專利名稱：在保留結構細節(jié)的同時減少在3d地震數(shù)據(jù)中的噪聲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)的處理，并且具體地說，涉及用來在保留結構信息的同時使地震數(shù)據(jù)平滑的一種系統(tǒng)和方法。
背景技術：
如這里提到的那樣，術語“結構”包括在三維(3D)數(shù)據(jù)集中的平面特征、以及在二維OD)數(shù)據(jù)集中的線性特征。結構的例子是在堆積后振幅地震數(shù)據(jù)中的地層、和斷層，或在相干性或曲率體積中的不整合。地震數(shù)據(jù)常常既包含有用的結構信息，又包含無用的隨機噪聲。希望的是，增強結構和減少隨機噪聲。眾所周知的是，平滑化是減少隨機噪聲的有效方式。Hall，M.的文章 “Smooth Operator SmoothingSeismic Interpretations and Attributes，，，The Leading Edge, pp. 16-20，2007，總結了八種平滑化方法，并且討論了它們的效果。Gaussian和平均濾波器是結構不可分辨的，并且弄污邊緣和織構邊界。在這些濾波器施加之后，地層、斷層、及不整合的分辨率降低，或者甚至失去。邊緣保留平滑化，如已知的Kuwahara濾波器，能夠保持在 2D 中的邊緣，但其 3D 對等部分，如在 AlBinHassan，N. Μ.，Luo，Y.，andAl_Faraj，M. N.， "3D Edge-Preserving Smoothing and Applications",Geophysics,Vol. 71. pp. 5-11,2006 中描述的那樣，設計成保留本體分段，并且不能保持平面結構，如斷層。結構定向濾波，如在 Fehmers，G. C. and Hocker，C. F. W.，"FastStructural Interpretation with Structure-Oriented Filtering，，，Geophysics, Vol. 68, PP. 1286-1293,2003中描述的那樣，通過首先計算結構定向，并且沿已知定向施加擴散方案解決了這個問題。結構定向的以前計算和擴散算法計算成本高，對于噪聲區(qū)域不準確，及對于非結構區(qū)域不可能，這些非結構區(qū)域通常在相干或曲率數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)。對于現(xiàn)有技術已知的另一種濾波方法是邊緣保留平滑化(EPS)，也稱作Kuwahara 濾波器，在 Luo, Y. , Marhoon, M. , Al-Dossary, S. , and Al-Faraj, Μ. N. , "Edge-Preserving Smoothing and Applications，，, The Leading Edge,pp. 136-158, 2002 ；并且也在Hall,Μ., “SmoothOperator Smoothing Seismic Interpretations and Attributes，，，TheLeading Edge, pp. 16-20,2007中描述。在EPS的應用中，使用一組預定義相鄰子窗口，并且對于平滑化輸出選擇最佳結果，該最佳結果通常是具有最小偏差的結果。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種數(shù)據(jù)自適應平滑化方法，這里稱作結構保留平滑化(SPQ方法，該方法不要求結構定向的以前計算，并且如果結構存在的話，用來保留它們。與在如i^ehmers， G.C. and Hocker, C. F. W. ,"Fast Structural Interpretation with Structure-Oriented Filtering",Geophysics, Vol. 68，pp. 1286-1293 中、和在美國專利 6，473，697 和 6，725，174 中描述的結構定向濾波相比，本發(fā)明的方法更快，并且更可靠，因為它對于結構和非結構區(qū)域都見效。
SPS的概念構成單獨對于EPS的改進。SPS和EPS按并行方式工作。在EPS中，使用一組預定義相鄰子窗口，并且將通常是具有最小偏差的結果的最佳結果，選作平滑化輸出。在SPS中，將一組預定義定向用于平滑化，并且選擇最佳結果。如果結構存在，如平面或線性特征存在，則選中結果可能是與真實結構對準的最佳結果。SPS的選擇規(guī)則可以是最小偏差規(guī)則，如通常用在EPS中的那樣。對于包含正和負數(shù)的極性數(shù)據(jù)，如地震振幅，選擇規(guī)則也可以是絕對最大值。對于僅具有正數(shù)的單極性數(shù)據(jù)，如相干性或曲率，依據(jù)結構駐留在哪個端部上，選擇規(guī)則可以是最大或最小求和。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的示意方塊圖；圖2是本發(fā)明的方法的操作的流程圖；圖3A-;3B表明立方體的幾何形狀和其定向切片；圖4表明立方體的5X5X5子窗口的六邊形切片；圖5A-5B表明在地震剖面中的隨機噪聲的減少；圖6A-6B表明在地震數(shù)據(jù)圖像中模仿(patterned)噪聲足跡的消除；圖7A-7C表明相干噪聲的減少；圖8A-8D表明具有斷層的地震剖面的濾波，該濾波表示較清楚的曲率屬性；及圖9A-9D表明具有斷層的地震剖面的濾波，該濾波使用時間切片，并且表示較清楚的曲率屬性。
具體實施例方式如在圖1-9D中表明的那樣，一種系統(tǒng)和方法對地震數(shù)據(jù)進行結構保留平滑化 (SPS)，以產(chǎn)生平滑后圖像，該平滑后圖像保持儲層中的結構，以便由用戶肉眼檢查和分析。 在圖1中的系統(tǒng)10包括由用戶12訪問的計算機14、基于計算機的系統(tǒng)16及地震數(shù)據(jù)源 18，該地震數(shù)據(jù)源18將從儲層研究得到的地震數(shù)據(jù)提供給基于計算機的系統(tǒng)16?；谟嬎銠C的系統(tǒng)16處理來自地震數(shù)據(jù)源18的地震數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生SPS平滑后圖像20，該SPS平滑后圖像20在計算機14的顯示監(jiān)視器22上向用戶12顯示。用戶12使用輸入裝置M可控制系統(tǒng)10、和SPS平滑后圖像20的顯示?；谟嬎銠C的系統(tǒng)16包括處理器沈和存儲器觀，其中，存儲器觀能夠存儲來自地震數(shù)據(jù)源18的地震數(shù)據(jù)。處理器沈執(zhí)行預定軟件30，以實施這里所描述的本發(fā)明的SPS 方法，以便處理地震數(shù)據(jù)和產(chǎn)生SPS平滑后圖像20。如在圖2中表示的那樣，由預定軟件30實施的公開SPS方法32包括如下步驟在步驟34中，接收地震數(shù)據(jù)；在步驟36中，測試一組不同定向中的平滑化；在步驟38中，濾出數(shù)據(jù)量(data volume)；在步驟40中，使用最小偏差選擇最佳平滑化結果；及在步驟42中， 在顯示裝置22上向用戶12顯示最佳平滑化結果的結構保留平滑化圖像，該最佳平滑化結果包括地震數(shù)據(jù)中的保留結構。在步驟44中，替代的另外步驟可包括，使用補充濾波方法產(chǎn)生補充平滑后圖像。補充濾波步驟可采用EPS方法、中值濾波器(medianfiIter)方法、對稱近鄰(symmetric-near-neighbor)方法、或任何2D平滑化算法，以便產(chǎn)生各種濾波效果。在替代實施例中，選擇最佳平滑化結果的步驟40可包括對于相干數(shù)據(jù)使用最大求和方法，在該相干數(shù)據(jù)中，感興趣結構駐留在高端附近。作為替代，步驟40可對于地震振幅使用絕對最大求和方法，其中正和負值彼此上下成層。參照圖3-9B，更詳細地表明系統(tǒng)10的操作和方法32，以表示本發(fā)明的公開SPS方法的本質(zhì)是測試一組不同定向中的平滑化和選擇最佳平滑化結果。首先，提供關于如何定義定向組的描述。如這里公開的那樣，由 Bakker，P. ,“Image Structure Analysis forSeismic Interpretation",PhD Thesis,Universiteit Delft, 2002 用來定義定向和方向的注釋，用來將“定向”與“方向”區(qū)分開。方向是360度旋轉對稱的。如果坐標系繞與具體方向相垂直的軸線轉動360度，則方向不變。與這此相反，定向是180度旋轉對稱的。例如，平的紙張具有兩個表面和兩個法線方向，但僅具有一個定向。為了簡單和計算效率，相鄰子窗口假定是具有3X3X3或5X5X5等等尺寸的中心立方體(centered cube) 0全部數(shù)據(jù)點都必須在規(guī)則網(wǎng)格上，并且應該避免內(nèi)插。如圖3A-;3B所示，立方體的幾何形狀由六個面定義，具有對于立方體定義的一組定向切片。使用在每對相對面之間的定向切片，如圖3A所示，那么有三個切片。類似地，使用在相對棱之間的中途的定向，如圖3B所示，在十二個棱之間有六個切片。類似地，使用在角之間的中途的定向，如圖3C所示，在八個角之間有四個切片。對于特定用途，定義預定義定向切片的選擇，并因此，人們可以使用在六個面之間的三個定向、或加上在棱之間的那些切片的九個定向、或全部十三個定向，如在下面描述的例子中那樣如由本領域的技術人員將理解的那樣，預定義組的挑選是在精度與計算成本之間的折衷。也要理解，在每個定向切片上的數(shù)據(jù)點的數(shù)量可能是不同的。比如在3X3X3立方體中，在棱之間的切片包含九個點，而在角之間的切片僅具有七個點。如圖4所示，立方體的5X5X5子窗口的六邊形切片，與在圖3C中表示的切片相似，具有法線方向，該法線方向是在軸線框中的對角線，并且對于子窗口的任何尺寸，全部數(shù)據(jù)點都在規(guī)則網(wǎng)格上，從而角面對切片在六邊形中，并且不與任何軸線相平行。六邊形切片的一些幾何性質(zhì)為了實施容易列在表1中。表 1
子窗口半徑在外部環(huán)中的點數(shù)在切片中點的總數(shù)3x3x31675x5x521219 參 參· 參·參··(2R+1) 3R6R1+3R( R+l) 預定義定向切片的選擇可根據(jù)用途而調(diào)整。例如，相干和曲率屬性打算觀看巖脈和斷層。感興趣特征在接近豎直的平面中；因此，應該排除水平切片。為了平滑地震事件以
5便地層的較容易自動跟蹤，不要求四個豎直切片。在步驟36中測試和選擇定向切片組之后，在步驟38中使用已知濾波方法，由本發(fā)明的系統(tǒng)10和方法進行濾出數(shù)據(jù)量。在步驟40中的最佳平滑化結果可使用最小標準偏差而選擇。例如，對于13個預定方向的每一個，計算平均值和標準偏差。將具有最小標準偏差的方向選作要平滑的最佳方向。最小標準偏差由輸入數(shù)據(jù)確定，這些輸入數(shù)據(jù)可以是地震振幅或任何其它屬性，如相干性或曲率，其已經(jīng)表明是用于幾乎任何數(shù)據(jù)類型的合理選擇。另外，對于其中感興趣結構駐留在高端附近的相干性數(shù)據(jù)，最大求和也是適當?shù)摹?對于其中正和負值彼此上下成層的地震振幅，可使用絕對-最大求和。選擇規(guī)則可依據(jù)特定用途而變化。在步驟40中識別在規(guī)定子窗口內(nèi)的最佳定向之后，使用施加到最佳定向上的已知平滑化方法，產(chǎn)生平滑后圖像20，在步驟42中為了顯示將平滑后圖像20發(fā)送到顯示器 22。下面更詳細地描述在圖5B、6B、7C、8C-8D、及9C-9D中表示的平滑后圖像的例子。在替代實施例中，對于平滑后圖像20可進行進一步濾波，通過這，將本發(fā)明的SPS 方法32可與EPS方法、中值濾波器方法、對稱近鄰方法、或為產(chǎn)生各種濾波效果使用的任何 2D平滑化算法相結合，如在圖2中的步驟44中那樣。應用例為了減少在地震剖面中的隨機噪聲而使用SPS濾波的初步結果，消除噪聲足跡， 并且增強下面描述的相干性圖像。在第一例中，地震剖面顯示在圖5A中。在用5X5X5子窗口和最小偏差規(guī)則SPS 濾波之后，如圖5B所示，明顯地減少隨機噪聲，并且改進地層連續(xù)性。這些改進會幫助用戶 12對于例如在儲層、以及自動跟蹤地層中的特征和結構的解釋。在另一個例子中，足跡在地震數(shù)據(jù)圖像中可能是可見的，其中，足跡是由獲取或處理偏移生成的模仿噪聲。它通常出現(xiàn)在地震振幅數(shù)據(jù)中的時間切片中。圖6A是地震時間切片，在該地震時間切片中，水平帶條是可見的。水平方向是副線(sub-line)，并且豎直方向是交叉線，并且線間隔分別是50m和25m。因為線間隔不相等，所以觀察的水平帶條可能是處理人造物。使用5X5X5子窗口和最小偏差規(guī)則，應用SPS方法。如圖6B所示的生成圖像清楚得多，并且完全除去足跡。在使用3D數(shù)據(jù)量的另外例子中，相干性測量在相鄰豎直跡線之間的相似性， 如在 Bahorich, M. S. and Farmer，S. L，“3-D SeismicDiscontinuity for Faults and Stratigraphic Features :The CoherenceCube，，，The Leading Edge，pp. 1053-1058，1995 中描述的那樣。這種屬性常常使平面狀特征突出，如使巖脈、斷層、不整合及斷裂突出。初始地震時間切片表明在圖7A中。在極化和骨架形成之后，這些特征表明在圖7B中作為地貌，這些地貌可重疊在地震數(shù)據(jù)上，以幫助用戶解釋地震數(shù)據(jù)。借助于最大求和規(guī)則的施加將SPS方法應用到相干數(shù)據(jù)上，生成的骨架更清楚，如圖7C所示，具有相干噪聲的減少。在另一個例子中，最-正/負地震曲率測量地震事件沿水平方向的角度變化的速率，如在 Al-Dossary, S. and Marfut, K. J. , "3DVoIumetrie Multispectral Estimates of Reflector Curvature andRotation",Geophysics,Vol. 71,pp. 41-51,2006 中描述的那樣。 如同相干數(shù)據(jù)一樣，曲率屬性也抽取用于地震解釋的斷層和斷裂。圖8A-9D表示使用本發(fā)明的SPS系統(tǒng)和方法使曲率屬性清楚和實現(xiàn)較容易可解釋圖像的例子。
圖8A表明具有斷層的地震剖面，并且圖8B表明為表示最-正曲率而濾波的圖8A 的地震剖面。圖8C表明具有使用3X3X3子窗口 SPS濾波的圖8B的數(shù)據(jù)，而圖8D表明具有使用5X5X5子窗口 SPS濾波的圖8B的數(shù)據(jù)；圖8C-8D表示生成圖像，這些生成圖像與斷層較好相關，并且呈現(xiàn)較清楚的曲率屬性。圖9A-9B表明如圖8A中那樣具有斷層的同一地震剖面，但在時間切片中觀看。圖 9A表明地震振幅，并且圖9B表明為表示最-正曲率而濾波的圖9A的地震剖面。圖9C表明具有使用3X3X3子窗口 SPS濾波的圖9B的數(shù)據(jù)，而圖9D表明具有使用5X5X5子窗口 SPS濾波的圖9B的數(shù)據(jù)；圖9C-9D表示生成圖像，這些生成圖像與斷層較好相關，并且呈現(xiàn)較清楚的曲率屬性。如由處理的地震圖像數(shù)據(jù)的例子證明的那樣，本發(fā)明的用來實施SPS的系統(tǒng)10和方法32，提供用來濾除在堆積后地震屬性中的隨機噪聲的一種新平滑化設備和方法。初步測試表示，SPS可清理地震剖面，消除足跡，及增強相干圖像。SPS簡單并且可靠，并且對于結構和非結構數(shù)據(jù)都見效。本發(fā)明的SPS系統(tǒng)10和方法32也可用在用于地震解釋的更廣用途中，并且更一般地，用在圖像處理領域中。盡管這里已經(jīng)表示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但將顯然的是，這樣的實施例僅作為例子而提供。對于本領域的技術人員將出現(xiàn)多種變化、變更及替代，而不脫離這里的本發(fā)明。相應地，打算的，本發(fā)明由隨后的權利要求書限制和限定。
權利要求
1.一種用來平滑地震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括處理器，執(zhí)行預定結構保留平滑化(SPQ軟件以處理地震數(shù)據(jù)，用來測試在地震數(shù)據(jù)的預定不同定向組中的平滑化，用來從數(shù)據(jù)量濾出不同定向以產(chǎn)生地震數(shù)據(jù)的平滑化結果，用來使用最小偏差選擇最佳平滑化結果，由此保留在平滑后地震數(shù)據(jù)中的結構，及用來產(chǎn)生最佳平滑化結果的結構保留平滑后圖像，包括在地震數(shù)據(jù)中的保留的結構；和顯示器，用來向用戶顯示結構保留平滑后圖像，包括在地震數(shù)據(jù)中的保留的結構。
2.一種用來平滑地震數(shù)據(jù)以便保留在數(shù)據(jù)中存在的結構的方法，所述方法包括步驟測試在地震數(shù)據(jù)的預定不同定向組中的平滑化；從數(shù)據(jù)量濾出不同定向，以產(chǎn)生地震數(shù)據(jù)的平滑化的結果；使用最小偏差選擇最佳平滑化結果，由此保留在平滑后地震數(shù)據(jù)中的結構；及在顯示器上向用戶顯示最佳平滑化結果的結構保留平滑后圖像，包括在地震數(shù)據(jù)中的保留的結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，還包括步驟對于平滑化結果使用補充濾波方法，以產(chǎn)生補充平滑后圖像，其中，從邊緣保留平滑化 (EPS)方法、中值濾波器方法、對稱近鄰方法及二維OD)平滑化算法中選擇補充濾波器方法。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，選擇最佳平滑化結果的步驟包括對于相干數(shù)據(jù)使用最大求和方法，在這些相干數(shù)據(jù)中，感興趣結構駐留在高端附近。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，選擇最佳平滑化結果的步驟包括對于地震振幅使用絕對最大求和方法，其中，正和負值彼此上下成層。
全文摘要
一種系統(tǒng)和方法使用數(shù)據(jù)自適應方法進行結構保留平滑化(SPS)，以便平滑3D堆積后地震屬性，該結構保留平滑化減少隨機噪聲，同時保留結構，而沒有其定向的以前計算。在相鄰子窗口內(nèi)沿一組預定義定向平滑數(shù)據(jù)，并且然后為了輸出而選擇最佳平滑化結果。與最佳結果相對應的定向常常接近嵌在數(shù)據(jù)中的真實結構定向，從而保留嵌入結構。SPS方法也可與中值、α-修整(alpha-trim)、對稱近鄰、或邊緣保留濾波器相結合。SPS方法是一種減少隨機噪聲和消除噪聲足跡、及增強相干和彎曲屬性的有效途徑。
文檔編號G06F17/00GK102422281SQ201080020588
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者S·阿爾-多薩瑞, 宇春·E·王 申請人:沙特阿拉伯石油公司