基于小波模极大值的地震信号去噪研究

小波分析在时域和频域具有很好的局部化特性,是分析和处理数字信号强有力的工具。文章将基于小波变换的模极大值去噪算法应用到地震信号的去噪研究中。首先依据相关理论验证算法的有效性,并对红山基准台的地震数据进行去噪分析处理。结果表明,去噪后的信号有效去除了大部分毛刺,去噪效果良好,噪声得到很好的抑制。为实现数据处理的界面化及易操作,在基于小波变换模极大值去噪算法比较分析的基础上,设计一个地震信号去噪系统分析界面,从而实现数据去噪的可视化应用。     

第二代小波变换及其在地震信号去噪中的应用

本文讨论了第二代小波变换的基本原理和变换过程，并将第二代小波变换引入到地震资料去噪处理中，基于提升法的小波变换是一种柔性的小波构造方法，它使用线性、非线性或空间变化的预测和更新算子，并能确保变换的可逆性。通过对模拟数据和实际资料的处理，证明了的它对地震信号去噪具有很好的效果。离散信号的小波去噪可分为三步：小波分解，系数缩减（切除噪声部分），信号重建。目前常用的小波去噪的方法有硬阈值法和软阈值法，这里采用软阈值法去噪。本文的提升变换采用的是Deslauriers-Dubuc（4，2）小波，基于以上变换方法，分别对含噪的模拟数据及实际地震数据进行3级可逆提升变换，对每一级上的细节信号按上述的软域值法进行处理，削减小波系数中的噪声部分，从而实现了信号去噪，结果证明去除随机噪声的效果是令人满意的。     

瞬变电磁数据交叉型组合域去噪技术研究与应用

高效的瞬变电磁数据处理对后续的精确地质解译具有决定性的作用,而数据信号的去噪是数据处理环节的重中之重.时频分析方法是当前广泛应用于瞬变电磁数据处理去噪领域的主要方法技术,但其基本是单域方法的应用探索,各自单域方法实际应用效果不尽人意.本文基于曲波变换、小波变换及高阶相关统计技术,进行了交叉型组合域瞬变电磁数据去噪技术的研究与探索.通过引入高阶相关统计理论提供自适应的阈值函数、采用小波变换进行残留噪声成分小波系数分解,结合曲波变换正反过程实现交叉型组合域去噪技术.设计了包含随机噪声、相关噪声的数值模拟合成数据去噪算例验证了本文方法的可行性.将本文方法应用于两个实测数据去噪分析,表明本文方法可有效解决不同复杂程度的含噪声瞬变电磁数据去噪领域.研究成果为瞬变电磁高精度数据处理提供了新的技术手段.     

小波分析在提高核磁共振找水信号信噪比中的应用探讨

地面核磁共振(SNMR)找水方法是目前唯一能直接找到地下水的地球物理新方法。由于该方法接收灵敏度高,因此对电磁噪声也很敏感。为了提高信噪比和新方法的找水效果,必须对接收到的信号进行去噪处理。本文使用了小波分析去噪提高核磁共振信号信噪比的方法,并通过对湖北省新洲工区和王家湾工区实测数据的小波处理和对比分析,证明了这种方法的有效性。     

基于核主成分分析的时间域航空电磁去噪方法

时间域航空电磁数据往往在测量过程中受到天然和人文噪声的干扰.如果不能很好滤除这些电磁噪声,那么将会降低资料质量、影响反演的精度,甚至获得错误的解释结果.本文提出了一种基于核主成分分析的去噪方法,通过核主成分分析提取叠加后衰减曲线的主成分,然后使用能量占比方法分离反映地下介质的有效信号和噪声,最后使用反映地下介质的特定成分进行重构.本文所推荐的去噪方法不仅能剔除天然噪声,例如天电产生的尖脉冲或者振荡,而且能有效地抑制人文噪声.分别使用基于核主成分分析的去噪方法,以及AeroTEM软件的处理方法对同样的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统实测数据进行处理,并比较其结果.处理结果表明:所推荐的去噪方法要优于AeroTEM软件.     

基于核主成分分析的时间域航空电磁去噪方法

时间域航空电磁数据往往在测量过程中受到天然和人文噪声的干扰.如果不能很好滤除这些电磁噪声,那么将会降低资料质量、影响反演的精度,甚至获得错误的解释结果.本文提出了一种基于核主成分分析的去噪方法,通过核主成分分析提取叠加后衰减曲线的主成分,然后使用能量占比方法分离反映地下介质的有效信号和噪声,最后使用反映地下介质的特定成分进行重构.本文所推荐的去噪方法不仅能剔除天然噪声,例如天电产生的尖脉冲或者振荡,而且能有效地抑制人文噪声.分别使用基于核主成分分析的去噪方法,以及AeroTEM软件的处理方法对同样的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统实测数据进行处理,并比较其结果.处理结果表明：所推荐的去噪方法要优于AeroTEM软件.     

强人文干扰环境的电磁数据小波去噪方法研究

大地电磁法(MT)以成本低廉,探测深度大、水平方向分辨能力高等优点,在矿产资源勘探方面得到广泛应用.然而,在老矿区或者矿区周围进行二次探矿时,强人文干扰严重影响观测数据的质量,导致反演结果出现偏差,甚至出现错误的解释结果.因此,需要对观测数据进行降噪处理.结合多分辨率分析算法和小波阈值算法的特点,本文提出了综合小波算法:采用db3小波基;基于多分辨率分析算法,去除长周期噪声;基于小波阈值算法,将Bayes估计配合改进型阈值函数去除短周期噪声干扰.对实测数据的处理结果显示,处理后的数据的时间序列以及视电阻率曲线质量都有了明显的改善,近源效应得到有效的抑制.     

基于小波自适应阈值去噪的MT信号处理方法

针对常用大地电磁(magnetotelluric,MT)信号小波阈值去噪中阈值函数和阈值选取的不足,选取一种新的阈值函数,并提出了基于小波变换多分辨Stein无偏风险估计,自适应的获得最优阈值的方法;给出了新函数和自适应阈值的确定方法;在与小波硬、软阈值去噪、小波模极大值法去噪结果对比的基础上,用仿真实验验证了方法的可行性;最后用内蒙某地实测的大地电磁数据进行了去噪效果的对比研究.结果表明:本文选取的新函数和自适应阈值的确定方法是正确、有效的,克服了常用小波硬、软阈值去噪的缺点;去噪后大地电磁信号变得平稳,估算的响应参数方差减小,曲线更为圆滑、连续,为后续的地质解释和评价提供了更为准确的信息.     

矿区近场源噪声对大地电磁测深数据的影响及其压制方法

大地电磁测深采集的是天然电磁场,具有振幅微弱、频带宽的特点.在人文活动密集地区,电磁噪声干扰日趋严重,导致大地电磁测深曲线具有明显的近场源效应.本文利用电偶极子理论模型分析了电磁相关噪声对大地电磁测深数据的影响特征,并对湖南衡阳某矿区噪声实验数据进行了讨论,分析了矿区噪声的特点.分别利用远参考方法和基于大地电磁时间序列依赖关系的去噪方法对实验数据进行了处理.研究结果表明:矿区近场源噪声的频率一般大于0.1 Hz,远参考方法可以压制高频部分近场源噪声,但在0.1 Hz附近仍存在跳点;基于大地电磁时间序列依赖关系的去噪方法也可以压制矿区强相关噪声,抑制近场源效应,其效果要好于远参考的处理;两种方法结合可以更好的压制强噪声,基本消除了近场源效应,有效提高了大地电磁测深数据的信噪比.     

基于稀疏表达的OBS去噪方法

海底地震仪（OBS）采集数据的去噪处理是开展OBS震相分析及后续处理反演的基础.本文结合曲波（Curvelet）变换及压缩感知提出一种稀疏化表达的OBS去噪方法,并通过与小波变化对比等探讨去噪效果.曲波变换具有抛物尺度及识别线性异常的优点,可以稀疏地表示OBS数据,再结合压缩感知思想对稀疏表达OBS数据进行去噪处理和重构.通过对变换后的系数进行基于L₁范数的冷却阈值迭代滤波,获得最优的变换系数,本文指出基于曲波变换的冷却阈值迭代法能够很好地对OBS数据去噪.对比小波和曲波两种变换在相同迭代次数下对理论模型数据进行去噪处理,表明曲波变换得到的结果信噪比更高.利用本文方法对渤海地区采集的OBS数据进行去噪处理获得了更加清晰连续的震相,噪声压制效果更明显,为震相拾取及后续速度模型反演奠定了良好的基础.     

基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离

为了剖析大地电磁信号和强干扰的本质特征,进一步精细分离出微弱的大地电磁有用信号,提出基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离方法.首先,运用递归分析法扩展大地电磁一维时间序列的维数,分析了嵌入维数、延迟时间和判别阈值对递归图的性能,并研究了不同长度的序列对递归定量分析参数的影响情况,然后,构建典型的大地电磁强干扰类型和微弱的大地电磁有用信号样本库,针对样本库讨论了强干扰和微弱大地电磁信号之间的递归定量分析参数,分析了K均值聚类和模糊C均值聚类的信噪辨识效果.最后,对实测大地电磁数据进行信噪辨识处理,并仅对辨识为强干扰的时间段采用数学形态滤波进行噪声压制.实验结果表明,递归分析能定性及定量地描述大地电磁信号时间序列的非线性特征和原动力系统的本质规律,与聚类算法相结合能对矿集区实测大地电磁信号进行信噪辨识;处理后的卡尼亚电阻率-相位曲线更为光滑、连续,其结果更为精细地保留了大地电磁信号低频段的缓变化信息,整个低频段的大地电磁数据质量得到了明显改善.     

基于压缩感知重构算法的大地电磁强干扰分离

为压制大地电磁信号中的强人文干扰,提出一种基于压缩感知重构算法的大地电磁信号去噪方法.通过构建与常见典型强干扰相匹配而对有用信号不敏感的冗余字典原子,利用改进的正交匹配追踪算法,分离出大地电磁信号中的强干扰成分.为了验证所述方法的强干扰分离效果,首先通过在实测大地电磁信号中加入理想的强干扰信号进行了仿真分离实验,然后从大量实测数据中选取三种含有不同类型强干扰的时间域片段,用所述方法对实测数据中的强干扰进行分离,最后将所述方法应用于青海试验点以及庐枞矿集区某测点实测数据的综合处理.仿真实验结果表明,该方法在分离出强干扰的同时,能够较好地保留有用信号.实测数据处理结果表明,该方法能够有效压制强干扰,改善强干扰区大地电磁数据的质量.     

基于广义S变换的大地电磁测深数据处理

S变换是一种优于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法.采用广义S变换进行大地电磁场时间序列频谱分析,一方面能够提高对电磁噪声成分的时间定位能力,便于实现电磁噪声的滤波处理;另一方面可以增加频谱系数的个数,从而改善大地电磁阻抗张量元素的统计特性.本文从广义S变换和大地电磁测深数据处理方法的原理出发,给出了采用叠加窗函数的离散广义S变换形式,讨论了广义S变换窗口宽度比例因子、窗口宽度与可提取频谱系数个数之间的关系,定义了利用离散广义S变换时频谱计算大地电磁场分量功率谱公式;在此基础上,研究了基于S变换时谱频的大地电磁测深数据ROBUST处理方法.最后,通过实测资料进行方法检验,结果表明本文方法比短时傅里叶变换处理效果更好,并且有利于识别和压制电磁噪声.     

基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声处理

本文从信号与系统的角度讨论了同步大地电磁时间序列信号之间的依赖关系,选取高信噪比的时间序列信号作为先验数据,用最小二乘法估算依赖关系;结合参考道的数据,合成本地道含噪声时段的数据,最后用合成数据替代噪声段数据,组成新数据,从而在时域中去除大地电磁噪声.西藏地区高信噪比实测数据的试算结果表明,无论电场还是磁场,信号之间的依赖关系是相对稳定的,只与先验数据的长度有关,与时间无关;虽然不同参考点之间的依赖关系不同,但都可以精确合成本地点数据,与参考点地下电性结构和参考距离无关.仿真实验显示,去噪后的信号与原始信号基本一致.实测数据处理结果表明,该方法可以有效去除强噪声干扰,抑制中高频段的近场源效应,同时保留了微弱的有效信号,保证了处理结果的正确性.最后针对方差比方法无法识别的方波噪声,提出了一种简单的平移方法,成功去除了持续时间大于窗口长度的方波噪声;将该方法与远参考技术结合,可以有效抑制近场源噪声干扰,获得光滑连续并且可信的测深资料.     

Cancelling directional EM noise in magnetoteilurics1

The prospecting of densely urbanized areas by the measurement of magnetic and electric natural fields is severely hampered by electromagnetic (EM) noise. Active man-made EM noise sources can generally be considered fixed in space, thus affecting the magnetotelluric (MT) signals of a measuring site mainly along their polarization directions. Taking advantage of the impulsive nature of polarized EM noise, a time-domain directional noise cancelling (DNC) technique is proposed. The comparison of noisy data with data predicted, using a low noise reference signal or with data interpolated whenever no reference is available, allows the detection of the most likely noise sources with prevailing directional patterns using a Bayes's criterion. The DNC approach is general and can be adapted, depending on the reference signal used (single-site or remote-reference). In field data, hodograms of the prediction residuals basically confirm the directional noise model assumed in DNC. An example is presented in which the DNC technique has been applied to a single-site MT survey carried out in northern Italy, where the signal was heavily corrupted by noise with prevailing directional properties due to the densely urbanized area. MT apparent resistivities and phases obtained at the site of the survey before and after DNC are presented and discussed.     

基于提升算法和百分位数软阈值的小波去噪技术

在地震勘探领域,随机噪声一直是影响地震信号信噪比的主要因素之一,如何从被干扰的地震信号中有效去除随机噪声并保护有用信号具有重要的意义.针对经典小波变换在计算效率方面的缺陷,本文推荐应用提升算法实现第二代小波变换的构建,分析和对比了提升算法(Lifting Scheme)下不同小波变换方法的特性,选取更加符合小波域去噪原理的CDF 9/7双正交小波变换作为基本算法,同时应用了简单、有效的百分位数(Percentiles)软阈值进行信噪分离.通过理论模型处理,本方法可以在去噪能力和保护有用信号之间找到很好的平衡点.实际剖面的处理效果表明,此方法不仅能有效的滤除随机噪声,而且很好地保护有用信号,提高地震数据分析的精确性.     

CS3301在长周期大地电磁测深仪中的应用研究

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件Final.asc中发现它的电场信号测量分辨率为0.01 mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01 nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100 M时,测量精度可达0.001 mV/km,高于LEMI-417的0.01 mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006 nT,高于LEMI-417的0.01 nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.     

基于经验模态分解的分数维地震随机噪声衰减方法

经验模态分解算法(EMD)是一种基于有效波和噪声尺度差异进行波场分离的随机噪声压制方法,但由于实际地震数据波场复杂,导致模态混叠较严重,仅凭该方法进行去噪很难达到理想效果.本文基于EMD算法对信号多尺度的分解特性,结合Hausdorff维数约束条件,提出一种用于地震随机噪声衰减的新方法.首先对地震数据进行EMD自适应分解,得到一系列具有不同尺度的、分形自相似性的固有模态分量(IMF);在此基础上,基于有效信号和随机噪声的Hausdorff维数差异,识别混有随机噪声的IMF分量,对该分量进行相关的阈值滤波处理,从而实现有效信号和随机噪声的有效分离.文中从仿真信号试验出发,到模型地震数据和实际地震数据的测试处理,同时与传统的EMD处理结果相对比.结果表明,本文方法对地震随机噪声的衰减有更佳的压制效果.     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量;叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.