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基于Trace变换理论的地震勘探资料面波及随机噪声消减算法研究

吴宁  
【摘要】:地震勘探是油气、矿藏资源开发的重要手段。消减地震勘探资料中含有的噪声,提高信噪比对研究地下构造及勘探油气、矿藏资源具有重要的意义。地震勘探噪声按地震剖面上的特征主要分为规则噪声和不规则噪声。规则噪声也可以称为相干噪声,主要包括面波、声波、多次波等。不规则噪声通常称为随机噪声。本文以消除地震记录中面波及随机噪声为目的,对图像处理领域的Trace变换理论进行了系统、详细的研究,将其引入到地震勘探信号处理领域,分别提出了基于Trace变换的聚重Trace变换滤波算法及径向Trace时频峰值滤波算法来消除两类干扰。 本文以Trace变换理论为指导,从合成的共炮点记录出发,结合面波的时空传播特性、能量分布等规律详细探讨构建聚重Trace变换函数的理由及过程,研究聚重Trace函数对面波及反射信号能量的区分性、聚重权系数的取值规律以及聚重Trace变换域各种信号的能量分布等。对地震记录进行聚重Trace变换后,面波的能量被显著的放大,而反射波的能量始终处于较低的水平。两者在变换域的显著差异存在一定的规律,即反射波能量低于面波能量约2个数量级。利用这个发现提出相对滤波阈值概念使二者能量彻底的分离,达到消减地震勘探记录面波的目的。本文结合人工合成地震记录对聚重Trace变换滤波的迹线采样间隔以及相对滤波阈值等参数进行了讨论,通过对运算量及地震记录重构质量等的衡量给出了广泛适用的参数值。人工合成记录及野外实际地震记录的面波消减实验表明,本文提出的方法与τ? p、F-K及小波变换滤波等算法相比,获得了较好的效果。聚重Trace变换滤波不但能够更彻底的消减地震面波,而且更能够将反射波的能量恢复到接近理想值的水平,使反射同相轴能量、连续性均得到增强。此外,聚重Trace变换对某些直流噪声也有很好的消减效果。 以Trace变换理论为基础,本文利用三重特征量从图像的纹理识别角度来研究地震勘探记录的纹理特征。二维地震勘探记录经第一重的Trace变换后构成一个以距离ρ和角度Φ为参数的二维函数。对该函数的两个参数仍可进一步求取两重函数变换进而得到地震记录的三重特征量。三重特征量可以反映地震记录的纹理特性,当三重变换函数满足加法不变性或加法敏感性时,所求得的三重特征量就具有不变性。文中详细探讨了三重变换函数的多种组合以及不同组合时求取不变的三重特征量所应满足的条件。本中还指出,不同组合可以反映地震勘探记录不同侧面的纹理特性,对于给定的三重变换函数组合,相似的地震记录具有相近的的三重特征量。文中结合具体图像对理论推导进行了验证,并利用三重特征量的性质检验地震勘探记录理论结果与实际滤波结果之间的相似性。多组三重特征量实验表明,聚重Trace变换结果在纹理特性上更接近于理想的结果记录,而且地震勘探记录的纹理特性同单道地震子波的峰谷值、主频及信噪比等一样可以描述地震记录的统计特性。 为消除地震勘探记录的随机噪声,本文提出了径向Trace时频峰值滤波(TFPF)算法。该算法针对传统TFPF处理地震勘探随机噪声的适用条件、误差产生原因以及滤波局限性而提出,在充分考虑地震勘探记录道与道之间子波相关性的基础上,通过径向Trace变换将反射同相轴旋转,拉长视时间的同时提高变换域子波的线性度。在径向Trace变换域进行TFPF处理,从根本上减小TFPF算法引入的误差,不但能够减少固定窗长TFPF算法带来的子波幅值衰减、宽度变化等问题,而且能够消除时变窗长TFPF带来的子波幅值畸变问题。径向Trace TFPF算法可以进一步恢复反射子波的能量,信噪比也因而进一步得到提高。人工合成记录的随机噪声消减效果表明,相同窗长情况下,径向Trace TFPF算法比传统TFPF算法提高的信噪比更多,对反射子波幅值以及频带的恢复更接近理论参考值。不同窗长的径向Trace TFPF处理结果的信噪比表明,窗长已不再是影响处理效果的关键因素。野外实际地震勘探记录的径向Trace TFPF处理结果表明,记录的信噪比及分辨率都有明显的提升,原来模糊的、不连续的反射同相轴能够从随机噪声背景中显露出来,能量、连续性均恢复到比较满意的水平。此外,这种径向Trace TFPF算法的可行性尝试也为基于其它迹线组合形式的时空域TFPF消减地震勘探资料随机噪声算法奠定了基础。


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