本发明专利技术提出一种基于交替方向法和全变分理论的地震数据处理方法，该方法建立基于全变分的地震数据模型，利用经典的二次罚函数方法将此模型转换为满足能够迭代与交替最小化的求解问题，通过交替方向法来迭代获得恢复后的地震数据。该技术可以同时对地震数据进行去噪和去模糊(反褶积)处理，能够有效地提高地震数据的信噪比和分辨率，即便是在信号被严重噪声污染的情况下，也能够得到较好的处理效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球物理勘探领域，涉及一种地震数据处理的方法，具体涉及一种基 于交替方向法和全变分理论的地震数据处理方法，其适用于对地球物理勘探数据提高信噪 比和分辨率的处理。
技术介绍
随着精细的油气地震勘探技术对地震数据信噪比和分辨率要求越来越高，在处理 地震数据的同时保持高信噪比和高分辨率已成为本行业的一项重大课题，它直接影响到能 源勘探的技术进步。目前，传统提高地震数据信噪比和分辨率技术已经难以适应当前高精 度勘探的需求，并且二者一直相互制约。因此，寻找并开发出适应于当前复杂地质条件下的 高信噪比和高分辨率处理技术，并使之有助于提高油气勘探的精度具有更现实的意义。然 而，由于地震数据处理方面长期没有取得明显的进展，寻找并开发出适应于当前复杂地质 条件下的高信噪比和高分辨率处理技术还仍然是本领域一项等待填补空白的前沿技术。此 类方法的研究与技术开发不但是本学科重大课题，在应用领域也具有影响能源勘探技术进 步的重大意义。 目前，国内外研究学者和机构提出了多种不同的去噪和反褶积方法，以提高地震 资料的信噪比和分辨率，如维纳(Wiener)滤波，中值滤波，f-k滤波、f-x反褶积、K-L变换、奇 异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)、基于现代信号分析的小波(Wavelet)变 换、曲波（Curvelet)变换、非二次幂Curvelet变换、离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT)、基于独立成分分析的信号分离、基于非局部均值的去噪算法以及常规的 L1范数稀疏脉冲反裙积、参数化稀疏脉冲反裙积方法等〇 在提高信噪比方面：D基于傅立叶变换的去噪技术:一些学者研究了关于f-x预测 技术，能够有效地压制随机噪声，衰减面波和线性干扰，保护和加强有效波高频成分，为后 续高分辨率处理打下良好基础。一些学者提出了三维f-k滤波技术，对分离出面波和线性干 扰有较好的效果，但该类技术存在丢失有效信号的缺陷。2)基于小波分解与重建的去噪技 术:一些学者利用小波变换具有分频和局部分析能力的特点，对地震资料中的噪声进行压 制，很好地提高了地震资料的信噪比。一些学者利用二维小波变换易于分离噪声和有效信 号的特点，对地震资料中面波进行了消除，取得了满意的效果。3)基于曲波Curvelet变换的 去噪技术:一些学者利用Curvelet变换具有良好的方向特性，将地震数据变换到曲波域，并 运用窗口萎缩算法，较好地压制了随机噪声，提高了地震资料的质量。一些学者提出了非二 次幂Curvelet变换技术，对地震资料中面波进行了处理测试，获得了较好的测试效果。4)基 于奇异值分解SVD的去噪技术:一些学者研究了奇异值分解SVD算法在地震资料处理中的应 用。针对感兴趣的地震信号成分进行SVD波场分离与去噪，有效地提高了地震资料的信噪 比。一些学者研究了局部频率域SVD噪声压制方法，能够较好地对倾斜或弯曲同向轴进行处 理，获得了满意的去噪效果。 在提高分辨率方面：1) 一些学者研究了关于L1和L2范数的稀疏脉冲反褶积技术， 使用该技术可以使分辨率得到较好地改善。然而，该类方法在提高分辨率的同时往往会降 低信噪比。2)基于曲波Curvelet变换的稀疏反褶积技术：一些学者提出了基于曲波 Curvelet变换的稀疏反褶积技术。曲波变换对多维信号的稀疏表示，能获得最优的非线性 逼近。在提高地震分辨率的同时，保持了同相轴的连续性。3)基于维纳滤波理论的反褶积技 术:该技术是是各商业处理系统中经常使用的处理模块，其根据期望输出的不同，会得到不 同类型的反褶积，如最小平方反褶积、预测反褶积、脉冲反褶积、子波整形反褶积。该类反褶 积的应用需要以下几点假设:①地震子波一致;②反射系数呈高斯白噪;③地震子波为最小 相位;④无噪声;在满足以上假设的条件下，该类反褶积均会得到满意的效果。然而，由于地 下介质中传播的地震子波通常是混合相位，地层反射系数也不呈高斯白噪分布，因此，会限 制该类技术的应用。此外，该类技术往往在提高分辨率的同时，会降低信噪比，即信噪比和 分辨率存在相互制约的影响。4)地震盲反褶积技术:近些年，为了解决传统反褶积技术其 假设条件与实际情况不符的问题，一些学者研究了地震盲反褶积问题。该类技术不需要对 地震子波和反射系数进行先验假设，仅从观测数据中分离子波，提取反射系数。一些学者研 究了基于互信息率的盲反褶积方法，适应于非最小相位子波，能够有效拓展地震记录的频 带，提高地震资料的分辨率。一些学者提出了基于粒子群算法的盲反褶积，适应于最小相位 子波及混合相位子波的反褶积，能够更好地从地震数据中估计反射系数，有效拓宽地震资 料的频谱，得到高分辨率的地震资料。因此，研究地震盲反褶积技术将具有重要的现实意义 和发展前景。 通过对以上现有技术研究与分析，发现目前该领域主要存在一个共性或关键技术 瓶颈问题:常规提高地震资料信噪比和分辨率技术存在二者相互制约的问题，即在提高分 辨率的同时，往往会降低信噪比。两者相互制约影响的弊端已成为地震资料处理领域长期 困扰的技术难题。 因此，为了更好地提高地震数据的品质质量，急需一种能够解决上述问题的地震 数据处理技术。
技术实现思路
为了解决上述问题，我们提出一种基于交替方向法和全变分理论的地震数据处理 方法，其在提高地震数据的信噪比的同时，可以保持高的数据分辨率。 依据本专利技术的技术方案，提供一种基于交替方向法和全变分理论的地震数据处理 方法，其基于建立基于全变分的地震数据模型，利用经典的二次罚函数方法将此模型转换 为满足能够迭代与交替最小化的求解问题，通过交替方向法来迭代获得恢复后的地震数 据。 其主要包括以下步骤:首先在野外勘探目标区中在地表以人工方法激发地震波， 利用地震采集设备，获得地震数据;将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足数据处理 的格式需求；然后采用下述步骤进行数据处理：步骤1:建立基于全变分的地震数据模型;将全变分理论融入到带有噪声的原始地 震反褶积模型中，建立成基于全变分的地震数据模型，能免于受噪声的影响，其目标是:在 给定合适的褶积算子情况下，可从含有噪声的观测地震数据中恢复原始地震数据；步骤2:对建立的地震数据恢复模型（目标函数)进行重写和转化，即利用二次罚函 数方法将"有约束优化"转化为"无约束优化"问题，使其能够迭代与交替方向最小化求解； 步骤3:利用交替方向法(ADM)对目标函数(8)进行迭代与交替方向最小化求解;即 在步骤2的基础上，利用交替方向法(ADM)对转化后的模型进行迭代与交替方向最小化求 解，这种求解方法可以得到每一步迭代过程中的近似最优解； 步骤4:利用第三步获得数据，通过交替方向法来迭代获得恢复后的地震数据，能 够在合理的时间内得到全局最优解。 更近一步地，所述建立基于全变分的地震数据模型具体为:设有η个地震道记录的 地震剖面，每个地震道记录有m个采样点，则用矩阵r来表示此η · m个数据，其元素为Xlj(i = 1，2，…，η; j = 1，2，…，m)，则地震数据r被表示为： 令f = VeC(r)为矩阵r的拉伸向量，即x￥Rnm;KeRnmXnm为褶积算子， weRnm为添 加的随本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于交替方向法和全变分理论的地震数据处理方法，其基于建立基于全变分的地震数据模型，利用经典的二次罚函数方法将此模型转换为满足能够迭代与交替最小化的求解问题，通过交替方向法来迭代获得恢复后的地震数据。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：桑雨，郭平，宋宏文，高树生，柳世光，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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