地震信号内插与噪音剔除（二）

本文是文献[1]的续篇。前文已介绍一维情况下的信号内插的最佳内插算子,提出了一种可以在空间域较彻底地剔除干扰波的检噪算子。本文将其推广到二维情况,讨论二维F-K域中的信号内插及噪音剔除技术。二维噪音剔除可以在信噪比很低的记录上分离出信号来。通过试验说明,噪音剔除比常规的二维滤波好。     

基于小波分频与径向道变换的联合压制面波方法（英文）

面波是地震记录上严重的干扰波。基于小波变换的面波衰减方法考虑了面波频率低的特点,但是当有效信号和面波干扰存在频率重叠时,其压制效果不理想。径向道变换考虑了面波与有效信号视速度差异,有利于去噪,但是在去除面波的同时也会损害有效信号的低频分量。本文根据面波和有效信号在视速度以及小波域能量的差别,将小波变换的局部分析能力与径向道变换的去噪优势相结合,提出了基于小波分频与径向道变换的联合面波压制方法。首先应用小波变换,将地震记录分解为不同频段,对出现面波的频段作径向道变换,然后再作低切滤波处理,最后利用径向道反变换后的记录与其他频段的记录进行小波重构得到去除面波的记录。两种方法的联合使用提高了小波分频去除面波的能力,同时也较好的保护了有效信号。通过模型数据实验分析和实际资料数据处理的结果表明,本文提出的方法具有较强的去噪能力和良好的保幅性能。     

基于反射地震记录变子波模型提高地震记录分辨率

本文给出了地震记录变子波模型的一种近似数学表达式．基于该表达式研究了反射系数序列不满足白噪假设和子波在地下传播时发生变化这两种情况下地震道谱的组成及结构,讨论了谱白化及反褶积方法在这两种情况下效果不佳的原因．然后基于变子波模型,提出了一种新的提高地震记录分辨率的方法：第一步,用自适应于地震记录的Gabor分子窗把地震记录恰当地划分成若干片断,每段内信号近似平稳,然后将地震记录变换到时间-频率域;第二步,在变换域对每个分子窗内信号的振幅谱进行处理以拓宽频带;最后把处理后的时间-频率域函数反变换回时间域得到提高分辨率后的结果．本文提出的方法具有能较好地适用于反射系数不满足白噪假设的情况及提高分辨率后的地震记录能较好地保持原地震记录的相对能量关系等优点,模型和实际资料算例结果均表明,本文方法在拓宽地震资料频带及保持地震记录局部能量相对关系方面均明显优于谱白化方法．     

塔河地区地震道距大小对去噪效果的分析

目前塔河地区开发地震采用了30m道距,中-近炮检距面波干扰较严重.本文对实际单炮的波场特征进行分析后,分别建立了该区5m、10m、20m和30m道距的单炮模型,然后对不同道距单炮模型进行了FK谱分析,发现采用30m道距时,由于干扰波的空间假频与反射波混叠在一起,FK滤波去噪效果有限;当采用20m道距时,虽然干扰波仍存在空间假频现象,但已能与反射波信号明显区分开,滤波去噪效果明显改善;当道距小于10m时,干扰波不存在空间假频现象,去噪效果最理想.结合实际单炮资料的FK谱及去噪效果分析,说明塔河地区通过减小检波器道距仍有改善地震资料品质的潜力.     

低信噪比地震资料FDOC-seislet变换阈值消噪方法研究

地震数据本质上是时变的,不仅有效同相轴表现出确定性信号的时变特征,而且复杂地表和构造条件以及深部探测环境总是引入时变的非平稳随机噪声.标准的频率-空间域预测滤波只适合压制平面波信号假设下的平稳随机噪声,而处理非平稳地震随机噪声时,需要将数据体分割为小窗口进行分析,但效果不够理想,而传统非预测类随机噪声压制方法往往适应性不高,因此开发能够保护地震信号时变特征的随机噪声压制方法具有重要的工业价值.压缩感知是近年出现的一个新的采样理论,通过开发信号的稀疏特性,已经在地震数据处理中的数据插值以及噪声压制中得到了应用.本文系统地分析了压缩感知理论框架下的地震随机噪声压制问题,建立了阈值消噪的数学反演目标函数;针对时变有效信息具有的可压缩性,利用有限差分算法求解炮检距连续方程,构建有限差分炮检距连续预测算子(FDOC),在seislet变换框架下,提出一种新的快速稀疏变换域———FDOC-seislet变换,实现地震数据的高度稀疏表征;结合非平稳随机噪声不可压缩的特征,提出了一种整形迭代消噪方法,该方法是一种广义的迭代收缩阈值(IST)算法,在无法计算稀疏变换伴随算子的条件下,仍然能够对强噪声环境中的时变有效信息进行有效恢复.通过对模型数据和实际数据的处理,验证了FDOC-seislet稀疏变换域随机噪声迭代压制方法能够在保护复杂构造地震波信息的前提下,有效地衰减原始数据中的强振幅随机噪声干扰.     

共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法

本文提出了一种基于双平方根算子的共炮检距道集波动方程保幅叠前深度偏移方法,将振幅误差补偿作为偏移的一部分与“运动学偏移”一起在偏移过程中实现.其基本内容包括：(1)从保幅的单平方根算子方程出发,推导出由双平方根算子定义的保幅单程波方程;(2)根据地震波摄动理论把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动,分别在频率－波数域和频率－空间域求得波场深度延拓的偏移时移量及振幅校正系数,从而得到最终的DSR保幅波场延拓算子;(3)在高频假设条件下,把DSR保幅波场延拓公式中的积分运算进行稳相近似,得到保幅波场延拓的相移公式.理论分析和模型数值试验表明,该方法不但可以使散射能量聚焦、归位,提高成像精度;而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息,为后续的地震属性分析（如AVO/AVA）提供更真实的地震信息.     

奇异值分解(SVD)实现地震波场分离与去噪新思路

依据不同性质的地震信号（反射波、折射波、直达波、面波、VSP上\下行波、多次波、随机干扰等）之间在运动学、视速度和相干性上的差异,借助某种数学变换、SVD分解与重构联合、时域与频域结合的方式,通过这些间接的处理手段,把要提取的目标信号或要剔除的干扰信号转换到一种相干性更好的空间域中,再进行SVD分解与重构,最充分利用SVD滤波技术特点,实现地震波场分离与去噪,而不是直接对信号进行SVD分解与重构来实现地震波场分离与去噪,这样做可有效地避免以往对SVD波场分离与去噪技术应用空间狭窄、有效信号损失严重等缺陷性.     

基于数据驱动和反演策略的时空域随机噪声衰减方法（英文）

常规的时间-空间域和频率-空间域预测滤波方法假设地震记录由地震信号和随机噪声两部分构成,即所谓的加噪声模型,但是,在对随机噪声进行估算时,又假设随机噪声可以通过预测误差滤波器由地震记录中进行预测,即所谓的源噪声模型。这种前后不一致的噪声模型降低了该类方法的去噪能力和保幅性能。为此,本文提出了一种基于反演的时空域随机噪声衰减方法。它首先从地震数据中估算预测滤波算子,该算子表征了地震信号的可预测性,自适应地描述了地震信号的空间结构。在得到预测误差算子之后,将该算子作为正则化约束引入到地震信号反演系统,由含有随机噪声的地震数据直接反演地震信号。不同于常规随机噪声衰减方法,该方法将随机噪声衰减问题归结为正则化约束下的地震信号反演问题,克服了常规方法噪声模型的不一致性问题。我们采用模型数据和实际数据进行了实验分析,并与常规方法进行了效果对比。实验结果表明:与常规方法相比,本文方法在噪声压制的同时,没有对有效信号产生明显伤害,具有更好的振幅保持能力。     

基于匹配滤波的多次波压制方法研究

常规滤波方法对浅海多次波压制不能取得理想效果.通过改变模型表面边界条件，求解波动方程实现多情景地震数值模拟.利用自由边界条件模拟时获得含海平面强反射多次波地震记录，而利用吸收边界条件时得到理想条件下无多次波地震记录.对比分析多次波对有效地震信号的影响得到海平面强反射多次波改变了有效地震信号的振幅、频率和相位.利用归一化方法计算得到压制多次波滤波器算子，并作用于含海平面强反射多次波地震记录.叠加地震剖面对比分析表明，归一化滤波器算子较好的压制了地震记录中的多次波，提高地震资料分辨率.最后，根据多次波产生条件，给出了利用实际区域简化地质模型的地震数值模拟结果计算归一化滤波器算子的方法，从而利用该方法压制实际地震数据中多次波.     

F-X域复数经验模态分解去噪方法（英文）

F-X域经验模态分解去噪方法在处理非稳态地震数据时存在两个局限,一是单纯剔除第一个固有模态分量将导致有效信号缺失及去噪能力偏弱问题,二是分解复信号时对实部和虚部分别分解存在分解数目不一致的风险。本文对上述两个方面进行了改进,提出了一种新的F-X域投影法复数经验模态分解预测滤波方法,首先采用基于空间投影的复数经验模态分解将F-X域地震数据直接分解为不同的复固有模态分量,然后再对这些分量分别进行F-X域预测滤波。合成记录及实际资料测试表明,本文的新方法能更好地衰减随机噪声,更有效地保持地震信号。     

主动源与被动源地震数据插值及联合数据成像

本文提出了两种情况下主动源数据和被动源数据的插值方法,并研究了两种数据在偏移成像中的互补效果.基于互相关法被动源数据重构原理,本文提出了结合多域迭代去噪技术的重构方法.提出了两种时间域主动源和被动源数据的插值方法,分别是共炮点域能量匹配插值和共检波点域最小平方匹配插值.然后对获得的主动源和被动源联合地震数据进行叠前深度偏移成像.在被动源活跃度不是很高的地区进行被动源地震勘探时,少量的主动源地震数据可以有效控制和补充被动源数据的成像效果.在稀疏炮点的主动源勘探中,有效利用被动源的信息能够在成像中增加更多的细节信息,提高成像质量.     

时频域相位滤波在远震接收函数噪声压制中的应用

宽频带地震观测数据中有效信号和干扰噪声经常发生混频效应,常规的频率域滤波方法很难将二者分离.地震波信号属于时变非平稳信号,时频分析方法能够同时得到地震波信号随着时间和频率变化的振幅和相位特征,S变换是其中较为高效的时频分析工具之一.本文以S变换为例,提出了基于相位叠加的时频域相位滤波方法.与传统叠加方法相比,相位叠加方法对强振幅不敏感,对波形一致性相当敏感,更加利于有效弱信号信息的检测.时频域相位滤波方法滤除与有效信号不相干的背景噪声,保留了相位一致的有效信号成分,显著提高了信噪比.运用理论合成的远震接收函数数据和实际的宽频带地震观测数据检验结果显示该方法较传统的带通滤波方法相比,即使在信噪较低且混频严重条件下,时频域相位滤波方法的滤波效果依然很明显,有助于识别能量较弱的有效信号.     

基于Curvelet变换的地震资料信噪分离技术

在地震资料中,噪声干扰严重影响了有效信号的提取,为此必须进行信噪分离处理.本文提出一种基于Curvelet变换和KL变换相结合的软硬阈值折衷处理方法.首先对地震数据进行Curvelet变换,然后对各尺度系数选取适当阈值压制噪声干扰,再利用KL变换提取数据中的相干有效信号,最后重构得到去噪后的记录.经合成记录和实际地震资料处理实验证明,该方法与小波变换法相比较,更能有效进行信噪分离,提高地震剖面信噪比和分辨率.     

基于一种改进凸集投影方法的地震数据同时插值和去噪

基于稀疏反演的地震插值方法是一种重要的插值方法,然而大多数这类方法只针对无噪声数据或者高信噪比数据插值.实际上,地震数据含有各种噪声,使得插值问题变得更加困难.凸集投影方法是一种高效的插值算法,但是对于含噪声数据的插值效果不理想,针对含噪声数据提出的加权凸集投影方法能够实现同时插值和去噪,但是除了最小阈值需要认真选取外,增加一个权重因子来实现去噪功能.本文由迭代阈值算法推导出加权凸集投影方法,证明其是解无约束优化问题的一种方法,加权因子可以看作拟合误差项的系数.本文还提出了一种改进的凸集投影方法,与原始凸集投影方法相比该方法不需要增加任何计算量,只要通过阈值的选择来进行插值和去噪.数值模拟证明了该算法的计算效率,并且对含噪声数据能够实现较好的插值效果;先插值后去噪的结果证明了同时去噪和插值算法的可靠性和稳定性.     

强噪声环境条件下的浅层地震勘探方法研究

常规方法产生的地震记录难以在提高记录频率成分的同时提高记录的信噪比.而用Mini-Sosie方法产生的地震记录具有较宽的频率范围;同时,由于激发过程为一持续过程,可通过长时间持续激发产生的记录进行相关叠加后得到较强的信号,在持续激发的过程中,由于随机噪声在随地震波传播的过程相互干涉,可在很大程度上压制随机噪声,从而使得地震记录具有较高的信噪比,这可在一定程度上解决常规地震勘探中提高记录主频而降低记录信-噪比之间的矛盾.     

Reconstruction of the near‐offset gap in marine seismic data using seismic interferometric interpolation

In conventional seismic exploration, especially in marine seismic exploration, shot gathers with missing near‐offset traces are common. Interferometric interpolation methods are one of a range of different methods that have been developed to solve this problem. Interferometric interpolation methods differ from conventional interpolation methods as they utilise information from multiples in the interpolation process. In this study, we apply both conventional interferometric interpolation (shot domain) and multi‐domain interferometric interpolation (shot and receiver domain) to a synthetic and a real‐towed marine dataset from the Baltic Sea with the primary aim of improving the image of the seabed by extrapolation of a near‐offset gap. We utilise a matching filter after interferometric interpolation to partially mitigate artefacts and coherent noise associated with the far‐field approximation and a limited recording aperture size. The results show that an improved image of the seabed is obtained after performing interferometric interpolation. In most cases, the results from multi‐domain interferometric interpolation are similar to those from conventional interferometric interpolation. However, when the source–receiver aperture is limited, the multi‐domain method performs better. A quantitative analysis for assessing the performance of interferometric interpolation shows that multi‐domain interferometric interpolation typically performs better than conventional interferometric interpolation. We also benchmark the interpolated results generated by interferometric interpolation against those obtained using sparse recovery interpolation.     

基于Contourlet域自适应Wiener阈值的同时震源波场分离

同时震源数据包含了多炮之间的串扰噪声,不能直接用于常规数据处理流程.因此,需要对混叠的波场进行分离得到常规采集的单炮记录.本文基于稀疏迭代反演分离,提出了一种具有尺度与空间自适应的Wiener阈值选取方法.该阈值选取方法能够根据不同迭代环境计算不同尺度下串扰噪声的方差和不同空间位置有效信号的方差,从而自适应调整阈值大小,最终通过对变换域系数进行收缩来达到去除串扰噪声的目的.理论模型数据和实际数据测试结果表明,本文方法能够快速有效地压制串扰噪声和保护弱有效信号,取得了比Contourlet域子带一致Wiener阈值方法和Curvelet域指数衰减阈值方法更好的分离效果.     

金属矿山地地区地震勘探随机噪声的波动方程模拟

消减随机噪声是目前陆地地震勘探数据处理的关键问题之一,分析随机噪声的产生机制及特征是对其进行有效压制的先决条件.本文针对中国南方山地金属矿区的勘探环境,根据随机噪声中包含的自然噪声和人文噪声的发声机理分别确定其噪声源函数,以波动方程作为噪声传播模型对山地地区随机噪声进行建模,将随机噪声作为一个综合波场,并且与实际噪声记录进行比较.随机噪声记录作为时空域的二维随机过程,分别对模拟噪声和实际噪声记录的时间域波形(振动图)特征包括频谱、功率谱密度,相空间轨迹图,统计量特征(能量分布,累积分布,均值,方差,峰度,偏度),和空间域波形(波剖面)特征包括波数谱和统计量特征进行比较,对比结果显示在时空域模拟噪声和实际噪声都有基本相同的性质,证明了本文对随机噪声模拟方法的可行性,为进一步研究随机噪声时空域传播特性以及噪声消除奠定理论基础.     

自适应Kalman滤波反褶积的快速实现方法

提出了以二进小波变换为基础的自适应Kalman滤波反褶积(AKFD)新方法，针对该方法的计算复杂程度，提出了一种快速实现方法.二进小波变换的AKFD抛弃了传统预测反褶积对信号平稳性的假设，克服了提高分辨率而信噪比明显降低的问题，具有很好的抗噪性能.在小波域进行的AKFD在压制假反射以及提高分辨率方面比时间域的AKFD好，克服了在时域内进行AKFD抬升低频成分的缺陷.利用二维地震数据的局部平稳性的假设提出了快速实现方法，通过分段求取自适应预测算子，分别于横向及纵向采用样条插值的方法进行插值，来减少求取自适应预测算子的计算量，达到快速实现的目的.经过大量实验表明计算速度提高数百倍，仍能保持原来的计算效果.