[发明专利]一种增强地震勘探信号的高性能时频域滤波方法

说明书

一种增强地震勘探信号的高性能时频域滤波方法，先对含噪的地震信号做同步挤压小波变换得到高分辨率的时频平面，再在所得的时频平面上采用Catte模型进行各向异性扩散滤波，然后对滤波后的时频分布做同步挤压小波重构，最后得到有效信号的时域估计即为最终的滤波结果，并对滤波结果进行分析；本发明充分利用了同步挤压时频分布高分辨、高聚集特性和Catte模型各向异性扩散滤波能够兼顾有效信号特征保持与随机噪声消减的特性，提出了一种增强地震勘探信号的高性能时频域滤波方法；经验证，该方法在地震勘探信号的增强以及随机噪声的压制方面具有非常优越的性能。

技术领域

本发明涉及滤波技术，特别涉及一种在高分辨率时频域进行各向异性扩散滤波以增强地震勘探信号的高性能时频域滤波方法。

背景技术

为了得到同相轴信息更加清晰的地震记录，必须要对采集到的地震勘探资料进行处理。对于从易勘探开发地区获取的地震资料，其中噪声干扰较少且情况不太复杂，应用一般的滤波方法即可达到一定的处理要求，但是如要获得同相轴信息非常清晰的处理结果，仍需寻找更先进的滤波方法。随着勘探开发在深度和难度上的增加，采集到的地震勘探资料中噪声情况较为复杂且程度较为严重。其中，随机噪声是影响地震资料质量的重要干扰类型之一，它能够使有效同相轴信息模糊、截断甚至湮没其中。如果能够很好地压制这些噪声干扰，将会使有效同相轴得到大幅度的增强，从而大大提升地震勘探资料的质量。

截至今日，国内外尚没有在高分辨率时频变换域——同步挤压变换域应用各向异性扩散滤波增强地震勘探信号的方法。现有研究成果报道中，有多种时频域滤波方法(如小波滤波、S变换滤波、时频峰值滤波(time-frequency peak filtering,TFPF)等)对地震资料的处理研究，以及一些图像处理方法(如高斯滤波、各向异性扩散滤波、基于曲波、轮廓波变换的滤波等)对地震图像的处理研究。这些研究虽已取得了显著的效果，但仍存在提升的空间。传统的时频滤波方法消减地震勘探随机噪声时，会受到各时频分布自身的限制(如时窗选取问题)而使滤波效果达到一定程度就很难再提高了。使用图像处理方法时，如果将地震数据转换成一定格式的图片进行处理，则在抽取单道信号进行波形及频谱的对比分析时，将涉及到不同格式数据间的转换问题，很多时候难以解决；更多方法需要通过对地震数据补零以构成行、列中元素个数都为2的整数次幂的矩阵进行处理，处理完后再从滤波结果中截取出对应于原数据的矩阵，这就造成整个处理过程不够快捷方便。

目前，在众多的时频滤波方法中，时频峰值滤波(TFPF)具有非常好的滤波性能。该方法在高斯白噪声条件下(信噪比可低至-9dB)，能够对随时间呈线性变化的信号进行无偏估计。其实现过程是先对含噪信号进行调频，得到原信号的解析信号，然后利用维格纳——威尔分布(Wigner-Ville distribution，PWVD)或其加窗形式，叫做伪维格纳——威尔分布(pseudo Wigner-Ville distribution，PWVD)对该解析信号做时频变换，再在时频平面上进行峰值搜索，所得峰值的集合即为有效信号的估值。该方法在地震勘探信号处理中的应用已非常成熟，并且已取得了显著的效果。由于地震勘探信号具有非线性、非平稳性，在TFPF方法中宜采用PWVD，这就使得方法本身存在一定的局限性：窗长的选择需权衡有效信号的保持与随机噪声的消减。因此，该方法的滤波效果也受到了一定的限制。而已有的基于同步挤压时频变换的滤波方法主要是在时频平面上进行区域截取(如带通滤波)或划分(如阈值划分)，然后对保留部分的时频分布进行同步挤压重构得到有效信号的估值。此种方法可以有效地去除与保留部分不同频的干扰，但是对保留部分本身的增强效果比较有限，因此滤波效果仍存在提升的空间。