过所述凸集投影算法对所述地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算，所述第一频率分量为所述地震数据中的任一频率分量；

检测每次迭代计算得出的重构数据的信噪比，直至出现信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，停止迭代计算；

将所述信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为所述第一频率分量的重构地震数据。

可选地，所述在波原子域通过所述凸集投影算法对所述地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算，包括：

获取第k次迭代计算的初始值，在所述k等于1时，所述初始值为所述地震数据中的所述第一频率分量，在所述k大于1时，所述初始值为第k-1次迭代计算得到的重构数据；

对所述初始值进行波原子变换，得到波原子域数据；

通过所述预设地震数据阈值对所述波原子域数据进行阈值处理；

对处理后的波原子域数据进行波原子反变换，得到处理数据；

通过凸集投影公式将所述第一频率分量的初始值植入所述处理数据得到所述第k次迭代计算的重构数据，

所述凸集投影公式为：

所述D_k(f,x,y)为所述第k次迭代计算的重构数据、所述D(f,x,y)为所述地震数据中的所述第一频率分量、所述S(x,y)为识别已知数据和缺失数据的采样算子、所述WA_x,y为正波原子变换算子、所述T_k(f,x,y)为阈值算子、所述D_k-1为第k-1次迭代计算的重构数据，在所述k＝1时，D₀＝D(f,x,y)。

可选地，所述通过所述预设地震数据阈值对所述波原子域数据进行阈值处 理，包括：

根据阈值公式对所述波原子域数据进行处理，

所述阈值公式为：

所述P_k为所述第k次迭代计算的阈值，所述P_k包含在所述预设地震数据阈值P中。

可选地，所述将所述信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为所述第一频率分量的重构地震数据之后，所述方法还包括：

对所述第一频率分量的重构地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换。

根据本发明的第二方面，提供一种地震数据重建装置，所述装置包括：

数据采集模块，被配置为采集地震数据；

阈值获取模块，被配置为获取预设地震数据阈值；

数据重构模块，被配置为根据所述预设地震数据阈值在波原子域对所述地震数据通过凸集投影算法进行重构，获取重构后的地震数据。

可选地，所述数据采集模块，被配置为：

采集时间域的原始地震数据；

对所述时间域的原始地震数据沿时间方向做一维傅里叶变换，得到频率域的所述地震数据。

可选地，所述地震数据包含有多个频率分量，

所述数据重构模块，包括：

迭代计算子模块，被配置为在波原子域通过所述凸集投影算法对所述地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算，所述第一频率分量为所述地震数据中的任一频率分量；

信噪比计算子模块，被配置为检测每次迭代计算得出的重构数据的信噪比，直至出现信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，停止迭代计算；

重构数据确定子模块，被配置为将所述信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为所述第一频率分量的重构地震数据。

可选地，所述迭代计算子模块，包括：

初始值获取单元，被配置为获取第k次迭代计算的初始值，在所述k等于1时，所述初始值为所述地震数据中的所述第一频率分量，在所述k大于1时， 所述初始值为第k-1次迭代计算得到的重构数据；

波原子变换单元，被配置为对所述初始值进行波原子变换，得到波原子域数据；

阈值处理单元，被配置为通过所述预设地震数据阈值对所述波原子域数据进行阈值处理；

波原子反变换单元，被配置为对处理后的波原子域数据进行波原子反变换，得到处理数据；

数据植入单元，被配置为通过凸集投影公式将所述第一频率分量的初始值植入所述处理数据得到所述第k次迭代计算的重构数据，

所述凸集投影公式为：

所述D_k(f,x,y)为所述第k次迭代计算的重构数据、所述D(f,x,y)为所述地震数据中的所述第一频率分量、所述S(x,y)为识别已知数据和缺失数据的采样算子、所述WA_x,y为正波原子变换算子、所述T_k(f,x,y)为阈值算子、所述D_k-1为第k-1次迭代计算的重构数据，在所述k＝1时，D₀＝D(f,x,y)。

可选地，所述阈值处理单元，被配置为：

根据阈值公式对所述波原子域数据进行处理，

所述阈值公式为：

所述P_k为所述第k次迭代计算的阈值，所述P_k包含在所述预设地震数据阈值P中。

可选地，所述装置还包括：

傅里叶反变换模块，被配置为对所述第一频率分量的重构地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在波原子域以凸集投影算法来对不规则缺失的地震数据进行重构，解决了相关技术中通过曲波变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题。达到了保证重构的地震数据的精度的前提下，在重构地震数据时拥有较高的计算效率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1是本发明实施例提供的一种地震数据重建方法的流程图；

图2-1是本发明实施例提供的另一种地震数据重建方法的流程图；

图2-2是图2-1所示实施例中迭代计算的流程图；

图3-1是本发明实施例提供的一种地震数据重建装置的框图；

图3-2是图3-1所示实施例中数据重构模块的框图；

图3-3是图3-1所示实施例中迭代计算子模块的框图；

图3-4是本发明实施例提供的另一种地震数据重建装置的框图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种地震数据重建方法的流程图，该方法可以包括下面几个步骤：

在步骤101中，采集地震数据。

在步骤102中，获取预设地震数据阈值。

在步骤103中，根据预设地震数据阈值在波原子域对地震数据通过凸集投影算法进行重构，获取重构后的地震数据。

综上所述，本发明实施例提供的地震数据重建方法，通过在波原子域以凸集投影算法来对不规则缺失的地震数据进行重构，解决了相关技术中通过曲波变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题。达到了保证重构的地震数据的精度的前提下，在重构地震数据时拥有较高的计算效率的效果。

图2-1是本发明实施例提供的另一种地震数据重建方法的流程图，该方法可以包括下面几个步骤：

在步骤201中，采集时间域的原始地震数据。

在使用本发明实施例提供的地震数据重建方法时，可以首先采集时间域的原始地震数据。采集时间域的原始地震数据的方法可以参考相关技术，示例性的，采集的时间域的原始地震数据可以为某一工区的叠前三维不规则缺失地震数据，截取的记录长度可以为1秒，采样间隔可以为1毫秒，共1000个采样点。

在步骤202中，对时间域的原始地震数据沿时间方向做一维傅里叶变换，得到频率域的地震数据。

在采集了时间域的原始地震数据后，可以对时间域的原始地震数据沿时间方向做一维傅里叶变换，得到频率域的地震数据。将原始地震数据转换到频率域后，由于只需计算正频率的数据，因而在后续处理时可以减少50％的计算量。

在步骤203中，获取预设地震数据阈值。

在得到频率域的地震数据后，可以获取预设地震数据阈值，该预设地震数据阈值可以预先进行设置，具体设置方式可以参考相关技术，本实施例不再赘述。

在步骤204中，在波原子域通过凸集投影算法对地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算。

在获取了频率域的地震数据之后，可以在波原子域通过凸集投影算法对地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算。其中，第一频率分量为地震数据中的任一频率分量。

如图2-2所示，本步骤可以包括下面几个子步骤：

在子步骤2041中，获取第k次迭代计算的初始值。

在波原子域通过凸集投影算法对地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算时，首先可以获取第k次迭代计算的初始值，在k等于1时，初始值为地震数据中记录着的第一频率分量，在k大于1时，初始值为第k-1次迭代计算得到的重构数据。

在子步骤2042中，对初始值进行波原子变换，得到波原子域数据。

在获取了第k次迭代计算的初始值时，可以对初始值进行波原子变换，得 到波原子域数据。波原子变换是具有多分辨性、局域性和方向性的函数分析方法，相比曲波变换，波原子变换更能稀疏地表示地震数据，更好的逼近地震同相轴。示例性的，对初始值进行波原子变换的数学表达式可以为：

D_k(f,x,y)＝WA_x,yD_k-1。

其中，D_k(f,x,y)为第k次迭代计算时得到的波原子域数据，WA_x,y为针对空间变量x、y的正波原子变换算子，D_k-1为第k次波原子变换的初始值，在k＝1时，D₀＝D(f,x,y)，即地震数据中记录着的第一频率分量。

在子步骤2043中，通过预设地震数据阈值对波原子域数据进行阈值处理。

在得到波原子域数据后，可以通过预设地震数据阈值对波原子域数据进行阈值处理，。可选的，可以根据阈值公式对波原子域数据进行处理。

阈值公式为：

其中，T_k(f,x,y)为阈值算子，P_k为第k次迭代计算的阈值，P_k包含在预设地震数据阈值P中。

在子步骤2044中，对处理后的波原子域数据进行波原子反变换，得到处理数据。

在对波原子域数据进行阈值处理后，可以对处理后的波原子域数据进行波原子反变换，得到处理数据。可以将处理后的波原子域数据与针对空间变量x、y的波原子反变换算子相乘以得到处理数据，示例性的，波原子反变换算子可以为WA_x,y^-1。

在子步骤2045中，通过凸集投影公式将第一频率分量的初始值植入处理数据得到第k次迭代计算的重构数据。

在获取了处理数据之后，可以通过凸集投影公式将第一频率分量的初始值植入处理数据得到第k次迭代计算的重构数据。而凸集投影公式可以为：

其中，D_k(f,x,y)为第k次迭代计算的重构数据、D(f,x,y)为地震数据中的第一频率分量、S(x,y)为识别已知数据和缺失数据的采样算子、WA_x,y为正波原子变换算子、T_k(f,x,y)为阈值算子、D_k-1为第k-1次迭代计算的重构数据，在k＝1时，D₀＝D(f,x,y)。

在步骤205中，检测每次迭代计算得出的重构数据的信噪比，直至出现信 噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，停止迭代计算。

在进行迭代计算时，可以检测每次迭代计算得出的重构数据的信噪比，直至出现信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，停止迭代计算。

示例性的，信噪比计算公式可以为：

其中，SNR为信噪比，D^obs(f,x,y)为观测数据，即频率域的不规则缺失地震数据，D^rec(f,x,y)为观测数据植入后的重建数据，D^cal(f,x,y)为观测数据植入前的重建数据。

需要说明的是，本发明实施例提供的地震数据重建方法，相较于相关技术中的重建的地震数据，信噪比可以提升1至2倍。

在步骤206中，将信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为第一频率分量的重构地震数据。

在出现信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，可以将信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为第一频率分量的重构地震数据。至此，得到了第一频率分量的重构地震数据。

在步骤207中，对第一频率分量的重构地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换。

在获取了第一频率分量的重构地震数后，可以对第一频率分量的重构地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换，将其转换到时间域，以方便后续对地震数据进行相关分析。

需要说明的是，可以通过步骤204至步骤207，对频率域的每个频率分量的地震数据进行重建，得到时间域的重构地震数据。此外，也可以先通过步骤204至步骤206获取每个频率域的重构地震数据，再对所有频率分量的频率域的重构的地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换，本发明实施例不作出限制。

需要补充说明的是，本发明实施例提供的地震数据重建方法，通过在对不规则缺失的地震数据进行波原子变换前，先将其转换到频率域，达到了减小计算量，提升地震数据重建效率的效果。

综上所述，本发明实施例提供的地震数据重建方法，通过在波原子域以凸集投影算法来对不规则缺失的地震数据进行重构，解决了相关技术中通过曲波 变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题。达到了保证重构的地震数据的精度的前提下，在重构地震数据时拥有较高的计算效率的效果。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

图3-1是本发明实施例提供的一种地震数据重建装置的框图，该地震数据重建装置包括：

数据采集模块310，被配置为采集地震数据。

阈值获取模块320，被配置为获取预设地震数据阈值。

数据重构模块330，被配置为根据预设地震数据阈值在波原子域对地震数据通过凸集投影算法进行重构，获取重构后的地震数据。

综上所述，本发明实施例提供的地震数据重建装置，通过在波原子域以凸集投影算法来对不规则缺失的地震数据进行重构，解决了相关技术中通过曲波变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题。达到了保证重构的地震数据的精度的前提下，在重构地震数据时拥有较高的计算效率的效果。

可选地，数据采集模块310，被配置为：

采集时间域的原始地震数据；

对时间域的原始地震数据沿时间方向做一维傅里叶变换，得到频率域的地震数据。

可选地，地震数据包含有多个频率分量，如图3-2所示，数据重构模块330，包括：

迭代计算子模块331，被配置为在波原子域通过凸集投影算法对地震数据中的第一频率分量进行预设次数的迭代计算，第一频率分量为地震数据中的任一频率分量；

信噪比计算子模块332，被配置为检测每次迭代计算得出的重构数据的信噪比，直至出现信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据时，停止迭代计算；

重构数据确定子模块333，被配置为将信噪比大于预设信噪比阈值的重构数据作为第一频率分量的重构地震数据。

可选地，如图3-3所示，迭代计算子模块331，包括：

初始值获取单元331a，被配置为获取第k次迭代计算的初始值，在k等于1时，初始值为地震数据中的第一频率分量，在k大于1时，初始值为第k-1次迭代计算得到的重构数据；

波原子变换单元331b，被配置为对初始值进行波原子变换，得到波原子域数据；

阈值处理单元331c，被配置为通过预设地震数据阈值对波原子域数据进行阈值处理；

波原子反变换单元331d，被配置为对处理后的波原子域数据进行波原子反变换，得到处理数据；

数据植入单元331e，被配置为通过凸集投影公式将第一频率分量的初始值植入处理数据得到第k次迭代计算的重构数据，凸集投影公式为：

D_k(f,x,y)为第k次迭代计算的重构数据、D(f,x,y)为地震数据中的第一频率分量、S(x,y)为识别已知数据和缺失数据的采样算子、WA_x,y为正波原子变换算子、T_k(f,x,y)为阈值算子、D_k-1为第k-1次迭代计算的重构数据，在k＝1时，D₀＝D(f,x,y)。

可选地，阈值处理单元331c，被配置为：

根据阈值公式对波原子域数据进行处理，

阈值公式为：

P_k为第k次迭代计算的阈值，P_k包含在预设地震数据阈值中。

可选地，如图3-4所示，该装置还包括：

傅里叶反变换模块340，被配置为对第一频率分量的重构地震数据沿频率方向做一维傅里叶反变换。

需要补充说明的是，本发明实施例提供的地震数据重建方法，通过在对不规则缺失的地震数据进行波原子变换前，先将其转换到频率域，达到了减小计算量，提升地震数据重建效率的效果。

综上所述，本发明实施例提供的地震数据重建装置，通过在波原子域以凸集投影算法来对不规则缺失的地震数据进行重构，解决了相关技术中通过曲波 变换对原始地震数据进行重构时，由于曲波变换的各向异性使其计算量较大，地震数据的重建效率较低的问题。达到了保证重构的地震数据的精度的前提下，在重构地震数据时拥有较高的计算效率的效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。