CN109975873B - 一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法及系统。方法包括：获取地震资料；根据所述地震资料构建地震速度模型；根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器；获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果。采用本发明的方法或系统能够解决去除低频噪音不干净和损失有效信号的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油地球物理勘探地震资料处理领域，特别是涉及一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法及系统。
背景技术
石油地质勘探的重要且必不可少的工具是各种地球物理方法，地球物理方法包括重力、电磁、电法和地震方法。地震勘探方法是覆盖广精度高的一种方法，因此地球物理勘探方法研究重点是地震勘探方法的研究。地震勘探方法指的是用人工震源(炸药震源、可控震源、空气枪等)激发地震波，地震波沿着地下介质传播，通过透射、反射等传播机制，携带地下地球介质的构造和岩性信息，被地表或者井中的传感信号接收器(专业上称之为检波器)接受并存储在存储介质中，然后在室内进行数据的数字化处理、成像，得到地下构造的地震像和辅助的岩石物理特性分析资料，进一步经过地震解释，给石油勘探地质学家提供可靠直观的地下介质构造和岩心资料。根据地震勘探方法的定义，其包含地震(资料)采集、地震(资料)处理和地震(资料)解释三大步骤。地震资料处理是中间环节，主要目的对前期采集资料进行信号和成像处理，为后期解释提供构造地震像以及岩性资料，其中成像方法包含众多，逆时偏移成像方法是目前精度最高的方法，但方法存在许多问题，仍然被广泛研究。
随着石油勘探难度的加深，勘探目标的精度要求越来越高，近年来快速发展的逆时偏移成像(RTM)方法能够满足这种精细勘探要求，对复杂地下构造进行成像。如果目标探区速度模型具有强对比构造，互相关成像条件的逆时偏移成像方法会引入非常强的低频噪音，成像结果的浅层往往会被这种低频噪音完全淹没。已有的压制该类型噪音的方法可以分为两类：成像过程处理方法和成像后处理方法。成像过程处理方法主要根据该低频噪音形成的原理，减少非正确成像，如Yong et al.(2004)通过压制非反射波来减少假象(低频噪音)和Liu et al.(2011)通过分离波场成像条件避免不正确波场相关造成的假象(低频噪音)来降低低频噪音，该类方法能够减少低频噪音，但也引入了大量的计算。成像后处理方法应用最广泛的是拉普拉斯滤波(Youn&Zhou,2001)，该处理方法也相当于高通滤波，因此直接的高通滤波器也经常被用来压制该类低频噪音，这一类方法容易实现，但去除低频噪音的同时大量丢失有效低频信息；Paniagua&Sierra-Sosa(2017)提出了一种新的滤波器(Laguerre Gaussian滤波器)在压制低频噪音的同时减少有效信号的损失，但从他们的公开发表结果来看，并没有保留原地震成像结果的振幅关系，也没有完全压制低频噪音。Zhou&Wang(2017)提出了一种新的逆时偏移成像条件，把拉普拉斯滤波器引入到成像条件并使用校正的振幅权值，自动压制低频噪音同时提高了保幅效果，但成像过程需要方向信息。上述两类方法都不能完全去除低频噪音，且两者都存在问题，如成像过程处理方法会引入大量的计算，成像后处理方法对保留有效低频信息有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法及系统，能够解决去除低频噪音不干净和损失有效信号的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法，包括：
获取地震资料；
根据所述地震资料构建地震速度模型；
根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；
根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器；
获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果。
可选的，所述根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量，具体包括：
提取所述地震速度模型的梯度张量G；
根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量T＝Gρ*G；
其中，T为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量。
可选的，所述根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器，具体包括：
获取所述结构张量的特征向量p和v；
根据所述特征向量p和v确定扩散张量
根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量T的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量T的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度。
可选的，所述根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，具体包括：
根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑S{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2为地震速度模型的权值，m为地震速度模型变量，m＝m(x,z)。
一种逆时偏移成像去除低频噪音的系统，包括：
第一获取模块，用于获取地震资料；
地震速度模型构建模块，用于根据所述地震资料构建地震速度模型；
结构张量确定模块，用于根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；
滤波器确定模块，用于根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器；
第二获取模块，用于获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
单炮成像结果确定结果，用于根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
低频噪音去除模块，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果。
可选的，所述结构张量确定模块，具体包括：
梯度张量提取单元，用于提取所述地震速度模型的梯度张量G；
结构张量确定单元，用于根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量T＝Gρ*G；
其中，T为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量。
可选的，所述滤波器确定模块，具体包括：
获取单元，用于获取所述结构张量的特征向量p和v；
扩散张量确定单元，用于根据所述特征向量p和v确定扩散张量
滤波器确定单元，用于根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量T的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量T的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度。
可选的，所述低频噪音去除模块，具体包括：
低频噪音去除单元，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑S{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2为地震速度模型的权值，m为地震速度模型变量，m＝m(x,z)。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种为本发明逆时偏移成像去除低频噪音的方法，解决了逆时偏移成像去除因强速度比造成的低频噪音问题，提高了传统的成像后处理拉普拉斯滤波方法去除低频噪音不干净和损失有效信号问题，本发明通过提取地震速度模型各向异性构造特性，即结构张量，通过结构张量构造基于各向异性构造特征向量的滤波器，形成一种新的去除低频噪音滤波器，从而达到沿构造方向去除低频噪音，并能较好地保留构造方向的有效信号。
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为本发明逆时偏移成像去除低频噪音的方法流程图；
图2为标准的Sigsbee 2A速度模型；
图3为没有经过去噪处理的互相关成像条件的逆时偏移成像方法得到的成像结果；
图4为直接用高通滤波器处理后的逆时偏移最终成像结果；
图5为用拉普拉斯滤波器处理后的逆时偏移最终成像结果；
图6为本发明处理后的逆时偏移最终成像结果；
图7为本发明逆时偏移成像去除低频噪音的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法及系统，能够解决去除低频噪音不干净和损失有效信号的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在实际应用中，成像后处理方法拉普拉斯滤波或者高通滤波器仍然是一个比较简单方便的方法，但其会损失有效低频信号，这一问题需要进一步解决，Paniagua&Sierr-Soa(2017)希望解决这一问题，但效果并不明显，且成像结果改变了原来的振幅信息。在图像处理和地震勘探数据处理解释领域，非均匀和各向异性扩散方程被应用到图像、地震像和地震模型的平滑处理过程，如Weicker(1998)给出了图像处理中各向异性(实际上是非均匀)扩散方程一个系统的描述，Fehmer&Hocker(2003)把该方法引入到地震构造解释，Hale(2009,2011)进一步研究了面向构造的滤波器用于地震像和速度模型的平滑等。我们认为在地震偏移成像过程中，背景速度模型已经提供了一个很好的背景构造信息，目前没有被应用到成像后处理拉普拉斯滤波去除低频噪音方法中，因此发明一种基于速度模型各向异性构造特性的逆时偏移成像去除低频噪音的方法，主要从速度模型中提取构造的各向异性信息，然后和传统的拉普拉斯滤波公式结合得到一种新的快速的去除低频噪音比较好的方法。
图1为本发明逆时偏移成像去除低频噪音的方法流程图。如图1所示，一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法包括：
步骤101：获取地震资料；
步骤102：根据所述地震资料构建地震速度模型；
步骤103：根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量，具体包括：
提取所述地震速度模型的梯度张量G；
根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量T＝Gρ*G；
其中，T为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量。
所述地震速度模型的梯度张量
其中，m＝m(x,z)，
x和z为空间坐标，m2为地震速度模型的权值，m为地震速度模型变量。
步骤104：根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器，具体包括：
获取所述结构张量的特征向量p和v；
根据所述特征向量p和v确定扩散张量
根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量T的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量T的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，即类似于拉普拉斯的算子，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度。
步骤105：获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
步骤106：根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
步骤107：根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果，具体包括：
根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑S{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2为地震速度模型的权值，m为地震速度模型变量，m＝m(x,z)。
本发明是基于速度模型各向异性构造特性的逆时偏移成像去除低频噪音的方法，解决了逆时偏移成像去除因强速度比造成的低频噪音问题，提高了传统的成像后处理拉普拉斯滤波方法去除低频噪音不干净和损失有效信号问题，本发明通过提取地震速度模型各向异性构造特性，即结构张量，通过结构张量构造基于各向异性构造特征向量的滤波器，形成一种新的去除低频噪音滤波器，从而达到沿构造方向去除低频噪音，并能较好地保留构造方向的有效信号。
为了演示本发明的效果，采用标准的Sigsbee 2A模型和合成数据，参数描述为：模型网格为1001×1201，横向x方向间隔为22.86m和纵向z方向的间隔为7.62m，合成地震记录数据时间方向样点为751个，4ms的采样间隔，一共201炮，炮点间隔为24m，检波点舒服为1001个，间隔为22.86m。图2为标准的Sigsbee 2A速度模型，图3为没有经过去噪处理的互相关成像条件的逆时偏移成像方法得到的成像结果，由于没有去噪处理，因此浅层几乎被低频噪音淹没。
图4为直接用高通滤波器处理后的逆时偏移最终成像结果，图4中丢失了许多有用的信息且浅层仍有噪音残留；图5为用拉普拉斯滤波器处理后的逆时偏移最终成像结果，虽然图5的方法仍保留有效信号，但是放大了高频噪音，残留噪音也很严重。图4和图5，盐丘下的成像由于照明不足成像不清晰。图6为本发明处理后的逆时偏移最终成像结果，明显图6的效果好于图4和图5，图6中浅层噪音去除干净没有丢失有效信，而且新的权值保证了盐丘下的成像效果有所提高。
图7为本发明逆时偏移成像去除低频噪音的系统结构图。如图7所示，一种逆时偏移成像去除低频噪音的系统包括：
第一获取模块201，用于获取地震资料；
地震速度模型构建模块202，用于根据所述地震资料构建地震速度模型；
结构张量确定模块203，用于根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；
滤波器确定模块204，用于根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器；
第二获取模块205，用于获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
单炮成像结果确定结果206，用于根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
低频噪音去除模块207，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果。
所述结构张量确定模块203，具体包括：
梯度张量提取单元，用于提取所述地震速度模型的梯度张量G；
结构张量确定单元，用于根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量T＝Gρ*G；
其中，T为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量。
所述滤波器确定模块204，具体包括：
获取单元，用于获取所述结构张量的特征向量p和v；
扩散张量确定单元，用于根据所述特征向量p和v确定扩散张量
滤波器确定单元，用于根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量T的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量T的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度。
所述低频噪音去除模块207，具体包括：
低频噪音去除单元，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑S{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2为地震速度模型的权值，m为地震速度模型变量，m＝m(x,z)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种逆时偏移成像去除低频噪音的方法，其特征在于，包括：
获取地震资料；
根据所述地震资料构建地震速度模型；
根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；
根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器，具体包括：
获取所述结构张量的特征向量p和v；
根据所述特征向量p和v确定扩散张量
根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量A的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量A的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度；
获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果。
2.根据权利要求1所述的逆时偏移成像去除低频噪音的方法，其特征在于，所述根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量，具体包括：
提取所述地震速度模型的梯度张量G；
根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量A＝Gρ*G；
其中，A为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量，ρ为高斯分布的标准差。
3.根据权利要求1所述的逆时偏移成像去除低频噪音的方法，其特征在于，所述根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，具体包括：
根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑N{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T′为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2(x,z)为地震速度模型的权值，m(x,z)为地震速度模型变量。
4.一种逆时偏移成像去除低频噪音的系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取地震资料；
地震速度模型构建模块，用于根据所述地震资料构建地震速度模型；
结构张量确定模块，用于根据所述地震速度模型，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量；
滤波器确定模块，用于根据所述各向异性结构张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器；
第二获取模块，用于获取逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场；
单炮成像结果确定结果，用于根据所述正向传播波场和反向传播波场，确定单炮成像结果；
低频噪音去除模块，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果；
所述滤波器确定模块，具体包括：
获取单元，用于获取所述结构张量的特征向量p和v；
扩散张量确定单元，用于根据所述特征向量p和v确定扩散张量
滤波器确定单元，用于根据所述扩散张量，构建基于各向异性构造特征向量的滤波器
其中，p为所述结构张量A的垂直构造方向的特征向量，v为所述结构张量A的沿着构造方向的特征向量，D为扩散张量，
为扩散张量D的垂直构造方向的特征值，
为扩散张量D的沿着构造方向的特征值，F(u)为作用于成像结果u的滤波器，即基于各向异性构造特征向量的滤波器，div(·)为散度，
为梯度。
5.根据权利要求4所述的逆时偏移成像去除低频噪音的系统，其特征在于，所述结构张量确定模块，具体包括：
梯度张量提取单元，用于提取所述地震速度模型的梯度张量G；
结构张量确定单元，用于根据所述梯度张量，确定所述地震速度模型的各向异性结构张量A＝Gρ*G；
其中，A为结构张量，Gρ为以ρ为标准差的高斯函数，G为地震速度模型的梯度张量，ρ为高斯分布的标准差。
6.根据权利要求4所述的逆时偏移成像去除低频噪音的系统，其特征在于，所述低频噪音去除模块，具体包括：
低频噪音去除单元，用于根据所述滤波器去除所述单炮成像结果的低频噪音，得到成像结果
其中，I(x,z)为最终成像结果，∑N{}为对所有单炮成像结果
求和，
为基于各向异性构造特征向量的滤波器中单炮的成像结果，F为基于各向异性构造特征向量的滤波器，S(t；x,z)和R(t；x,z)分别为逆时偏移的正向传播波场和反向传播波场，S为地震子波记录波场，R为地震子波反向传播波场，t为旅行时间，T′为最大的旅行时间，x和z为空间坐标，m2(x,z)为地震速度模型的权值，m(x,z)为地震速度模型变量。
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