Page 71 - 《应用声学》2022年第4期
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第 41 卷 第 4 期 傅艳莉等： 各向异性扩散滤波远探测声波测井图像降噪方法 569
扩散滤波技术在二维地震剖面的保边滤波应用。杨
0 引言
培杰等 [13] 提出一种方向性边界增强技术，对于断
近年来，随着石油、天然气及矿藏勘探和开发 层信息起到了很好的保持作用。张尔华等 [14] 对三
维地震资料非线性各向异性扩散滤波方法进行了
需求的增长及测井技术的发展，声波远探测测井
初步探讨，通过控制在断层等不连续区域的滤波程
成为井旁构造体识别的热点技术 [1] 。常规测井项
目探测井外信息较浅，难以反映距井较远距离的 度，使得各向异性扩散滤波器具有较好的保边处理
地质异常体的发育情况。声波远探测技术可以对 性能。各向异性扩散滤波在地震图像的处理中已经
有了广泛的应用，本文研究该降噪方法在声波远探
井周围数十米甚至上百米范围进行探测，利用地层
测处理的适用性。
反射信息进行井周成像，探测到地层中裂缝、断层
本文首先分析了远探测声波测井的残余噪声
等，大大丰富了研究领域，已经发展成一种深部复
杂油气勘探领域中不可缺少的先进技术 [2−3] 。然而 问题，通过梳理近年来各向异性扩散滤波的发展脉
络，从基本原理入手并针对其在远探测图像处理中
由于反射波幅度低、受幅度强的井筒直达波干扰等
的应用研究展开分析，对比具有不同扩散张量的滤
原因，反射波图像具有低信噪比的特点，噪声主要
波方法及滤波参数的处理效果，建立了适合于远探
是残留的井孔模式波和随机噪声 (包括地层噪声和
测声波测井信号的处理方法流程，最后通过实际数
滤波处理过程中引入的噪声)，这些噪声大都是非
据的处理分析验证了方法的效果，并对该技术今后
相干的。传统的图像去噪方法，如均值滤波、中值
改进和发展方向进行了展望与讨论。
滤波等，在去除噪声的同时会造成裂缝、断层等地
质体结构的模糊。因此，为了解决去噪同时兼顾构
1 远探测声波测井残余噪声分析
造边缘及细节的问题，前人引入了扩散滤波处理远
探测测井图像 [4] ，取得了较好效果。但目前尚缺少 由于反射波幅度低、受幅度强的井筒直达波干
对该方法适用性及其特点的系统性研究和分析，而 扰等原因，反射波图像具有低信噪比的特点，原始
采用各向异性扩散滤波对地层数据进行处理，在去 波形经过反射波分离处理后，广义上的噪声主要是
除噪声的同时可以更好地保留裂缝、断层等地质体 残留的井孔模式波和随机噪声 (包括地层噪声和滤
结构 [5] 。 波处理过程中引入的噪声)，除了残余模式波外，噪
基于扩散方程的噪声衰减方法是 20 世纪 90 年 声大都是非相干的，对后续的处理和地质体识别造
代提出的一种数字图像处理方法，是图像降噪的研 成干扰。以深部地层采集的偶极远探测实际数据为
究热点。与传统的线性滤波方法相比，扩散滤波在 例，如图 1(a) 所示，原始的反射波分离后的剖面信
去噪的同时保留图像的边缘细节，广泛应用于图像 噪比较低，部分反射体特征淹没在较强的噪声中，除
降噪领域的研究。其中最经典的是 Perona和Malik 了10 ms以内的在轴向上表现为非相干的残余弯曲
提出的各向异性扩散模型 [6] 。但是P-M模型的边缘 波外，图中可见两种斜率的反射波，如黑色圆圈和红
保持效果不明显，后来又出现了许多改进模型，其中 色圆圈所示，其特征表现为在时间上延伸较长，顶部
Weickert [7] 模型用结构张量的形式表示扩散系数， 和井孔模式波重合。为了说明噪声特征并区别其来
使得各向异性扩散滤波广泛应用于地震勘探的图 源是否为井外反射，取其中 3 个深度点阵列波形进
像处理中。Bakker [8] 提出将基于图像的各向异性扩 行相关速度分析。图1(b)为对图像6350 m深度的8
散滤波应用到地震资料的预处理，并且提出几何张 道波形 (见图 1(a) 区域 A) 做的相干分析，由于未见
量结构算法，用地层的几何结构张量中包含的丰富 明显反射，分析表明其是非相干的随机噪声。图1(c)
地层信息，来描述地层的内部结构，计算检测断裂 为对深度 6245 m 的阵列波形 (见图 1(a) 区域 B) 进
系统。Fehmers等 [9] 把各向异性扩散滤波引入地震 行相关分析，正向阵列 (从 1 到 8) 未见相干性，但反
信息资料结构信息的边缘保持。Lavialle等 [10] 提出 向阵列 (从 8 到 1) 得到其视速度在 1400 m/s 左右，
地震断层保持的扩散滤波方法，使得处理之后的地 由于反射波在接收阵列上的入射角较小，一般具有
震数据中断层信息更加突出。孙夕平等 [11] 、王绪松 较高的视速度，因此确定其为沿井轴反向传播的反
等 [12] 将二阶导数引入扩散张量，探索了一致增强 射斯通利波 (下行)。同理，图 1(d) 是对另一斜率的
