基于块匹配的地震噪声压制改进方法的研究

发布时间：2019-03-04 17:04

【摘要】：作为石油和天然气等传统资源的开发手段,地震勘探得以长久进步和发展。在地震勘探的信号采集阶段,检波器接收到的地震波中含有包括噪声在内的所有压裂信息。而在地震资料的分析、解释过程中,只有有效波能提供有价值的地层信息;混杂在地震资料中的随机噪声大大增加识别有效波的困难程度。因此,研究一种能有效提高地震资料的信噪比和分辨率的随机噪声压制方法是十分必要的。本文的主要研究内容是地震信号中随机噪声消减的实现方法。地震资料噪声压制问题作为世界各国地质学家研究的热点,现存有很多行之有效的解决方案。其中,时频峰值滤波(Time-Frequency Peak Filtering,TFPF)算法无论在信噪比提升效果还是计算时间复杂度上都表现优异。本文首先分析了传统时频峰值滤波及其改进算法——抛物轨线时频峰值滤波(Parabolic-Trace Time-Frequency Peak Filtering,PT-TFPF)算法的原理,并分析总结出时频峰值滤波系列方法实现无偏估计的条件。其次通过在人工合成地震记录和实际地震资料上的实验验证了两种算法的优点和不足,为后续改进做好准备。根据TFPF算法的无偏估计条件,为了提高待处理序列线性度,满足地震信号的保幅要求,本文提出了基于块匹配的时频峰值滤波改进方法(Time-Frequency Peak Filtering based on Block Matching,BM-TFPF)。BM-TFPF算法将原信号分解为一系列大小相同、相互重叠的子块。由于地震同相轴具有时空相似性,因此相邻同相轴上的子块波形相似。该算法通过计算各个子块与邻域内其他子块的欧氏距离来衡量子块间的相似程度,并将满足相似判别条件的子块按列重新排列成一个新矩阵。由于矩阵的各列是相似的,因此矩阵行方向上的线性度较高,对新组成的矩阵进行行方向的时频峰值滤波可以得到近似地无偏估计。最终将所得的各子块估计放回子块的原始位置,并进行加权聚合得到噪声消减后的地震资料估计。相比于PT-TFPF算法,BM-TFPF算法不仅实现了线性度的自适应提升,而且避免了固定窗长对不同频率有效波的峰值衰减,提高有效信号的保幅程度。针对高频段噪声压制困难问题,考虑到地震有效信号与随机噪声的频率特性以及空间方向特性(有效信号是各向异性的,而随机噪声是各向同性的),本文提出了基于块匹配的双树复小波消噪的改进方法(The Improved Method based on Block Matching in Dual-Tree Complex Wavelet Transform,BM-DTCWT)。首先,考虑到有效信号与随机噪声的方向性差异,BM-DTCWT算法采用各向异性的二维双树复小波(Dual-Tree Complex Wavelet Transform,DTCWT)对原始地震资料进行分解。在信号较为明显的低频尺度,通过计算能量判断各方向分量的信号含量,在不同方向分量上采用不同的阈值实现噪声压制。本算法在有效信号含量较少的方向上率先滤除大量随机噪声,保护了有效信号的细节信息。其次,针对高频段有效信号微弱,难以实现噪声压制的问题,BM-DTCWT算法根据有效波的时空相似性,利用块匹配算法构建低秩矩阵,然后利用奇异值分解实现低秩逼近,以达到高频分量的滤波目的。最后将噪声压制后的各个分量进行双树复小波重构得到去噪后的地震资料。本文在研究了TFPF和DTCWT两种时频消噪算法的基础上,构建了两种对应的噪声压制改进方案,并把他们应用到人工合成记录与实际地震资料中验证其可行性及有效性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.44

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本文编号：2434450