消除地震信号中随机噪声系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震信号去噪技术领域，特别涉及一种消除地震信号中随机噪声系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 油气资源作为当今社会的主要能源不断的推动着人类的进步，人们日益增长的油 气能源需求对油气勘探提出了更高的要求。但随着勘探的不断深入，勘探难度也不断地加 大，主要体现在对构造复杂，地震剖面特征难以识别的隐蔽性油气藏的勘探上，因此对信号 进行去噪、提高地震资料的分辨率对面积小但能增储上产的隐蔽性油气藏的勘探与开发有 着重要的意义。
[0003] 针对提高地震资料分辨率这一难题传统的处理方法多注重信噪比的提高，未能在 有效提高信噪比后通过频带的拓宽使得分辨率得到进一步地提高，在提高信噪比这方面， 传统的小波变换对一维平滑信号具有很好的表达能力，但并不适合表达二维信号，这使得 经过小波去噪后的地震信号损失了边缘细节信息，造成同相轴边缘变得模糊、分辨率下降。 针对此局限，在小波基础上发展起来的曲波变换具有良好方位特性，使它能够将边缘信息 和噪声信息很好的分开，在保持边缘信息的同时对噪声的去除也起到了很好的效果。利用 曲波变换的多尺度多方向性的特点，采用GCV(广义交叉验证准则）可确定不同尺度和方向 下的阈值，并用遗传算法搜索使GCV风险评估函数有最优阈值；再通过不同的阈值规则使 用相应的半软阈值函数对曲波变换分解得到子带进行阈值去噪，可有效提高信噪比。在拓 宽频带方面，谱白化处理是一种展宽频谱的有效方法，它对有限频带进行纯振幅滤波后，估 计此频带之外的频率成分，达到拓宽频带的目的。谱白化处理可以在时间域或在频率域中 处理，若在曲波域中处理可对不同尺度、不同方向的子带中的有效信号进行谱白化，拓宽其 频带；对随机噪声则不做处理。结合之前的去噪处理能够进一步提高地震信号的分辨率。 如申请号为CN201210483278.X公开了一种衰减地震数据随机噪声的方法和系统。该方法 中将地震数据进行傅立叶变换，生成频率-空间域的地震数据；在空间方向上对频率-空间 域的地震数据进行复数经验模态分解，生成多个模态分量；根据频率-空间域的地震数据 与多个模态分量，利用最优化方法生成自适应信号重构算子；根据自适应信号重构算子和 所述多个模态分量，重构生成频率域地震信号；将频率域地震信号进行傅立叶反变换，生成 随机噪声衰减后的时间域地震信号。如申请号为CN201210247721. 3公开了一种基于小波 变换的小尺度阈值去噪方法，该方法小尺度地对地震数据进行扫描，得到一个时窗内的相 关系数值，然后设置一个阈值，对这个小尺度时窗内的数据进行判断，当地震道以地震信号 为主时，采用常规小波分解及常规硬阈值或软阈值；当地震道以噪声为主时，地震信号进行 小波包分解后，采用最佳熵的原则设定下面的浮动阈值法。最后将去噪后的小波尺度进行 小波重构，从而得到信噪比较高的地震道集。
[0004] 1999年Donoho和Canc^s在Ridgeletb变换的基础上提出了曲波变换理论，它 在对多维信号的处理上具有优于小波变换的特性。曲波变换具有多尺度、多方向性，对多 维信号具有良好的分辨能力，这使得它在多维信号特征的表示和提取中比小波变换更加 有效。根据地震数据类型的不同，目前提高地震信号分辨率的方法有基于VSP(Vertieal seismicalprofile)提高地震信号分辨率的方法、拓频处理提高地震信号分辨率的方法、 时变谱白化提高地震信号分辨率的方法、反褶积提高地震信号分辨率的方法等等，这些方 法都可以达到消除噪声、提高地震信号分辨率的效果。
[0005] 但是现有技术无法消除高分辨率地震信号中的随机噪声。
【发明内容】
[0006] 为解决现有的提高地震资料分辨率技术中无法消除地震信号中的随机噪声的问 题，有必要提供一种消除地震信号中随机噪声系统及方法。
[0007] -种消除地震信号中随机噪声系统，包括如下单元：
[0008] 曲波变换单元，用于读取原始地震信号数据，并对原始地震信号数据进行曲波变 换分解得到地震信号在曲波域内各个尺度、各个方向上表示图像的光谱特征的第一频率子 带以及表示图像的空间特征的第二频率子带，其中第一频率子带的频率范围为10-20HZ，第 二频率子带的频率范围为50-200HZ;
[0009] 阈值优化单元，用于对于分解得到的第一频率子带和第二频率子带中所包含的不 同尺度、不同方向下的曲波系数，通过广义交叉验证准则确定不同尺度、不同方向下曲波系 数的阈值，该阈值为有效信号与随机噪声在方向和尺度的分界值；并通过遗传算法获得使 广义交叉验证准则风险评估函数有最小值的最优阈值；
[0010] 阈值去噪单元，用于通过将阈值优化单元中获得的各个最优阈值带入半软阈值函 数对分解得到第一频率子带、第二频率子带进行阈值去噪；
[0011] 滤波器设计单元，用于根据阈值去噪单元中去噪后的第一频率子带、第二频率子 带中的有效信号和随机噪声的相关性的不同，设计不同的自适应的谱白化滤波器；
[0012] 谱白化处理单元，用于对第一频率子带、第二频率子带中不同尺度、不同方向的有 效信号通过相应的自适应的谱白化滤波器进行谱白化，拓宽有效信号的频带；对随机噪声 则不做处理；
[0013] 曲波反变换单元，用于对谱白化处理后的各尺度、各个方向上的第一频率子带、第 二频率子带通过曲波反变换进行重构，得到去噪后且分辨率提高的地震信号数据。
[0014] -种消除地震信号中随机噪声方法，包括如下步骤：
[0015]S1、读取原始地震信号数据，并对原始地震信号数据进行曲波变换分解得到地震 信号在曲波域内各个尺度、各个方向上表示图像的光谱特征的第一频率子带以及表示图像 的空间特征的第二频率子带，其中第一频率子带的频率范围为10-20HZ，第二频率子带的频 率范围为50-200HZ;
[0016]S2、对于分解得到的第一频率子带和第二频率子带中所包含的不同尺度、不同方 向下的曲波系数，通过广义交叉验证准则确定不同尺度、不同方向下曲波系数的阈值，该阈 值为有效信号与随机噪声在方向和尺度的分界值；并通过遗传算法获得使广义交叉验证准 则风险评估函数有最小值的最优阈值；
[0017]S3、通过将步骤S2中获得的各个最优阈值带入半软阈值函数对分解得到第一频 率子带、第二频率子带进行阈值去噪；
[0018] S4、根据步骤S3中去噪后的第一频率子带、第二频率子带中的有效信号和随机噪 声的相关性的不同，设计不同的自适应的谱白化滤波器；
[0019] S5、对第一频率子带、第二频率子带中不同尺度、不同方向的有效信号通过相应的 自适应的谱白化滤波器进行谱白化，拓宽有效信号的频带；对随机噪声则不做处理；
[0020] S6、对谱白化处理后的各尺度、各个方向上的第一频率子带、第二频率子带通过曲 波反变换进行重构，得到去噪后且分辨率提高的地震信号数据。
[0021] 本发明提供的消除地震信号中随机噪声系统及方法，对地震信号进行曲波分解， 将其投影到曲波域中，充分利用了曲波变换的多尺度、多方向的优势，并通过广义交叉验证 准则和遗传算法选取最优阈值，由此来对地震信号进行去噪，能够在保护有效地震反射信 号的同时更加精确地滤掉噪声干扰。同时根据有效信号和随机噪声的相关性的不同，设计 自适应谱白化滤波器。仅对有效信号进行谱白化，拓宽其频带，突出有效信号，达到了提高 了地震信号的分辨率的目的。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施方式提供的消除地震信号中随机噪声系统结构框图；
[0023] 图2是本发明实施方式提供的消除地震信号中随机噪声方法流程图；
[0024] 图3是曲波基函数在时间域和频率域中的示意图；
[0025] 图4是原始地震数据显示的效果图；
[0026] 图5是处理后信号分辨率得到提高的效果图；
[0027] 图6是处理前后的效果对比图；
[0028] 图7是对多组地震信号处理前后信噪比的对比图。
【具体实施方式】
[0029] 如