基于PCA最优阶数的并行震源数据噪声压制方法研究

发布时间：2020-08-09 03:04

【摘要】：并行震源采集技术采用多炮并行激发、不间断接收的方式,相比于传统单炮激发采集技术具有高效率和低成本的优势,因此该技术广泛应用于油气资源探测等领域。由于并行震源采集区域范围广、时间跨度大,因此采集到的数据极易受到多种噪声干扰,主要包括工频噪声、随机噪声和串扰噪声等。从事串扰噪声压制得文献很多,针对并行震源数据工频和随机噪声压制研究很少,因此本文针对前两类噪声压制开展研究。由于这两类噪声普遍存在,能量较强,且与有用信号存在频谱重叠的现象,常规压噪处理后的数据质量难以满足地震数据处理需求。因此,研究并行震源数据噪声压制对地震勘探领域具有重要的意义。在国家深部探测技术与实验研究专项(Sinoprobe)子课题“野外实验与示范基地综合地质模型与三维展示”和“深部探测仪器装备野外测试方法与对比研究”的资助下,本文展开了基于PCA最优阶数的并行震源数据噪声压制方法研究。论文通过分析并行震源地震勘探数据中干扰噪声的基本特征,分别提出了基于PCA最优阶数的并行震源数据工频噪声压制方法和基于最优阶数的PCA-EMD并行震源数据随机噪声压制方法,并给出了仿真和实测数据结果,证明了所提方法的有效性和优越性。论文主要研究内容如下:论文首先分析了并行震源数据中信号与噪声的特征。从分析并行震源地震采集过程入手,得到了信噪频率混叠特征、信噪间相关性差异、工频频率不稳定性及随机噪声高斯性特征,为后续研究去噪方法提供依据。以信噪相关性差异为基础,论文系统研究了主成分分析理论及计算方法。阐述了主成分分析几何思想和压噪原理。研究了Hankel矩阵下主成分分析的压噪原理及主成分阶数的选取。并且研究了主成分分析压制并行震源工频噪声的方法。针对信噪频谱混叠及工频频率不稳定问题,分析了约束准则下工频频率与主成分阶数的关系,并给出了具体地实现方法。论文最后研究了主成分分析和经验模态分解联合的并行震源强随机噪声压制方法。论证了主成分分析方法压制随机噪声的可行性。另外,还阐述了经验模态分解的数学理论和压噪原理,以此为基础实现了强噪声下主成分最优阶数和经验模态分解联合的压噪方法。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.4
【图文】：

通常利用常规工频和随机噪声压制方法压制并行震源数据噪声，但是效佳。为此，本章拟量化分析典型的并行震源数据噪声特征，为研究针对性噪法提供依据。 并行震源地震数据采集过程并行震源激发技术是指在勘探工作区的不同炮点位置布置多个震源，各震源工作，每个震源激发任务完成后移至下一个炮点位置，不同震源可同时或近发，直至所有炮点激发及采集接收工作完成。图 2.1 为并行震源激发技术采意图，其中黑色三角形表示检波器，五角星表示震源。所有并行工作的震源时激发的方式向地下激发信号，激发任务完成后将震源移至下一个激发点继并行震源采集过程中所有检波器保持持续接收状态[46-49]。相比于常规采集采集涉及空间范围广，时间跨度大，因此不同检波器接收到的噪声在能量性，频率分布方面具有明显差异。

（e） （f）图 2.2 信号波形及自相关函数图（a） s (t )；（b） ( )sR t ；（c） w( t )；（d） ( )wR t ；（e） f (t )；（f） ( )fR t2.3.2 频域特征并行震源勘探作业中不可避免受到高压线、铁路电网等产生的工频噪声。鉴于并行震源数据的复杂性，因此通过时频分析技术分析信号与噪声的频域特征，为后续噪声的压制提供参考依据。考虑到广义 S 变换在时间分辨率和频率分辨率上的优点[51]，因此利用广义 S 变换对单道信号进行时频分析，其表达式为：2 2 2( )2212| |( , ) ( )(2 )ppf ti ffS f h t e e dt （2.2）其中， h (t )为输入信号， 和 p 为调节参数， f 为频率， 为时移因子。下面以一道实测的含工频噪声的单道信号 f (t )，有用信号 s (t )和工频噪声 w( t )为例分析信噪时频特征，由式（2.2）得到 f (t )、 s (t )、 w( t )的广义 S 变换时频谱如图

下面以一道实测的含工频噪声的单道信号 f (t )，有用信号 s (t )和工频噪声 w( t )为例分析信噪时频特征，由式（2.2）得到 f (t )、 s (t )、 w( t )的广义 S 变换时频谱如图2.3 所示。由图 2.3 可得以下认识：（1）工频噪声 w( t )的频率并非以固定 50Hz 单频形式存在，而是伴有约 100Hz、300Hz 的谐波频率存在；（2）工频噪声 w( t )频率与有用信号 s (t )的部分频率混叠。由图 2.3（a）~（c）可知，并行震源数据中工频噪声频率不仅含有基频，而且伴有谐波发育，工频噪声频率与部分有用信号频率相混叠。

【参考文献】

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6 袁艳华;王一博;刘伊克;常旭;;非二次幂Curvelet变换及其在地震噪声压制中的应用[J];地球物理学报;2013年03期

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本文编号：2786509