数学形态滤波与大地电磁噪声压制

数学形态滤波是一种新型的非线性滤波方法.介绍了形态学滤波的基本原理,针对大地电磁信号表现出的非线性、非平稳性和非最小相位特性,综合结构元素特征我们提出一种基于数学形态滤波的大地电磁噪声压制方法.为了有效抑制目标信号中的噪声干扰及修正统计偏倚现象,通过选用合理的结构元素及形态开-闭、闭-开组合,将正、负结构元素级联构造组合广义形态滤波器对实测大地电磁信号进行噪声压制.实验结果表明,该方法是切实可行的,有效地剔除了大尺度干扰及基线漂移,较好地还原了大地电磁信号的原始特征,修正了标准形态算子所产生的统计偏倚现象,去噪精度高.该方法计算速度快,具有潜在优势,为矿集区海量大地电磁信号与强干扰的分离提供了一条新的途径,应用前景广阔.     

基于EMD与EEMD的最优降噪光滑模型在地震波中的应用

目前地震波在地质构造探测和结构损伤检测中具有广泛的应用。文中将EMD和EEMD算法建立的最优降噪模型应用于地震信号去噪中。首先通过低通滤波和带通滤波算法对比分析降噪效果。然后通过对光滑性系数α取不同的值比较信号的光滑性。并利用模拟信号添加高斯白噪声干扰，在同时考虑将信号光滑性和相似性的情况下用最优降噪光滑模型对数据进行处理，最后用实际地震波验证模型在地震波数据处理中应用的可行性。结果表明，EMD和EEMD最优降噪光滑模型都能对地震波进行降噪和光滑性处理，带通滤波与EEMD算法建立的最优降噪光滑模型效果较好。在实际应用中具有更好的效果。      

基于深度学习的复杂地质条件下地震波初至拾取研究

随着地质勘探工作不断深入到西部山地、戈壁等复杂地质环境中,数据量的指数增长以及采集所得的地震数据信噪比较低,导致早先的地震初至波自动拾取方法效率低下,精度不高,必须通过专家拾取干预才能满足实际工程需求．本文提出一种可以解决复杂地质条件下低信噪比的地震波初至自动拾取方法,本方法在地震波的初至拾取时,对地震数据进行了特殊的特征工程处理,然后采用多种语义分割网络模型对处理后的小批量数据进行训练,并把训练得到的网络模型用于低信噪比的地震波初至拾取工作．方法具体步骤为,首先通过地震数据预处理,即将进行线性校正等步骤处理后的地震数据裁剪为合适的大小以达到网络数据输入要求;接着,用两种不同的标注方式标注样本,并进行分析对比,得到初至到来之前和初至到来之后（包含起跳点）的二分类问题;然后,选择不同的语义分割网络模型进行测试,并根据模型最终的拾取率和IoU评估指标对比结果,得到实验效果最佳的网络模型;最后,对于一些异常的初至点,选取异常点上下十个样本点,通过比较它们之间的振幅大小,判断振幅值最大的样本点为最终的初至点．预测结果表明,本文提出的初至拾取方法对低信噪比信号有更好的效果．     

基于自适应多分辨率奇异值分解的大地电磁数据处理

针对强电磁干扰极易掩盖微弱的大地电磁有用信号,本文结合奇异值分解在去噪方面的优越性,提出基于自适应多分辨率奇异值分解(Adaptive Multi-Resolution Singular Value Decomposition, AMRSVD)的大地电磁数据处理方法.首先对大地电磁数据构建Hankel矩阵,利用MRSVD得到不同分辨率的近似信号和细节信号;然后选用近似信号和细节信号的标准差差值,对大地电磁数据进行信噪辨识;接着结合MRSVD和相邻细节信号的标准差差值,提出先验信息未知情况下的AMRSVD法;最后对辨识出的强干扰运用AMRSVD去除噪声,重构有用信号.实验结果表明,该方法的处理效率高,能有效分离出相关性较强的噪声,时间序列和视电阻率-相位曲线均得到有效改善.     

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.     

基于连续小波变换的大地电磁信号谱估计方法

在基于连续小波变换的大地电磁信号谱估计方法中 ,通过引入整体平均、小波系数收缩和显著性检验等统计技术 ,以提高谱估计的精度 .文中同时讨论了连续小波变换中各种参数的选取问题 ,给出了Morlet小波函数中尺度与傅里叶频率之间转换的经验公式 ,并给出了谱估计的具体算法 .结果表明 ,本文方法可有效压制较强的白噪声和局部相关噪声 .与FFT谱估计方法相比 ,该方法大大降低了对信号记录长度的要求 ,因而对大地电磁信号的处理有实际意义 .     

Hilbert-Huang变换与大地电磁噪声压制

大地电磁信号具有非线性、非平稳、非最小相位特征,不符合以Fourier变换为基础的传统功率谱估计的基本要求. Hilbert-Huang变换是近年发展起来的处理非线性、非平稳信号的完全局部时频分析方法. 本文在简要介绍Hilbert-Huang变换基本原理与算法基础上,以实际数据分析为例,探讨了它在大地电磁信号处理及噪声压制中的应用. 提出利用Hilbert时-频能量谱对大地电磁信号进行时段筛选,以提高信号品质,增强数据处理的质量和资料的可解释性. 利用经验模态分解方法及其多尺度滤波特征,可以有效地分析MT信号中的噪声分布特征,并进行干扰压制.     

线性粘弹介质中地震波场数值模拟

本文将以往两种粘弹介质中地震波模拟方法的优点结合起来，以模型理论和积分本构方程为基础，从理论上分析了模型对地震波场的影响；采用交错网格有限差分法对粘弹介质中的地震波进行数值模拟.数值计算结果表明该方法不仅便于计算，同时也便于从力学的角度来分析地震波的传播.数值计算结果与理论分析一致，说明这种方法可以更为有效地模拟粘弹介质中地震波的传播.     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的"过处理"、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.     

南黄海海底大地电磁测深试验研究

针对南黄海盆地深层地震地质条件差,地震波受屏蔽,能量严重衰减,在海洋反射地震资料中很难识别反映中-古生界的反射地震波组,不能满足南黄海盆地前第三系油气资源前景评价的需要等问题,于2006年5月,开展了南黄海海域海底大地电磁测深试验,在盆地内五莲斜坡和胶州凹陷区布设了3个海底大地电磁测深点,取得了可靠的海底观测数据.本文详细阐述了海底大地电磁测深与常规大地电磁测深在数据处理方法上的差别,论述了海洋电磁噪声对海底大地电磁场观测的影响,提出了海底大地电磁场实测资料“水平姿态”校正、“方位”校正和“海洋电磁噪声”校正的方法.通过对试验观测资料的处理和反演,并结合地质、物性资料进行综合分析,结果表明在南黄海盆地海底以下深部还存留有古生代地层,这对于南黄海前第三系含油气前景的评价具有重要意义.试验结果也证明了海底大地电磁测深技术在研究古生代残留盆地方面的问题可以发挥相当好的作用.     

迭代累积平方和算法与自回归赤池准则算法在地震信号到时估算中的比较研究

介绍了不同于自回归赤池准则算法(AR-AIC)的另外一种到时估算方法累积和法(CUSUM). 作为一种序贯分析方法, 累积和法主要用于满足一定噪声假设且相对稳定的数据序列中, 用以检测其发生异常改变的信号到时位置. 其中重点介绍了改进后的累积和算法迭代累积平方和算法(ICSS)的基本原理及其在区域震到时估算方面的应用实例, 并将其与AR-AIC算法的到时估算结果进行了比较分析. 分析结果表明, 相对于AR-AIC算法, ICSS算法在对区域震S波和Lg波的到时估算方面具有估算误差小、 计算时间短的优势, 具有一定的应用价值.      

Identification method of weak seismic phases on the basis of wavelet packet transform

This paper describes a sort of new method identifying seismic phase by the name of wavelet packet transform. Perfectness and development of the wavelet packet transform is based upon the idea of its multiscale analysis. The method of wavelet packet transform can depict the anomalous changes information of transient spectra of seismic wave onset, and come true the target of identifying seismic phase especially weak seismic phase. Then this paper presents discriminating examples of simulating digital signals and actual seismic phase. Compared with conventional seismic phase discrimination, studied results show that the wavelet packet transform method is an available tool of weak signal analyses, and have unexampled merits and attractive application foreground. This research gets hold of Higher School Doctor Scientific Research Foundation (No. 157 WJ0704 9435611) and supported by the National Natural Science Foundation (No. 49474211).     

基于互信息量的地震信号检测和初至提取方法

本文将现代信息科学中的重要基础理论——信息论引入到地震信号的分析和处理中,提出了一种利用互信息量检测地震信号并进行初至提取的方法,给出了该方法的基本原理和具体算法.计算结果表明,互信息量随滑动窗口移动的变化情况可以明确标示出待测地震信号的存在,通过提取互信息量的突变点或峰值点,能够有效拾取地震波的初至时刻.这种方法还可以特别针对非传统的地震信号,如连续随机信号、随机脉冲序列等进行处理.在这些信号条件下,往往信噪比很低,波形随传播距离发生较大变化,传统的信号检测方法效果不佳,而这种以随机信号检测为基础的互信息量探测方法具有很好的性能,很有发展前景.     

基于SW统计量的自适应时频峰值滤波压制地震勘探随机噪声研究

由于金属矿区地震记录中随机噪声性质复杂且信噪比低,常规降噪方法难以达到预期的滤波效果.时频峰值滤波(TFPF)方法是实现低信噪比地震勘探记录中随机噪声压制的有效方法,但其在复杂地震勘探随机噪声下时窗参数优化问题仍难以解决.本文充分利用地震勘探噪声的统计特性,结合Shapiro-Wilk(SW)统计量辨识地震勘探记录中的微弱有效信号,提出基于SW统计量的自适应时频峰值滤波降噪方法(S-TFPF).在S-TFPF方案中,对于有效信号集中区,S-TFPF方法根据信号频率特征,选择有利于信号保持的较短时窗长度;对于噪声集中区,按噪声方差自适应增加时窗长度,增强随机噪声压制能力.S-TFPF应用于合成记录和共炮点记录的滤波结果表明,与传统时频峰值滤波方法相比,S-TFPF方法可以有效抑制低信噪比地震勘探记录中的随机噪声,更好地恢复出同相轴.     

基于小波包变换的地震数据时频分析方法

介绍了瞬时频率的概念和瞬态谱的小波包计算方法,并结合时间域模拟信号给出了其时频分布,结果表明,小波包变换可准确技术地震信号的时变特征,值得推广应用。     

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.     

高速铁路地震监测系统中降低信号远程传输失真的技术探讨

当前信号远程传输方法,没有实现传输通道能量与传输通道信号并行,导致信号远程传输失真性较高。为提高地震信号远程传输的效率,提出新的高速铁路地震监测系统中信号远程传输技术。采用信号传输通道中地震信号能量的并行方法,通过信号传输通道中信号并行传输结构,实现信号在传输通道中双向传输;利用高频阻波电路阻断信号的高频载波通过谐振补偿电容,确保传输通道能量传输不受干扰;根据通道能量传输结构与信号传输过程,实现传输通道能量、信号并行,完成高速铁路地震信号远程传输中的失真控制。实验结果表明,所提方法丢包率较低,均值约为3%,远程传输时延仅为0.9s,是一种低误差、高效率的高速铁路地震信号远程传输方法。     

利用小波变换识别山西测震台网震相

为有效提高山西测震台网震相识别精度,在论述小波变换原理基础上,结合台网记录的震相特征,针对干扰大、能量弱的震相,采用小波变换进行分析。常见噪声干扰相对地震信号频率较高,小波变换能够有效压制噪声,提高震相识别精度;对于能量较弱的震相,可以利用小波变换分解信号,按频率逐层进行震相识别。分析认为,小波变换是识别山西地区震相的有效方法。     

基于多用户峰度准则的海洋强噪声衰减方法(英文)

海洋地震勘探过程中,由于采集设备的老化或电源的不稳定而造成的漏电,在地震记录表现为强噪音干扰,利用常规噪音衰减方法处理此类强噪音效果并不理想。鉴于强噪音在统计学上具有相同的特性,本文在基于峰度的盲分离(blind source separation,BSS)算法研究基础上,推导出一种基于多用户峰度(multiuser kurtosis,MUK)准则的噪音衰减算法来估计地震记录中具有相同统计特性的强噪音,并将其从地震记录中分离,从而达到衰减强噪音的目的。模型试验与实际资料的处理表明:该方法能够在好的衰减海洋地震勘探记录中的强噪音,保留了更多的有效信息,提高海洋地震数据的信噪比,具有可行性和应用前景。     

可控震源匹配扫描方法研究

常规的可控震源Chirp扫描信号的地震响应存在着相关信号旁瓣大、分辨率低的缺点;用二元伪随机编码信号作为可控震源的驱动信号,地震响应剖面中存在严重的相关噪声,降低了地震记录的信噪比.本文提出的可控震源匹配扫描方法,利用匹配伪随机序列偶调制正弦载波信号作为可控震源驱动信号进行扫描激发,得到两个匹配的原始地震记录,对两个匹配的原始地震记录分别解码后再进行叠加形成最终的综合解码地震剖面.地震数值模拟的结果表明,该方法基本不存在常规Chirp扫描情形的旁瓣效应,可有效避免m-序列编码扫描情形的相关噪声,其最后形成的综合解码地震剖面可以与脉冲震源的炮集记录相媲美.