[发明专利]基于阈值多级中值滤波的可控震源地震数据检测方法

摘要

本发明涉及一种基于阈值多级中值滤波的可控震源地震数据检测方法，首先依据可控震源原始非相关地震数据的数理统计特征，定义强脉冲噪声阈值；然后引入多级中值滤波处理过程，原始非相关可控震源数据经多级中值滤波后，脉冲噪声得到了很好压制，在此基础上采用互相关检测方法，最终完成对可控震源地震数据的有效检测。在不增加施工成本的情况下，为城区附近进行的可控震源地震勘探提供了高信噪比的数据检测方法，对各类人文噪声和随机噪声压制效果明显。不仅适于常规可控震源地震数据监测，特别在脉冲噪声干扰严重的条件下对可控震源地震数据更为有效。还可应用于城区附近具有较强背景噪声，包括各类交通噪声，电噪声的地震勘探条件。

主权项

一种基于阈值多级中值滤波的地震数据检测方法，包括以下步骤：a、输入可控震源非相关原始单炮记录S，S＝[s₁ s₂ … s_i … s_l]，s_i＝[x_i(1) x_i(2) … x_i(j) … x_i(k)]^Τ，其中l为总采集道数，i为任意采集道编号，i∈[1,l]，k为每道的采样点数，j为采样点序号，j∈[1,k]；b、取S第i道数据s_i，首先令i＝1；c、根据公式$E\left(s_i\right)=\frac{1}{k}\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_i\left(j\right)\right|,$求取平均值$E\left(s_1\right)=\frac{1}{k}\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left|x_1\left(j\right)\right|;$d、定义阈值Γ₁＝μ₁*E(s₁)，其中μ₁为阈值因子，μ₁取值为2到6之间的任意数；e、以Γ₁为阈值，对s₁的每个采样点数据x₁(j)进行阈值滤波，公式如下：$x_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x_1\left(j\right)\≥{\mathrm{\Γ}}_1\\ x_1\left(j\right)& x_1\left(j\right)\<{\mathrm{\Γ}}_1\end{array}\right.,$得到s₁阈值滤波后的结果：$s_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}={\left[\begin{array}{cccccc}{x}_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}\left(1\right)& x_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}\left(2\right)& ...& x_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}\left(j\right)& ...& x_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}\left(k\right)\end{array}\right]}^T;$f、令i＝i+1，重复步骤b～e,直至i＝l，得到S阈值滤波后的地震记录$S^{\mathrm{\Γ}}=\left[\begin{array}{cccccc}{s}_1^{{\mathrm{\Γ}}_1}& s_2^{{\mathrm{\Γ}}_2}& ...& s_i^{{\mathrm{\Γ}}_i}& ...& s_l^{{\mathrm{\Γ}}_l}\end{array}\right];$g、对S^Γ进行多级中值滤波。对S^Γ进行边缘扩展，以边缘元素向四周以扩展N行N列。其中N为正整数。可得到边缘扩展后的数据$s^{{\mathrm{\Γ}}^{\′}}=\left[\begin{array}{cccccc}{S}_1^{{{\mathrm{\Γ}}_1}^{\′}}& s_2^{{{\mathrm{\Γ}}_2}^{\′}}& ...& s_i^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}& ...& s_{l+2N}^{{{\mathrm{\Γ}}_{l+2N}}^{\′}}\end{array}\right],$其中$s_i^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}={\left[\begin{array}{cccccc}{x}_i^{\′}\left(1\right)& x_i^{\′}\left(2\right)& ...& x_i^{\′}\left(j\right)& ...& x_i^{\′}(k+2N)\end{array}\right]}^T,$以S^Γ′数据中第i道，第j个采样点为中心，取(2N+1)×(2N+1)方形滤波窗口，其中i∈[1+2N,l+2N]，j∈[1+2N,k+2N]；h、定义W₁、W₂、W₃和W₄为(2N+1)×(2N+1)方形滤波窗口的4个子窗口，公式如下：$\left\{\begin{array}{c}{W}_1=\left\{s_{i+\mathrm{\κ}}^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}\left(j\right)\right\}\\ W_2=\left\{s_i^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}(j+\mathrm{\κ})\right\}\\ W_3=\left\{s_{i+\mathrm{\κ}}^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}(j+\mathrm{\κ})\right\}\\ W_4=\left\{s_{i+\mathrm{\κ}}^{{{\mathrm{\Γ}}_i}^{\′}}(j-\mathrm{\κ})\right\}\end{array}\right.,$其中κ＝‑N,‑N+1,…,N‑1,N；i、求取4个子窗口W₁、W₂、W₃、W₄的中值。$\left\{\begin{array}{c}{Z}_1(i,j)=\mathrm{med}\left\{W_1\right\}\\ Z_2(i,j)=\mathrm{med}\left\{W_2\right\}\\ Z_3(i,j)=\mathrm{med}\left\{W_3\right\}\\ Z_4(i,j)=\mathrm{med}\left\{W_4\right\}\end{array}\right.,$其中med{·}表示取中值操作；j、根据$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\min }(i,j)=\min \{Z_1(i,j),Z_2(i,j),Z_3(i,j),Z_4(i,j)\}\\ U_{\max }(i,j)=\max \{Z_1(i,j),Z_2(i,j),Z_3(i,j),Z_4(i,j)\}\end{array}\right.$计算Z₁(i,j)、Z₂(i,j)、Z₃(i,j)、Z₄(i,j)的最大值和最小值；则多级中值滤波器的输出为：y(i,j)＝med{U_min(i,j),U_max(i,j),x_i(j)}；k、重复步骤h～j，完成所有点的多级中值滤波。最终得到阈值中值滤波压制后的可控震源非相关单炮记录l、对Y和已知可控震源的扫描信号C进行相关运算，最终可得到相关检测后的数据Y_c是基于阈值多级中值滤波的可控震源地震数据检测结果。