[发明专利]一种地层结构自适应中值滤波方法

说明书

技术领域

本发明属于地震勘探技术领域，涉及一种地震随机噪声衰减方法，尤其是一种利用地层结构自适应中值滤波器衰减地震随机噪声。

背景技术

在石油天然气勘探开发中，断层、通道和裂缝等结构特征以及河道砂体等沉积特征是发现和描述油藏的基础，分辨和分析地震资料中这些结构特征具有重要的意义。然而，由于这些区域地质形态的复杂性，使得地震数据中这些区域易受噪声的干扰，无论采用人工解释还是相干和边缘检测等自动检测算法来描述和刻画这些区域都变得较为困难。传统的地震资料去噪方法，如F-K域倾向滤波、f-x域预测滤波和多道相干滤波等，多是利用地震反射同相轴的横向一致性，易造成对倾斜同相轴振幅的压制，也会模糊小的断层和裂缝等不连续结构，甚至会引起大的断层两侧同相轴的错误连接。如何能够较好地平衡地震噪声衰减和有效信号保护的关系受到了广泛的关注^[1-6]，而能够保护和增强断裂等边缘结构的叠后噪声衰减技术尤其受到地震解释工作者的重视^[7-9]。

Luo等^[10]基于次序统计的思想给出一种地震数据保边滤波（EPS，Edge-Preserving Smoothing）算法，该方法采用Kuwahara多窗分析技术，计算当前分析点周围各个子窗内数据的均值和方差，将最小方差对应的子窗的均值作为当前点的滤波输出。AlBinHassan等^[11]发展了这种保边滤波思想，给出了三维情况下的子窗剖分方法，将EPS算法用于三维地震数据的保边滤波处理。Lu等^[12]基于多项式拟合的思想推广了一维的EPS算法，该方法通过计算包含当前分析点的一系列平移子窗内信号对给定阶次的多项式拟合误差，选择出最小拟合误差对应的子窗的信号估计值作为当前点的滤波输出。杨培杰等^[13]也基于这种多窗分析思想给出一种方向性边界保持断层增强技术，使得相干体中的断层图像得到更加清晰显示。Liu等^[14,15]应用图像处理中的二维多级中值滤波器消除地震随机噪声，并分析了滤波器尺度参数选择对噪声衰减和信号细节保护的影响。

Fehmers等^[16]引入微分方程滤波法用于地震资料的保边滤波处理，该方法采用梯度结构张量估计地层方向，度量地层的连续性，以此约束扩散滤波方程的滤波方向和滤波程度。Lavialle等^[17]结合线型和面型扩散滤波模型给出专门针对保护和增强断层构造的断层保持扩散滤波器。孙夕平等^[18]和王旭松等^[19]通过在扩散方程中引入二阶导数项、张尔华等^[20]通过修正扩散方程中的保边约束项进一步改善非线性各向异性扩散滤波器的边缘保护性能。然而，基于各向异性扩散方程的滤波方法以原始地震数据作为初始条件，通过扩散时间的迭代推移形成滤波作用，由于不好估计出获得最佳滤波效果的扩散时间，导致不能准确预测其滤波性态^[21]。

经典的二维中值滤波法具有优异的噪声衰减性能，尤其适用于消除非平稳信号中的峰值噪声^[22]。然而，由于在滤波过程中其滤波窗口保持恒定，且滤波操作没有方向特性，使得采用中值滤波法处理具有层状结构的地震信号时，必然会引起有用信号的损伤和不连续结构特征的模糊。人们一直努力寻求兼具细节保护和噪声抑制特性的滤波器，其中，多级中值滤波器是从图像处理领域提出的一种最具代表性的细节保护中值滤波器之一，通过一组能较好地匹配图像细节的基本结构——滤波子窗来有效地区分信号结构和噪声。

设u(x,t)为离散二维信号，对于一个中心位置位于(x,t)的(2N+1)×(2N+1)的方形滤波窗口，可以定义一种基本子窗口为