海洋可控源电磁数据典型预处理及几种去噪方法研究

发布时间：2017-04-15 15:03

  本文关键词：海洋可控源电磁数据典型预处理及几种去噪方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着世界能源需求的不断增加，对于深海区油气资源的开发变得愈发重要。海洋可控源电磁法（Marine Controlled-Source ElectroMagnetic method，MCSEM）是探测海底油气资源的一种相对“新兴”的地球物理方法，通过几十年的理论发展以及近十几年在海底油气储层探测的实际应用，取得了比较显著的效果。目前主流的勘探方式是把接收机投置于海底，勘探船拖拽水下发射系统进行MCSEM信号的激发，通过处理和分析海底接收机接收到的电场和磁场信号来研究海底目标储层的性质，识别高阻油气层，从而提高钻井成功率。我国在MCSEM方法研究领域尚属起步阶段，缺少系统的数据处理流程，因此本次研究设计了一套相对完善的MCSEM数据预处理流程，并实现了相应的MCSEM预处理系统。另外，由于深海海底环境复杂，在选定合适的收发距和发射频率的海底条件下，MCSEM的测量结果会受到不同类型的噪声干扰，直接影响后续的解释精度及反演结果。本次研究特别针对MCSEM信号中噪声的特点进行分析，尤其针对中、远收发距信噪比较低的问题提出了压制噪声的方法。通过模型和实测数据对本次研究提出的去噪方法进行测试，结果表明本文提出的研究方法能有效地提高数据的信噪比，对于提高解释精度和反演数据质量具有重要意义。 由于实际勘探中接收机和导航数据文件为不同的数据格式，因此预处理需要研究不同数据文件的时间匹配关系，正确提取出MCSEM数据区间为下一步处理提供数据来源。将得到的电场或磁场分量的时间域数据按基频信号的采样周期分窗口，进行傅里叶变换，提取出每个窗口相应频率的振幅值并与发射源航行数据合并，得到该频率对应的MVO（Magnitude Versus Offset）曲线和PVO（Phase Versus Offset）曲线。重点研究了当时间域数据子窗口为非周期情况下出现的频谱泄漏现象，通过对几种不同的窗函数进行了比较分析，提出了解决频谱分辨率低的处理方案。在系统的研究数据预处理方法后，本次研究实现了相应的MCSEM数据预处理系统，形成了具有自主知识产权的软件。 通过对实测数据中噪声干扰的初步分析，结果表明目标噪声干扰主要是低频的天然电磁场和海底洋流噪声干扰，并且当收发距逐渐增大时，接收机接收到有效信号的能量逐渐减小，在中、远收发距处低频噪声将有效信号淹没。根据MCSEM响应信号的信噪比随收发距的变化特点，本文提出了频率域振幅叠加方法、时变平滑滤波方法以及时变双边滤波方法压制噪声。其中频率域振幅叠加方法通常根据数据长度选择叠加两倍或四倍窗口的频谱，用叠加后的频谱代替原频谱实现滤波；时变平滑滤波方法与时变双边滤波方法处理时，对MCSEM数据低信噪比部分进行分段处理，随着信噪比的逐渐降低，通过滤波器的平滑半径逐渐增大的方法压制MCSEM噪声。相比于平滑滤波器，双边滤波器对于含噪声的方波信号有更好的边缘保护效果。 为了研究处理效果，建立了三种不同的一维海底均匀层状介质模型：第一种模型为不含油气高阻层的模型、第二种是低采样率含油气高阻层模型、第三种模型为高采样率含油气高阻层模型。利用前两种模型讨论了不同发射频率、不同场分量和有无油气高阻层对应的MCSEM信号响应特征，给出介质和波场响应的对应关系。将频率域振幅叠加方法以及两种非线性时变滤波方法应用到第三种模型中，分析不同方法对于噪声的处理能力。讨论了不同方法的参数选取原则，给出了综合去噪处理方案。为了进一步验证本文提出的时变滤波方法的有效性，文中采用OCCAM一维反演分别对去噪前和去噪后的反演结果进行对比，给出了适用性分析结论。 最后，将本文提出的去噪方法应用到实测数据中，并对去噪结果进行分析。结果表明：处理后的MVO曲线在近收发距数据高保真的前提下，在中、远收发距得到更合理的衰减关系，，同时提高了用于后续处理的MCSEM数据质量，为MCSEM信号中的噪声压制方法提供了新的技术手段，也为相关领域的研究提供了借鉴意义。
【关键词】：海洋可控源电磁法 数据预处理 噪声压制 时变平滑滤波 时变双边滤波
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题背景及研究意义12-14
• 1.2 研究现状14-17
• 1.2.1 海洋可控源电磁法的研究现状15-17
• 1.2.2 海洋可控源电磁信号噪声压制方法的研究现状17
• 1.3 研究内容及创新点17-20
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 论文创新点18-20
• 第2章 海洋可控源电磁法勘探关键问题分析20-40
• 2.1 海洋可控源电磁法理论基础20-26
• 2.1.1 数学控制方程22-23
• 2.1.2 边界条件23-24
• 2.1.3 趋肤深度24-26
• 2.2 海洋可控源电磁法的仪器设备26-28
• 2.2.1 发射机26-27
• 2.2.2 多分量接收机27-28
• 2.3 海洋可控源电磁法的信号收发模式28-34
• 2.3.1 海洋可控源电磁信号接收模式29-30
• 2.3.2 椭圆极化30-31
• 2.3.3 发射波形31-34
• 2.4 海洋可控源电磁法一维正、反演34-39
• 2.4.1 一维各向同性海底地层正演模拟35-36
• 2.4.2 Occam 一维反演36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 海洋可控源电磁数据预处理典型方法及流程40-72
• 3.1 海洋可控源电磁数据预处理典型方法40-53
• 3.1.1 NetCDF 数据文件解编40-41
• 3.1.2 数据预处理41-47
• 3.1.3 数据预处理中傅里叶变换的时频转换精度研究47-53
• 3.2 海洋可控源电磁数据预处理流程53-70
• 3.2.1 进入系统及数据输入54-58
• 3.2.2 数据检查58-63
• 3.2.3 数据预处理63-65
• 3.2.4 数据输出65-67
• 3.2.5 多通道数据批处理67-70
• 3.3 本章小结70-72
• 第4章 典型模型数值模拟及数据分析72-100
• 4.1 海洋可控源电磁信号噪声特征分析73-75
• 4.1.1 海洋可控源电磁信号噪声分类73-74
• 4.1.2 海洋可控源电磁信号噪声特征74-75
• 4.2 一维海底地层正演模拟75-82
• 4.2.1 不同发射频率的 MCSEM 信号响应76-78
• 4.2.2 有、无油气高阻层的 MCSEM 信号响应78
• 4.2.3 不同场分量的 MCSEM 信号响应78-79
• 4.2.4 模拟含噪声 MCSEM 信号响应79-82
• 4.3 频率域振幅叠加方法及数据分析82-84
• 4.4 时变平滑滤波方法及数据分析84-90
• 4.4.1 传统平滑滤波方法84-87
• 4.4.2 时变平滑滤波方法及数据分析87-90
• 4.5 时变双边滤波方法及数据分析90-96
• 4.5.1 传统双边滤波方法90-93
• 4.5.2 时变双边滤波方法及数据分析93-96
• 4.6 压制噪声后的 MCSEM 信号响应在反演中的效果分析96-98
• 4.7 本章小结98-100
• 第5章 实测数据处理及分析100-110
• 5.1 频率域振幅叠加方法在实测数据中的应用103-104
• 5.2 时变平滑滤波方法在实测数据中的应用104-105
• 5.3 时变双边滤波方法在实测数据中的应用105-107
• 5.4 本章小结107-110
• 第6章 结论与展望110-114
• 6.1 结论110-112
• 6.2 展望112-114
• 参考文献114-122
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果122-124
• 致谢124

【参考文献】

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本文编号：308629