一种基于形态成分分析的面波分离方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地震波信息处理技术领域，尤其设及一种基于形态成分分析的面波分 离方法及系统。
【背景技术】
[0002] 地震勘探是指通过人工地震方法探测地质结构W及地下矿藏资源。目前，该方法 已经成为地球物理勘探最广泛采用的一种方法。通常野外采集到的地震资料中包含大量噪 声干扰，因此需要对野外采集的数据进行处理，噪声压制成为地震资料处理中必不可少的 环节。面波是反射波地震勘探中主要的规则干扰之一，是对地震资料信噪比影响较大的干 扰波，因此对面波的压制有利于提高地震资料的信噪比，便于后续的地震资料处理W及解 释工作。
[0003] 面波主要分布在炮点附近，呈扇形形状分布，具有低频率、强能量及频散等特点。 现有技术中，常用滤除面波的方法包括一维傅里叶变换滤波法、f-k变换滤波法、X-P变换 法、小波变换法及曲波变换法等。现有的滤除面波方法通常仅采用单一变换的方法滤除面 波信号，单一变换只能利用面波的低频、强能量及低视速度运些特点中的部分特性对面波 信号进行压制，不能完全地消除面波信号。
[0004] 近年来，稀疏表示理论成为地震资料处理领域内较为热口的方法，基于稀疏表示 理论的形态成分分析方法可W根据信号不同成分的形态结构特征差异选择合适的字典稀 疏表示信号的不同成分，目前该方法已经成功用于单道地震记录的面波与反射波的分离处 理中。但是，现有的基于形态成分分析的面波分离方法，采用的地震信号表示字典为一维字 典，逐道对地震数据进行处理，不能有效利用地震资料中道与道的相关性；同时，采用的一 维处理算法在处理二维地震数据时处理速度较慢。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种基于形态成分分析的面波分离方法及系统，旨在解决现有的基 于形态成分分析的面波分离方法采用的地震信号表示字典为一维字典，逐道对地震数据进 行处理，不能有效利用地震资料中道与道的相关性，且在处理二维地震数据时处理速度较 慢的技术问题。
[0006] 本发明是运样实现的，一种基于形态成分分析的面波分离方法，包括：
[0007] 步骤a:制作合成地震记录，并构造基于二维字典形态成分分析的面波分离模型；
[0008] 步骤b:选取二维非抽样小波字典稀疏表示面波信号分量，并选取二维局部离散 余弦字典稀疏表示反射波信号分量；
[0009] 步骤C:采用二维字典下形态成分分析对面波信号分量与反射波信号分量进行分 离。
[0010] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述合成地震记录为：
[0011] X=Xg+Xf+n(1)
[0012] 式（1)中，Xg为面波信号分量，X为反射波信号分量，n为随机噪声。
[0013] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述面波分离模型为：
[0014]
[001引式似中，A为拉格朗日乘子，控制着面波信号分量与反射波信号分量之和拟合 地震记录的失真度；Tg、Tf分别稀疏表示面波信号分量与反射波信号分量。
[0016] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤C中，所述采用二维字典下形 态成分分析对面波信号分量与反射波信号分量进行分离还包括：将地震记录分为面波信号 分量与反射波信号分量，将二维非抽样离散小波字典与二维局部离散余弦字典作为地震记 录的联合稀疏表示字典，构建稀疏表示模型；所述稀疏表示模型通过对式（2)进行转换得 到：
[0017]
[0018] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤C中，所述采用二维字典下形 态成分分析对面波信号分量与反射波信号分量进行分离还包括：通过块协调松弛算法对稀 疏表示模型进行求解，得到分离出来的面波信号分量W及反射波信号分量。
[0019] 本发明实施例采取的技术方案还包括：所述通过块协调松弛算法对稀疏表示模型 进行求解具体包括：
[0020] (1)初始化拉格朗日乘子A，迭代次数N，阔值5 =Lmax，截止阔值5min，其中 Lmax为地震记录X在两种字典下表示系数的最大值中较小的一个；
[0021] 似进行N次迭代：
[00过A部分：假设Xr不变，更新X g
[0023]①计算残差：r=x-Xg-Xf;
[0024] ②计算Xg+r经过二维非抽样离散小波变换后的系数，馬=+r)
[0025] ③保留系数ag低频高波数域中系数不变，对系数ag的其它域小波系数进行软阔 值处理，阔值为8,得到系数矣；
[0026] ④通过Xs=暫％重建Xg;
[0027]B部分：假设Xg不变，更新X f
[0028]⑥计算残差r=x-Xg-Xf;
[0029] ⑧计算Xf+r经过二维局部离散余弦变换后的系数，化=rU，+r);
[0030] ⑦对系数af进行软阔值处理，阔值为S，得到系数味；
[0031] ⑨通过衣:=ra重建Xr;
[0032]做更新阔值5 = 5*入；
[003引 （4)如果5〉Smin转至步骤似，否则结束。
[0034] 本发明实施例采取的另一技术方案为：一种基于形态成分分析的面波分离系统， 包括地震记录制作模块、二维字典选取模块和面波分离模块；
[0035] 所述地震记录制作模块用于制作合成地震记录，并构造基于二维字典形态成分分 析的面波分离模型；
[0036] 所述二维字典选取模块用于选取二维非抽样小波字典稀疏表示面波信号分量，并 选取二维局部离散余弦字典稀疏表示反射波信号分量；
[0037] 所述面波分离模块用于采用二维字典下形态成分分析对面波信号分量与反射波 信号分量进行分离。
[0038] 本发明实施例采取的技术方案还包括：所述合成地震记录为：
[0039] X=Xg+Xf+n(1)
[0040] 式（1)中，Xg为面波信号分量，X为反射波信号分量，n为随机噪声；
[0041] 所述面波分离模型为：
[0042]
[004引式似中，入为拉格朗日乘子，控制着面波信号分量与反射波信号分量之和拟合 地震记录的失真度；Tg、Tf分别稀疏表示面波信号分量与反射波信号分量。
[0044] 本发明实施例采取的技术方案还包括：所述面波分离模块采用二维字典下形态成 分分析对面波信号分量与反射波信号分量进行分离还包括：将地震记录分为面波信号分量 与反射波信号分量，将二维非抽样离散小波字典与二维局部离散余弦字典作为地震记录的 联合稀疏表示字典，构建稀疏表示模型；所述稀疏表示模型通过对式（2)进行转换得到：
[0045]
[0046] 本发明实施例采取的技术方案还包括：所述面波分离模块采用二维字典下形态成 分分析对面波信号分量与反射波信号分量进行分离还包括：通过块协调松弛算法对稀疏表 示模型进行求解，得到分离出来的面波信号分量W及反射波信号分量；所述通过块协调松 弛算法对稀疏表示模型进行求解具体包括：
[0047](1)初始化拉格朗日乘子A，迭代次数N，阔值5 =Lmax，截止阔值5min,其中 Lmax为地震记录X在两种字典下表示系数的最大值中较小的一个；
[004引似进行N次迭代：