自适应时频峰值滤波压制地震勘探随机噪声

发布时间：2017-07-17 10:29

  本文关键词：自适应时频峰值滤波压制地震勘探随机噪声

  更多相关文章： 地震勘探 时频峰值滤波(TFPF) 切比雪夫不等式 短时能量 高分辨Radon变换 凸包 Viterbi算法

【摘要】：地震勘探是油气探查的一种重要方法,以研究人工激发的地震波在地下的传播为基础,利用检波器接收响应信号,来解决构造地质问题,即用于寻找石油和天然气资源。但是检波器接收的响应信号中,存在大量的干扰噪声,很难辨别出有效信号的分布情况。尤其是近年来,随着油气资源的大量应用,浅层地震勘探已不足以应对需求。因此,需要向深层地震勘探发展。但是,随着勘探深度的增加,检波器接收的信号中有效信号越微弱,干扰噪声越强,使有效信号的恢复更加困难。因而,地震勘探资料去噪乃是地震勘探信号处理重中之重的问题。时频峰值滤波(time-frequency peak filtering,TFPF)算法是一种非常有效的时频分布去噪算法。近年来,已经开始应用于地震勘探资料去噪,并且取得了显著的效果。但是传统TFPF存在一些局限性:1.对于所有频率成分,传统TFPF仅使用固定窗长进行滤波。短窗长不能有效的压制随机噪声,长窗长会造成有效信号的衰减,该矛盾无法解决。2.传统TFPF仅沿时间方向进行滤波,没有考虑到道与道之间的空间相关性。3.TFPF等效成一个低通滤波器,即存在截止频率,当有效信号的频率成分高于截止频率时就会被压制。本文从TFPF算法的本质出发,通过理论推导论证了TFPF确实等效成一个低通滤波器。之后鉴于问题1,提出了时域自适应TFPF(T-ATFPF)。改进的方法是借助基于切比雪夫不等式的置信区间交叉准则结合短时能量原理对含噪信号进行预处理。然后,选择合适的阈值将含噪信号划分为信号段、缓冲段和噪声段。对于不同段计算出不同的最优滤波窗长进行滤波。通过人工模拟记录和实际记录的处理,验证了T-ATFPF在幅度保持和噪声压制上均优于传统TFPF。虽然T-ATFPF取得了不错的滤波效果,但是仍然没有解决问题2,3。同时,T-ATFPF也不适用于低SNR含噪信号的处理。鉴于上述原因,本文又在T-ATFPF的基础上,提出了时空域自适应TFPF(ST-ATFPF)。在该方法中,首先利用高分辨Radon变换将含噪信号转换到Radon域,使待处理的信号中包含时空特性。随后,构造不同窗长等效TFPF表达式的凸包,并且通过Viterbi算法寻找最小化给定权重函数的最优路径。最后,对得到的最优路径进行反高分辨率Radon变换得到最终的滤波结果。为了验证ST-ATFPF的有效性,分别将传统TFPF,Radon域TFPF(R-TFPF),T-ATFPF和ST-ATFPF应用于相同的模拟和实际的地震记录。通过对比实验结果,不难发现,ST-ATFPF在高频有效信号的恢复以及低SNR随机噪声的压制上,均明显优于上述三种方法。
【关键词】：地震勘探 时频峰值滤波(TFPF) 切比雪夫不等式 短时能量 高分辨Radon变换 凸包 Viterbi算法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 去噪在地震勘探资料处理中的意义11-12
• 1.2 地震噪声的分类12
• 1.3 时频峰值滤波算法的发展及其研究现状12-14
• 1.4 本文工作及章节安排14-15
• 1.5 本章小结15-17
• 第2章 时频峰值滤波算法及其线性化处理17-43
• 2.1 时频峰值滤波算法原理17-32
• 2.1.1 Wigner-Ville分布及其性质17-20
• 2.1.2 WVD的交叉性问题及其抑制20-26
• 2.1.3 瞬时频率估计26-27
• 2.1.4 时频峰值滤波算法27-28
• 2.1.5 时频峰值滤波无偏估计条件28-32
• 2.2 时频峰值滤波算法的线性化处理32-42
• 2.2.1 时频峰值滤波的冲激响应32-36
• 2.2.2 时频峰值滤波冲激响应的性质36-38
• 2.2.3 时频峰值滤波算法冲激响应的滤波分析38-42
• 2.3 本章小结42-43
• 第3章 时域自适应时频峰值滤波算法43-57
• 3.1 基于切比雪夫不等式的置信区间交叉准则43-48
• 3.1.1 切比雪夫不等式43-44
• 3.1.2 置信区间交叉的原理44-48
• 3.2 时域自适应时频峰值滤波的实现48-51
• 3.3 人工模拟地震记录处理51-53
• 3.4 实际地震记录处理53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 时空域自适应时频峰值滤波算法57-75
• 4.1 Radon变换57-63
• 4.1.1 传统Radon变换57-60
• 4.1.2 高分辨率Radon变换60-62
• 4.1.3 Radon变换仿真实验62-63
• 4.2 时空域自适应时频峰值滤波算法原理63-68
• 4.2.1 凸集输出63-66
• 4.2.2 构造权重函数66-67
• 4.2.3 Viterbi算法67-68
• 4.3 人工模拟地震记录处理68-71
• 4.4 实际地震记录处理71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第5章 总结与展望75-77
• 5.1 总结75
• 5.2 展望75-77
• 参考文献77-81
• 作者简介81-82
• 致谢82

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本文编号：553174