LIFT 去噪方法在CWP/SU 中的實(shí)現(xiàn)

鄧桂林

國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局。

CWP/SU 是免費(fèi)開源的地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，開源平臺(tái)是一個(gè)很好的研究工具。LIFT（Leading Intelligence Filter Technology）智能引導(dǎo)濾波方法的核心思想是在信噪分離的基礎(chǔ)上衰減噪音，它能最大程度地保留有效信號(hào)，衰減各種噪音。本文利用CWP/SU 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開源環(huán)境，研究和改進(jìn)SU 中的處理源程序，實(shí)現(xiàn)LIFT 去噪方法去除海上地震資料中的多次波。

概述

CWP/SU 即Seismic Unix，它是由美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院波場(chǎng)處理中心開發(fā)的一款著名的地球物理開源軟件。它主要研究地震建模和成像，地震反演理論，以及復(fù)雜地質(zhì)體地震數(shù)據(jù)處理算法，既可以作為地震數(shù)據(jù)處理環(huán)境，也可以作為波場(chǎng)處理的相關(guān)軟件的研究與開發(fā)環(huán)境。它廣泛應(yīng)用于地震勘探開發(fā)領(lǐng)域，是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)工具。CWP/SU 地震數(shù)據(jù)處理的核心程序包括了地震數(shù)據(jù)的輸入輸出以及顯示，數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，道頭字的編輯，變換和濾波處理，速度分析，疊加以及偏移等大量的數(shù)據(jù)分析處理程序。

LIFT 智能引導(dǎo)濾波方法是由Choo 提出的一種噪音衰減技術(shù)，其核心思路是在信噪分離的基礎(chǔ)上衰減噪音，能最大程度地保留有效信號(hào)，衰減各種噪音。國(guó)內(nèi)學(xué)者將LIFT 技術(shù)應(yīng)用到衰減海上地震資料中的多次波，經(jīng)過實(shí)例驗(yàn)證，既有效衰減了近道多次波，又沒有傷害到有效信號(hào)。它的優(yōu)點(diǎn)就是考慮了信噪級(jí)別不同去噪的方法也不同。本文以SU 為平臺(tái)，利用它可以實(shí)現(xiàn)LIFT 去噪方法。

LIFT 去噪方法原理

LIFT 去噪方法的原理：首先從原始數(shù)據(jù)A 中提取信號(hào)模型道（高信噪比部分B），從原始資料中減去高信噪比信號(hào)，得到噪聲數(shù)據(jù)（低信噪比部分C）；然后對(duì)分離出來的低信噪比數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，提取微弱的有效信號(hào)D；最后將提取出的微弱有效信號(hào)與高信噪比數(shù)據(jù)部分進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)（B+D），達(dá)到提高信噪比的目的。如圖1 是LIFT 去噪的示意圖。

LIFT 去噪的優(yōu)勢(shì)之處就在于對(duì)于不同信噪比的信號(hào)采取不同程度的去噪，同時(shí)達(dá)到保真和去噪的效果。從現(xiàn)實(shí)的原理和過程來看，都能夠很好的保護(hù)有效信號(hào)。

圖1 LIFT 去噪的示意圖

LIFT 去噪在SU 中的實(shí)現(xiàn)步驟

按照LIFT 去噪技術(shù)的思路，需要能夠?qū)⑿盘?hào)和噪音分離，并進(jìn)行處理，并且最后能重構(gòu)信號(hào)，SU 系統(tǒng)中具有大量的數(shù)據(jù)分析和處理程序，能夠編寫Shell 程序，實(shí)現(xiàn)LIFT 去噪技術(shù)，具體步驟如下。

（1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和定義觀測(cè)系統(tǒng)：用segyread 將SEGY 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SU 格式的數(shù)據(jù)。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，還需要suxwigb 和supswigp 顯示原始炮集記錄，并生產(chǎn)相應(yīng)圖件。利用SU 系統(tǒng)中的道頭編輯功能程序如sushw和suchw 等，編輯和設(shè)置道頭字的值，定義觀測(cè)系統(tǒng)。

（2）原始數(shù)據(jù)分析：通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析，首先是檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的正確性，然后就是分析原始地震資料的特點(diǎn)，找出有效信號(hào)與噪音的特征差異，為后面信噪分離打下基礎(chǔ)。如sufft 頻譜分析、suvlan 速度譜分析等。

（3）信噪分離、處理和重構(gòu)：根據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，利用有效波與噪音的特征差異進(jìn)行信噪分離。SU數(shù)據(jù)的二元操作程序suop2 提供了信噪分離的基礎(chǔ)。同時(shí)SU 中有預(yù)測(cè)反褶積、拉動(dòng)變換、傾角濾波程序等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分離出來的信號(hào)分別進(jìn)行去噪處理。

圖2 原始CDP 道集（左）和對(duì)應(yīng)的速度譜（右）

圖3 原始cdp 道集（左）和高信噪比部分（中）和低信噪比部分（右）

圖4 去噪后（右）的cdp 道集記錄和速度譜

實(shí)例應(yīng)用

以下是對(duì)某海上地震勘探的實(shí)際數(shù)據(jù)在SU 系統(tǒng)中采用LIFT 去噪方法處理的效果分析。本文重點(diǎn)分析采用LIFT 方法去除多次波。

對(duì)于海上勘探的地震資料，多次波干擾尤為嚴(yán)重，它在頻率域內(nèi)與有效信號(hào)很難分離，但是在速度域內(nèi)可以進(jìn)行分離。SU可以實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)速度譜分析，根據(jù)速度差異進(jìn)行信噪分離。如圖2 所示，多次波的速度比有效波的速度趨勢(shì)是不同的。

根據(jù)動(dòng)校正速度差異我們用一次波的速度對(duì)原始資料進(jìn)行動(dòng)校正，然后進(jìn)行傾角濾波，分離出大部分有效波，剩下的信號(hào)含有大量的多次波，如圖3所示。

對(duì)信噪比較低的數(shù)據(jù)而言，主要為多次波，只包含少量的有效信號(hào)，所以去噪的力度可以適當(dāng)強(qiáng)一些，來提取微弱的有效信號(hào)。先進(jìn)行拉東變換壓制多次波處理，然后進(jìn)速度分析，得到有效波的速度，對(duì)道集進(jìn)行速度動(dòng)校正，再進(jìn)行傾角濾波處理，反動(dòng)校得到有效波，再將提取出的有效信號(hào)部分和具有較高信噪比的信號(hào)部分相加，重構(gòu)原始記錄，得到去除噪音后的記錄。

去噪后的CDP 道集和速度譜如下，可以看到多次波的能量團(tuán)得到很好的壓制，一次波的速度變化趨勢(shì)清晰，大大提高了速度譜的質(zhì)量。如圖4 所示。

結(jié)語

（1）本文主要目的是要在SU 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)LIFT 去噪方法，按照LIFT 去噪技術(shù)的思路，編寫和應(yīng)用SU 程序來完成保真去噪處理。經(jīng)過實(shí)例應(yīng)用分析，處理效果明顯，雖然多次波未處理干凈，還有待完善，但是在SU 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了LIFT 去噪方法。

（2）LIFT 去噪方法非常靈活，結(jié)合不同處理程序的優(yōu)化組合，能很好的保護(hù)有效并且去除噪音，可以進(jìn)行循環(huán)迭代，具有很好的發(fā)展前景。

（3）SU 地震數(shù)據(jù)處理軟件包是免費(fèi)、開源的，可以進(jìn)行地震數(shù)據(jù)處理的學(xué)習(xí)和專業(yè)程序的開發(fā)。它含有豐富的處理程序，將這些程序進(jìn)行改進(jìn)和組合，可以實(shí)現(xiàn)很多新的處理思路。