CN104932010A - 一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，利用高效率的稀疏Radon变换对含有绕射波的叠前道集进行波场分离，得到分离出的反射波和绕射波；该稀疏Radon变换在获取高分辨模型解的同时，可以大大地提高计算效率；同时近道镶边技术可以有效地减少Radon变换的近道边缘效应，从而提高反射波和绕射波在Radon域中的可分离程度，有效地对反射波和绕射波进行波场分离。

Description

一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法

技术领域

本发明涉及地震勘探中地震信号处理技术领域，具体地说是一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法。

背景技术

在地震勘探中，由于地下构造的复杂性，以及采集条件和采集环境的限制，实际采集到的地震数据除了有效反射波之外，还会存在许多其他类型的地震波，如地滚波、多次波、绕射波等。一方面，由于常规的地震数据处理是基于反射波的，因此这些地震波的存在将会对有效反射波的识别以及后续处理产生极大的影响；另一方面，这些地震波又蕴含着地下构造的其他信息，所以又可以作为有效反射波的补充，比如地震记录中的绕射波往往反映的是小尺度地质体的信息，因此此时其又可以被当作有效信号进行单独的处理。

涠西南二号涠洲组由许多复杂的断块圈闭组成，这些圈闭的精细落实需要高品质的地震资料。这就需要我们对断层进行准确归位，有效改善地层和断面的成像质量，落实准断面和目的层的位置。因此需要将断块产生的绕射波同反射波场进行分离，并对其单独进行速度分析和成像，以提高速度分析的精度，从而对断面进行准确成像和归位。针对不同类型的地震波，根据其产生原理和自身特点的不同，目前已存在许多不同的波场分离方法。依据反射波和绕射波在共炮点道集、共偏移距道集、共绕射点道集、合成平面波道集等不同的叠前道集上表现出的时差、波形等的差异，利用相关方法、相位校正、倾角滤波、反射聚焦、Radon变换、平面波解构滤波等波场分离方法，分离提取绕射波能量并进行成像，从而提高绕射目标体的成像精度(Bansal R.,Imhof M.G.,Diffraction enhancement in prestack seismic data,Geophysics,2005,70(3):V73-V79)。其中Radon变换方法由于其原理简单，且对噪声具有较强的压制性，因此已经被成功地用于地震波场分离问题中。分辨率和效率是限制Radon变换应用的两个主要因素，其将极大地影响基于Radon变换进行绕射波分离的效果。同时，在Radon变换中，近道的边缘效应将极大地降低Radon变换的分辨率，使得反射波和绕射波在Radon域中产生混叠区域，从而降低近道绕射波分离的效果(Trad,D.,T.Ulrych,and M.Sacchi,2003,Latest views of the sparse Radon transform:Geophysics,68,386–399)。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提出了一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，稀疏Radon变换在获取高分辨模型解的同时，可以大大地提高计算效率；同时近道镶边技术可以有效地减少Radon变换的近道边缘效应，从而提高反射波和绕射波在Radon域中的 可分离程度，有效地对反射波和绕射波进行波场分离。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，利用高效率的稀疏Radon变换对含有绕射波的叠前道集进行波场分离，得到分离出的反射波和绕射波，该方法依次包含以下步骤：

步骤S1、向计算机输入以下设定量：Radon变换参数，包括阈值系数α，迭代步长t，最大迭代次数K，曲率参数；滤波曲率范围，近道镶边道数；

步骤S2、输入某一待处理地震道集d；

步骤S3、对步骤S2输入的地震道集d进行初步动校正得到

步骤S4、对步骤S3动校正后的数据进行近道镶边得到

步骤S5、对步骤S4的进行迭代收缩稀疏Radon变换，变换到Radon域得到m；

步骤S6、在Radon域设计滤波器，将m仅保留零剩余时差附近的同相轴，得到

步骤S7、将经滤波后的Radon域数据进行Radon逆变换，变换到时空域得到

步骤S8、从原始数据中减去步骤S7滤波后的数据得到绕射波数据

步骤S9、对数据剔除近道镶边道，然后进行逆NMO校正；

步骤S10、判断地震数据体中所有道集是否全部处理完毕，如果否，返回步骤S2，如果是，则结束。

作为本方案的优选实施例，所述的步骤S5采用的迭代收缩稀疏Radon变换在第k+1步迭代中，更新得到的模型解表示为：

m_k+1＝T_α{m_k+2tF^-1[(L^TL)^-1L^T[F[d]-LF[m_k]]]}  (1) 

式中，t是一个迭代步长系数，T_α:Rⁿ→Rⁿ是收缩算子，定义如下：

$T_{\mathrm{\α}}{\{m,k\}}_{\mathrm{ij}}={\left(\right|m_{\mathrm{ij}}|-\mathrm{\α}\frac{K-k}{K}{\tilde{m}}_{\mathrm{ij}})}_{+}\mathrm{sgn}\left(m_{\mathrm{ij}}\right)---\left(2\right)$

其中，α是一个比例因子，且0＜α＜1；k为当前迭代次数，K为预设的最大迭代次数；m＝{m_ij}， 是对|m|进行2D均值滤波的结果，并且：

${\left(x\right)}_{+}=\left\{\begin{array}{cc}x& x\&GreaterEqual;0\\ 0& x<0\end{array}\right.---\left(3\right).$

有益效果

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

稀疏Radon变换在获取高分辨模型解的同时，可以大大地提高计算效率；同时近道镶边技术可以有效地减少Radon变换的近道边缘效应，从而提高反射波和绕射波在Radon域中的可分离程度，有效地对反射波和绕射波进行波场分离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供了一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，稀疏Radon变换在获取高分辨模型解的同时，可以大大地提高计算效率；同时近道镶边技术可以有效地减少Radon变换的近道边缘效应，从而提高反射波和绕射波在Radon域中的可分离程度，有效地对反射波和绕射波进行波场分离。

如图1所示，一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，利用高效率的稀疏Radon变换对含有绕射波的叠前道集进行波场分离，得到分离出的反射波和绕射波，该方法依次包含以下步骤：

步骤S1、向计算机输入以下设定量：Radon变换参数，包括阈值系数α，迭代步长t，最大迭代次数K，曲率参数；滤波曲率范围，近道镶边道数；

步骤S2、输入某一待处理地震道集d；

步骤S3、对步骤S2输入的地震道集d进行初步动校正得到

步骤S4、对步骤S3动校正后的数据进行近道镶边得到

步骤S5、对步骤S4的进行迭代收缩稀疏Radon变换，变换到Radon域得到m；

步骤S6、在Radon域设计滤波器，将m仅保留零剩余时差附近的同相轴，得到

步骤S7、将经滤波后的Radon域数据进行Radon逆变换，变换到时空域得到

步骤S8、从原始数据中减去步骤S7滤波后的数据得到绕射波数据

步骤S9、对数据剔除近道镶边道，然后进行逆NMO校正；

步骤S10、判断地震数据体中所有道集是否全部处理完毕，如果否，返回步骤S2，如果是，则结束。

其中，在本实施例中，所述的步骤S5采用的迭代收缩稀疏Radon变换在第k+1步迭代中，更新得到的模型解表示为：

m_k+1＝T_α{m_k+2tF^-1[(L^TL)^-1L^T[F[d]-LF[m_k]]]}  (1) 

式中，t是一个迭代步长系数，Tα:Rⁿ→Rⁿ是收缩算子，定义如下：

$T_{\mathrm{\&alpha;}}{\{m,k\}}_{\mathrm{ij}}={\left(\right|m_{\mathrm{ij}}|-\mathrm{\&alpha;}\frac{K-k}{K}{\tilde{m}}_{\mathrm{ij}})}_{+}\mathrm{sgn}\left(m_{\mathrm{ij}}\right)---\left(2\right)$

其中，α是一个比例因子，且0＜α＜1；k为当前迭代次数，K为预设的最大迭代次数；m＝{m_ij}， m是对进行2D均值滤波的结果，并且：

${\left(x\right)}_{+}=\left\{\begin{array}{cc}x& x\&GreaterEqual;0\\ 0& x<0\end{array}\right.---\left(3\right)$

在上述提出的算法中，选取模型m的最小二乘解作为迭代的初始值。对于一个采用相同采集参数进行采集的地震数据体，本方法只需要对变换算子进行一次广义逆(L^TL)^-1L^T的求取，并将变换算子L及其广义逆(L^TL)^-1L^T保存到计算机内存中，然后利用公式(1)-(3)给出的迭代收缩算法处理所有的地震道集。从迭代公式(1)-(3)中可以看出，该算法只包含简单的矩阵和向量的乘积运算、阈值运算。而传统的稀疏Radon变换方法在处理每个地震道集时，其每一步迭代都需要进行一次矩阵求逆的运算，计算量很大(Lu,W.K.,An accelerated sparse time-invariant Radon transform in mixed frequency-time domain based on iterative 2D model shrinkage:Geophysics,2013，78,no.4,V147–V155)。

利用上述提出的高分辨率Radon变换可以有效地进行地震波场的分离。由于一次反射波与绕射波等通常存在剩余时差的差异，因此通过将其变换到Radon域，在Radon域设计合适 的滤波器，可以有效地对一次反射波与绕射波进行分离。通常情况下，需要首先对某一叠前道集进行初步的NMO校正，这时反射波同相轴通常被校平，具有接近于零的剩余时差；而绕射波场则往往具有非零的剩余时差，然后我们可以基于上述提出的高分辨率Radon变换在Radon域对其进行波场分离。

在该方法中，决定绕射波分离效果好坏的因素是反射波场和绕射波场在Radon域中的区分度。上述带有稀疏约束的高分辨率Radon变换虽然在一定程度上提高了二者波场在Radon域中的可分离程度，但是其仍然不可避免地会受到近道边缘效应的影响，导致近道区域二者波场会有明显的重叠现象，从而影响绕射波分离的结果。针对此问题，在该发明中，我们采用了近道镶边的技术。我们通过对处理之前的叠前道集(通常是经NMO校正之后)的近道部分进行简单的近道复制扩展，来将Radon变换的边缘效应转移到拓展道上。这样通过对经过近道镶边后的叠前道集进行正逆Radon变换以及滤波处理，最后将扩展道剔除，获得最后的绕射波分离结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例演示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许改动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，其特征在于，利用高效率的稀疏Radon变换对含有绕射波的叠前道集进行波场分离，得到分离出的反射波和绕射波，该方法依次包含以下步骤：

步骤S1、向计算机输入以下设定量：Radon变换参数，包括阈值系数α，迭代步长t，最大迭代次数K，曲率参数；滤波曲率范围，近道镶边道数；

步骤S2、输入某一待处理地震道集d；

步骤S3、对步骤S2输入的地震道集d进行初步动校正得到

步骤S4、对步骤S3动校正后的数据进行近道镶边得到

步骤S5、对步骤S4的进行迭代收缩稀疏Radon变换，变换到Radon域得到m；

步骤S6、在Radon域设计滤波器，将m仅保留零剩余时差附近的同相轴，得到

步骤S7、将经滤波后的Radon域数据进行Radon逆变换，变换到时空域得到

步骤S8、从原始数据中减去步骤S7滤波后的数据得到绕射波数据

步骤S9、对数据剔除近道镶边道，然后进行逆NMO校正；

步骤S10、判断地震数据体中所有道集是否全部处理完毕，如果否，返回步骤S2，如果是，则结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于近道镶边稀疏Radon变换的绕射波分离方法，其特征在于，所述的步骤S5采用的迭代收缩稀疏Radon变换在第k+1步迭代中，更新得到的模型解表示为：

m_k+1＝T_α{m_k+2tF^-1[(L^TL)^-1L^T[F[d]-LF[m_k]]]}    (1) 

式中，t是一个迭代步长系数，T_α:Rⁿ→Rⁿ是收缩算子，定义如下：

其中，α是一个比例因子，且0＜α＜1；k为当前迭代次数，K为预设的最大迭代次数；m＝{m_ij}， 是对|m|进行2D均值滤波的结果，并且：