一種適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法
1.本發明涉及地震數據處理領域，特別是涉及一種地震數據隨機噪聲壓制方法。
背景技術：
2.隨著地震勘探程度的不斷加深，研究方向已從常規轉為非常規、中淺層轉為深層、簡單構造轉為復雜構造。塔里木柯東構造帶油氣資源豐富，具有很好的勘探潛力，但該區多為高陡山地且受風化作用地表破碎，檢波器放置困難，不同檢波器周邊環境差異較大，導致該區隨機噪聲具有一定的空變性；地下黃土區吸收衰減嚴重，各種干擾波發育，有效反射弱，信噪比極低，給后續地球物理結構的成像和解釋帶來了很大的困難。為應對該區深層高陡構造與復雜地質體地震數據的處理和解釋需求，需要進一步提高反射地震勘探資料的分辨率和信噪比。
3.現有技術通常是基于有效信號與噪聲在不同變換域中的特征差異，設計合適的閾值進行濾波或其它處理以抑制噪聲成分。雖然這類方法可以在一定程度上提高地震記錄的質量，但在去噪過程中往往需要在一定程度上對地震數據或噪聲做出某些假設，噪聲壓制效果與假設條件滿足程度息息相關，導致此類方法在實際地震數據中應用效果并不理想。
4.發明目的
5.bm3d方法中計算維納變換系數時需要人為輸入噪聲方差，而塔里木地區地震記錄各道間隨機噪聲特性差異較大，隨機噪聲強度在整個記錄中不斷變化，呈現一定的空變特性，無法用一個常數表示較大區域內的噪聲強度，導致bm3d方法用于該地區的噪聲壓制時需要進行大量的參數調試工作；bm3d方法利用圖像內部之間的相似性來壓制圖像中的隨機噪聲，但地震數據與一般自然圖像不同，包含了大量的邊緣信息(即為復雜紋理區域)，且bm3d方法中使用歐氏距離來計算塊間距離，僅考慮了單個采樣點之間幅值的差異，沒有考慮地震數據塊內結構，在復雜紋理區域不易尋到足夠的相似塊，導致方法去噪效果差。
技術實現要素：
6.為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種適用于塔里木柯東地區地震資料隨機噪聲壓制方法。首先將目標區地震記錄分為若干大小相同的數據塊，再對數據塊分類，使得分類后每類別中數據塊噪聲水平差異盡可能小，不同類間噪聲水平差異盡可能大，即將每一類數據中的隨機噪聲視為近似平穩；然后分別對每類地震數據塊應用bm3d方法進行去噪，再將去噪后的各數據塊重組，完成柯東地區地震數據中空變隨機噪聲的壓制。
7.本發明所采用的具體技術方案是：
8.將目標區地震記錄分為若干大小相同的數據塊，再利用弱幾何紋理方法估計每一個地震數據塊中的隨機噪聲強度。
9.根據每個數據塊中的噪聲強度對數據塊分類，使得分類后每類別中數據塊噪聲水平差異盡可能小，不同類間噪聲水平差異盡可能大，即將每一類數據中的隨機噪聲水平視
(x),
…
,zn(x)}，每個數據塊大小為m
×
m。
26.步驟102：地震數據塊的分類，方法流程如圖2所示。利用弱幾何紋理方法估計每個地震數據塊的噪聲方差利用模糊c均值方法根據噪聲強度將這些塊分為c類，使得分類后每類別中數據塊噪聲方差差異盡可能小，不同類間噪聲方差差異盡可能大，即每一類數據的噪聲強度近似相同，具體實現過程如下：
27.步驟102.1：噪聲強度的估計。基于弱幾何紋理方法利用零假設檢驗從待測地震數據中選出弱紋理塊，利用弱紋理塊協方差矩陣的最小特征值作為待測地震數據的噪聲方差。計算公式如下：
[0028][0029]
其中是估計的噪聲方差，ω
min
(
·
)是矩陣的最小特征值，cov(
·
)表示協方差矩陣，w是被選擇的弱紋理塊。
[0030]
步驟102.2：設定每類中噪聲強度差的閾值。根據步驟102.1估計得到的各數據塊的噪聲方差{σ1,σ2,...,σn}，分類閾值t表示每類地震數據塊中噪聲方差之差q的最大值，設定t為最小噪聲方差的10％，即
[0031]
步驟102.3：設定c值，得到初始分類結果。利用模糊c均值算法根據噪聲強度將對應的地震數據塊分為c類，使每類中噪聲強度差異小于一定值，且不同類間噪聲水平差異盡可能大。計算公式如下：
[0032][0033]
其中u
ij
為當前數據塊噪聲方差對第j類數據組質心cj的隸屬度，每類數據組的質心表示最能代表當前類中所有數據塊噪聲強度的值，m是隸屬度因子，||z
i-cj||2為歐氏距離的計算。
[0034]
步驟102.4：分類結果的判斷。若分類后某類中q大于t，認為分類不完全，令c＝c+1并重復執行步驟102.3；反之，若每類中q均小于t，則認為分類完成，輸出此時的分類結果。
[0035]
步驟103：每類地震數據塊的噪聲壓制，方法流程如圖3所示。分類后認為每類中噪聲方差的質心可以代表當前類中所有數據塊噪聲強度的值，將其作為bm3d方法的輸入，基于bm3d方法對每類地震數據進行噪聲壓制，具體實現過程如下：
[0036]
步驟103.1：將待處理地震數據分割為若干大小為n
×
n的數據塊。
[0037]
步驟103.2：相似塊匹配。表示當前處理的數據塊，利用結構相似度代替歐氏距離在全部數據范圍內尋與相似度最大的塊視為的相似塊進行塊匹配。計算公式如下：
[0038][0039]
其中塊匹配結果為τ
match
是兩個圖像塊相似的最小相似度，是所有相似塊構成的集合。
[0040]
步驟103.3：三維變換域中的硬閾值濾波。把中所有數據塊按相似性強弱沿第三
維度排列為一個的三維矩陣利用三維線性變換t
3d
與硬閾值濾波在變換域內濾去中含噪聲的系數，再執行逆線性變換，即可得到空間域內去噪后的數據塊，計算公式如下：
[0041][0042]
其中t
3d
為三維線性變換，υ是硬閾值濾波算子。
[0043]
步驟103.4：加權平均實現基礎去噪。步驟103.3處理完所有的數據塊之后，將其逆變換并放回原位，每個采樣點的值通過每個對應位置的塊的值加權平均，得到基礎噪聲壓制結果。權重取決于置0的個數和噪聲強度，計算公式如下：
[0044][0045]
其中是相似塊的特征函數，表示權重，表示處理塊的估計值。
[0046]
步驟103.5：再次塊匹配、濾波、加權實現最終去噪。重復執行步驟103.2、103.3和103.4，得到最終去噪結果。但步驟103.2中塊匹配對象變為基礎去噪結果數據，步驟103.3中硬閾值濾波變為維納濾波，步驟103.4中權重取決于維納濾波的系數和噪聲方差。維納濾波系數計算公式如下：
[0047][0048]
其中是由初步去噪后圖像在xr位置進行塊匹配形成的三維矩陣，是估計的噪聲方差。
[0049]
步驟104：將各類中去噪后地震數據塊重組并進行平滑處理，完成柯東地區地震數據中空變隨機噪聲的壓制。
[0050]
發明效果
[0051]
圖4-5為按照本發明進行的隨機噪聲壓制仿真結果圖，驗證了改進bm3d方法對空變隨機噪聲壓制的有效性，具有去噪精度高、有效信號保護能力強的優點；圖6為柯東地區實際資料處理結果圖，通過對比f-x反褶積方法、原始bm3d方法與所提方法的處理結果，驗證了所提方法的有效性與針對性，實現了目標區空變隨機噪聲高精度、自適應地壓制。
[0052]
通過上述過程可知，本發明提供了一種適用于塔里木柯東地區地震資料隨機噪聲壓制方法，將受空變隨機噪聲干擾的地震記錄分為若干類，對每一類分別利用bm3d進行去噪，并利用結構相似度進行塊間距離計算，從而提高了bm3d方法對復雜構造區域地震資料中空變隨機噪聲的壓制效果。該方法對單一強度隨機噪聲、空變隨機噪聲的壓制效果均有提升，提高了復雜構造地震數據中空變隨機噪聲的處理精度，能夠為地震資料處理的后續環節提供高品質的數據。
技術特征：
1.一種適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，其特征在于：首先將目標區地震記錄分為若干大小相同的數據塊，再對數據塊分類，使得分類后每類別中數據塊噪聲水平差異盡可能小，不同類間噪聲水平差異盡可能大，即將每一類數據中的隨機噪聲視為近似平穩；然后分別對每類地震數據塊應用bm3d方法進行去噪，再將去噪后的各數據塊重組，完成柯東地區地震數據中空變隨機噪聲的壓制。2.根據權利要求1所述的適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，其特征在于：將待處理地震記錄均勻劃分為若干大小相同的數據塊。3.根據權利要求1所述的適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，其特征在于：利用弱幾何紋理方法估計每個地震數據塊的噪聲方差，利用模糊c均值方法根據噪聲強度將這些塊分為c類，使得分類后每類別中數據塊噪聲方差差異盡可能小，不同類間噪聲方差差異盡可能大，即每一類數據的噪聲強度近似相同。4.根據權利要求1所述的適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，其特征在于：分類后認為每類中噪聲方差的質心可以代表當前類中所有數據塊噪聲強度的值，將其作為bm3d方法的輸入，基于bm3d方法對每類地震數據進行噪聲壓制。5.根據權利要求1所述的適用于塔里木復雜構造地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，其特征在于：將各類中去噪后地震數據塊重組并進行平滑處理，完成柯東地區地震數據中空變隨機噪聲的壓制。
技術總結
本發明公開了一種適用于塔里木柯東地區地震資料空變隨機噪聲壓制方法，屬于地震數據處理領域。本發明提出采用塊分類結合BM3D方法實現塔里木復雜構造地震資料空變隨機噪聲壓制。首先將目標區地震記錄分為若干大小相同的數據塊，再對數據塊分類，使得分類后每類別中數據塊噪聲水平差異盡可能小，不同類間噪聲水平差異盡可能大，即將每一類數據中的隨機噪聲水平視為相同；然后分別對每類地震數據塊應用BM3D方法進行去噪，再將去噪后的各數據塊重組并進行平滑處理，完成柯東地區地震數據中空變隨機噪聲的壓制。該方法有效解決了BM3D方法在空變噪聲壓制中效果較差的問題，提高了復雜構造地震數據的去噪精度，為地震資料處理的后續環節提供高品質的數據。環節提供高品質的數據。環節提供高品質的數據。
