[发明专利]一种地震资料低频信号保护压制噪声方法

权利要求书

1.一种地震资料低频信号保护压制噪声方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)数据重排：根据信号的特点，重新选排道集；

2)分频带：根据噪声所在的频带范围，通过MP谱分解成高、中、低频频带；

步骤2)具体为：

Morlet小波定义为：

式中ω_m为平均角频率，σ为尺度，φ为相移，u为时间延迟，对于Morlet小波，利用四个参数进行刻画，γ＝{u,σ,ω,φ}；

匹配追踪算法迭代地完成，每步迭代相应地提取最优子波在进行N步迭代后，地震道f(t)展开为如下形式：

其中，a_n是第n个子波的振幅，R^(N)f是残差，R⁽⁰⁾f＝f，在第n步分解迭代中，采用三个步骤实现：(1)有效地近似估计γ_n＝{u_n,σ_n,ω_n,φ_n}四个参数；(2)更新四个参数得到最优子波(3)估计振幅a_n，对于所有迭代三个步骤重复进行，具体说来:

第一步：利用复地震道属性估计{u_n,ω_n,φ_n}三个参数，设置复数道最大包络的时间为时间延迟u_n，瞬时频率为中心频率ω_n，瞬时相位为φ_n，再搜索第四个参数σ_n，利用下面方程：

其中，D＝{g_γ(t)}_γ∈Γ是构成子波的冗余字典，f,h为内积，为归一化子波利用方程对固定u_n,ω_n,φ_n的均匀分布的σ值来搜寻最优参数σ_n；其中，D是地震记录，W为地震子波，R为地层反射系数；

第二步，利用方程在子字典中搜索这四个参数，搜索范围ξ为[ξ-Δξ,ξ+Δξ]；

第三步，估计最优子波的振幅，利用如下方程：

对于谱分解的当前迭代，其中正交于R⁽ⁿ⁺¹⁾f，有

对于方程的正交投影，我们选择使得最大，因此残差||R⁽ⁿ⁺¹⁾f||²最小，因此方程(4)满足最小残差条件：

在N步迭代后，最终的最小化残差R^(N)f(t)认为是数据噪声；

将信号f(t)分解为一系列的子波(n＝0,1,2,...,N-1)后，在时频面信号f(t)的时频空间的振幅谱：

通过对信号进行匹配追踪谱分解，可以得到信号不同频率的频率切片；

3)在低频带内进行信噪分离，具体如下：

①对于给定的地震道，给定其空间窗内的道数，估计该地震道在该空间窗的能量，估计方式可以采用中值、均值或者中值和均值的算法组合；

②计算原始地震道与对应时间窗的能量比例系数；

③对高出这个比例系数的值提取，作为噪声模型道；

步骤3)中在低频带内进行信噪分离的具体计算方法如下：

记地震信号为xr(t)，利用希尔伯特变换，地震信号可以由瞬时相位和瞬时包络重构：

x_r(t)＝cosθ(t)·a(t) (8)

其中x_h(t)为信号的希尔伯特变换；因此，利用瞬时包络来统计全局平均能量Eglobal和给定时窗内的局部平均能量Elocal：

根据局部平均和全局平均能量，可以计算噪声检测系数：计算时窗沿着时间方向和空间方向滑动，既可计算出噪声检测函数k(i,j)，对函数k(i,j)进行空间平滑滤波，滤波器采用多点中值或平均函数f_n，得到检测标准函数g(k)：

g(k)＝f_n(k) (11)

对于信号，某一道的某一时刻，噪声检测函数k与检测标准函数g的比值在1附近变化，而记录中某些道上存在较强能量的噪声时，这个比值会显著变大，这样通过定义不同的门槛值C，可以设计不同能量的噪声压制函数：

α＝k(i,j)/g(i,j)

4)匹配相减，数据合成，输出去噪后的地震记录；

步骤4)具体为：

将噪声压制函数作用于二维信号x(i,j),即得到去噪后记录：

x'(i,j)＝x(i,j)/s(i,j) (13)

对低频带内的记录进行噪声检测及衰减，然后再重构信号；对于分频处理，常用多个频带同时处理，然后再统一重构的方式：

这种方式会造成每个频带间因为截断而产生吉布斯效应，即使用窗函数也会造成重构信号的失真；为了避免分频重构时的滤波效应，采取多次迭代的方式，首先通过带通滤波得到要处理的某一频带的记录xf(i,j),相对于这一频带，可以得到不处理部分的记录xsave(i,j)：

x_save(i,j)＝x(i,j)-x_f(i,j) (15)

对低频带的记录进行噪声压制，然后和不需要处理的部分重构，得到新的记录：

通过上式，便得到了噪声部分，然后和原始数据相减，便得到低频带内最终去噪后的结果。