多分量地震数据的矢量均值滤波方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震数据滤波的技术领域，尤其涉及一种多分量地震数据的矢量均值 滤波方法。
【背景技术】
[0002] 在石油、天然气、煤炭、煤层气等化石能源勘探过程中，基于爆炸源（人工源）的地 震勘探技术是获得地下构造、岩性信息，识别油气等能源存在与否的关键技术之一。常规的 地震勘探技术主要利用纵波的激发、传播和单分量地震信号的接收来达到勘查地下弹性波 场异常的目的。随着油气勘探开发程度不断深入，油气勘探目标日趋复杂，相应的勘探技术 水平也在不断提高，最近20多年来，综合利用纵波和转换横波信息的多分量地震勘探技术 引起国内外的广泛关注，成为研究攻关的热点，也是目前地震勘探技术发展的主要方向。
[0003] 相比于单纯的纵波资料，多波多分量地震资料包含更加丰富的运动学与动力学信 息，多波勘探具有以下优势：解决某些单分量纵波的成像空白问题，如气云区、纵波弱反射 区构造成像；联合利用纵波与横波可以提高岩性、流体识别的准确性；横波能帮助刻画油 气藏或覆盖层中裂缝的密度和方位、岩石力学参数等。因而多分量地震勘探在寻找岩性油 气藏、裂隙裂缝型油气藏、煤层气与页岩气等复杂非常规油气藏中越来越受到重视。当前多 分量处理亟待解决的问题包括静校正、噪声衰减、各向异性叠前偏移等，各个环节相互关联 影响，只有每个环节都得到好的处理，最终才能得到高质量的结果。由于勘探目标和地表条 件的复杂性，以及震源与采集方式等的影响，使得多分量地震记录中噪声类型复杂、信噪比 低、有效信号能量弱。
[0004] 因此，噪声衰减是一个至关重要的环节，其结果严重影响着多分量地震资料后续 处理解释成果的可靠性与精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种多分量地震数据的矢量均值滤波方法，以解决现 有技术存在的在压制随机噪声时容易破坏多分量地震数据分量间矢量关系的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明实施例提供一种多分量地震数据的矢量均值滤波方法， 包括：对采集的叠前多分量地震数据做补偿与均衡处理；在所述叠前多分量地震数据的二 维道集平面内，对每个采样点处用多分量数据形成一个矢量，从而得到一个二维矢量地震 数据；确定滤波窗口在水平方向的长度N与时间方向的长度NT，其中N与NT为大于0的正 整数；确定拟搜索的轨迹的个数M'，从M'个轨迹中搜索出能匹配当前滤波点所在同相轴 的局部轨迹的最优轨迹，其中M'为大于0的正整数；以当前滤波点为中心，在搜索到的最 优局部轨迹上选取N个矢量信号点，并将所述N个矢量信号点进行边际排序，得到边际中值 矢量；分别计算所述矢量信号点到所述边际中值矢量的距离，以及所述距离的平均值；将 所述矢量信号点按所述距离进行排序，选取排序后位于中间部分的矢量信号点，并对位于 中间部分的矢量信号求平均得到均值，并输出所述均值。
[0007] 根据本发明的技术方案，通过根据相邻道多分量地震矢量信号片段之间的矢量距 离在多个直线轨迹与曲线轨迹中搜索出地震波同相轴的局部轨迹，然后沿地震同相轴局部 轨迹加窗选取领域点，并且基于多元数据统计排序理论，对沿同相轴局部轨迹选取的多个 矢量信号采样点进行矢量均值滤波处理，以解决简单矩形滤波窗对倾斜同相轴及地震波局 部极值附近有效信号产生损伤的问题外，还能有效压制脉冲随机噪声和高斯随机噪声，又 能很好地保持多分量地震信号的特矢量特征不畸变。
【附图说明】
[0008] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0009] 图1是根据本发明实施例的多分量地震数据的矢量均值滤波方法的流程图；
[0010] 图2是图1的步骤S108的详细流程图；
[0011] 图3a是根据本发明实施例的合成地震数据的Z分量的波形图；
[0012] 图3b是根据本发明实施例的用水平矩形滤波窗口选取相邻点来做矢量均值滤波 的波形图；
[0013] 图3c是根据本发明实施例的沿搜索的最优轨迹加窗选取相邻点做矢量均值滤波 的波形图；
[0014] 图3d是图3a与图3b之差的波形图；
[0015] 图3e是图3a与图3c之差的波形图；
[0016] 图4a是根据本发明实施例的合成地震数据的Z分量的波形图；
[0017] 图4b是根据本发明实施例的合成地震数据的X分量的波形图；
[0018] 图5a为加噪数据经过低通滤波后的Z分量的波形图；
[0019] 图5b为加噪数据经过低通滤波后的X分量的波形图；
[0020] 图5c是根据本发明实施例的单分量滤波后的Z分量的波形图；
[0021] 图5d是根据本发明实施例的单分量滤波后的X分量的波形图；
[0022] 图5e是根据本发明实施例的两分量矢量滤波后的Z分量的波形图；
[0023] 图5f是根据本发明实施例的两分量矢量滤波后的X分量的波形图；
[0024] 图6是三种方法滤波后的两分量地震数据部分信号片段的矢端图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明的主要思想在于，基于根据相邻道多分量地震矢量信号片段之间的矢量距 离在多个直线轨迹与曲线轨迹中搜索出地震波同相轴的局部轨迹，然后沿地震同相轴局部 轨迹加窗选取领域点，并且基于多元数据统计排序理论，对沿同相轴局部轨迹选取的多个 矢量信号采样点进行矢量均值滤波处理，以解决简单矩形滤波窗对倾斜同相轴及地震波局 部极值附近有效信号产生损伤的问题外，还能有效压制脉冲随机噪声和高斯随机噪声，又 能很好地保持多分量地震信号的特矢量特征不畸变。
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本 发明作进一步地详细说明。
[0027] 根据本发明的实施例，提供了一种多分量地震数据的矢量均值滤波方法。
[0028] 图1是根据本发明实施例的多分量地震数据的矢量均值滤波方法的流程图。
[0029] 在步骤S102中，对采集的叠前多分量地震数据做补偿与均衡处理。其中，所述补 偿与均衡处理为多分量一体化道均衡处理、多分量一体化真振幅恢复处理，并将所述叠前 多分量地震数据处理后排列成二维叠前炮集或共中心点道集地震数据。
[0030] 在步骤S104中，在所述叠前多分量地震数据的二维道集平面内，对每个采样点处 用多分量数据形成一个矢量，从而得到一个二维矢量地震数据。其中，前述形成的所述矢量 例如為X= [X1 X2…xK]，其中K为地震数据分量的个数。进一步的，三分量数据中每个采 样点形成一个三维矢量例如可表示为X= [X1 X2 X3]。
[0031] 在步骤S106中，确定滤波窗口在水平方向的长度N与时间方向的长度NT，其中N 与NT为大于0的正整数。
[0032] 由于地震信号在时间方向是快速振荡变化的，而在相邻道之间变化较为缓慢，所 以做矢量均值滤波时沿着地震波同相轴选取邻近点。由于同相轴轨迹未知，需先搜索出同 相轴局部最优局部轨迹。搜索范围按以下方式给定，首先估计出同相轴最大倾斜角度θ_ 与最小倾斜角度Θ _ (单位为：采样点数每道），给定拟搜索的直线轨迹个数为Μ，则直线搜 索轨迹为公式（1)，如下所示：
[0033] Li= [-V，· · ·，0, · · ·，V] X Θ ; Q = 1，· · ·，Μ)， (1)
[0034]
[0035] 其中，V = (N-l)/2。叠前地震波同相轴往往是双曲线形或更为复杂的弯曲线，仅 用直线难以拟合，为了拟合弯曲同相轴，由每条直线轨迹产生几条弯曲轨迹，如公式（2)所 示：
[0036]
(2)
[0037] V = cumsum[0,1，· · ·，N-1]
[0038] 其中，cumsum函数是对向量元素进行累计求和，V'是V中元素翻转后的向量，δ j 决定轨迹弯曲度，一般小于5个采样点。
[0039] 在步骤S108中，确定拟搜索的轨迹的个数，，从，个轨迹中搜索出能匹配当前 滤波点所在同相轴的局部轨迹的最优轨迹，其中M'为大于0的正整数。也就是说，设当前 需要滤波的数据点为第i道第j个时间采样点 Xl]，从步骤S108中给出的M'条轨迹（包括 直线轨迹和弯曲轨迹）中搜索出与该点所在同相轴局部轨迹最相吻合的轨迹。进一步的， 步骤S108还包括有步骤S202、S204、S206、S208,如图2所示。
[0040] 在步骤S202中，确定拟搜索的^个轨迹。在步骤S204中，对于每个搜索方向 Ptt，以当前滤波点 Xl]为中心选取N个相邻道，并以长度为所述时间方向的长度（时间采样 点数NT)的时间窗，沿搜索轨迹滑动截取N个长度为所述时间方向的矢量信号片段，以得 到N条矢端曲线。其中，所述矢量信号片段例如为卜)(ir) x〉(/r) ··· = 1，2, "·，Ν。这样截取的每个矢量信号片段的中心均在搜索轨迹PtlJ:。对于三分量地震数 据，所述N个矢量信号片段在三维空间中就是N条矢端曲线。
[0041] 在步骤S206中，计算所述N条矢端曲线间的每两条矢端曲线之间的空间距离，并 求和得到总和空间距离。其中，所述计算每两条矢端曲线之间的空间距离即为估计N条矢 端曲线间的相关性。并且，所述总和空间距离例如为公式（3)，如下所示：
[0042]
(3)
[0043] 其中，D(tr)为所述总和空间，tr = 1，2, ，I I I |2为求L2模。
[0044] 在步骤S208中，从M'个搜索