基于正则化条件的地震数据局部信噪比估计方法

信噪比是衡量地震数据质量的重要指标之一,在地震数据处理和解释中有着重要的作用.目前已有的地震数据信噪比估计方法往往得到的是整个数据的全局信噪比,这种方法只能说明地震数据总体质量的好坏,无法直观细致地刻画地震信号的局部质量.本文提出一种基于正则化条件的局部信噪比估计方法.该方法的基本原理是使用正则化共轭梯度法求解局部信噪比最优解,正则化算子的参数将控制地震信号各点数据局部信噪比的平滑性.其中应用一种基于"过滤波"的级联信号估计方法来计算有效信号,该方法利用有效信号和噪声的相关性特征计算局部信噪比中的有效信号.局部信噪比估计方法利用了信号中每个数据点及其邻域各点的局部信息,避免了使用单个数据点而可能出现的信噪比不合理值,而且局部处理能够减少全局噪声对信噪比估算的影响,该方法可以更准确地表征地震资料信噪分布特征.另外,局部信噪比对去噪方法的评估也具有重要意义.理论模型测试和实际资料处理结果表明,局部信噪比估计方法能够准确反映任一给定地震信号剖面的局部信噪比特征,为非平稳地震数据质量评估提供了直观的评判标准.     

地震分倒频处理技术

为刻画地震信号的局部层次特征,提高复杂地质体的地震分辨率,本文利用倒谱变换能够提高分辨率的特点,结合短时傅里叶变换,构造了倒时-频变换算法,并提出地震分倒频处理技术.文中对地震分倒频处理技术的公式推导、算法设计、分倒频处理技术提高地震纵向分辨率的机理进行了详细研究.设计出了适合三维地震资料处理的软件,并从理论上阐述了地震分倒频处理技术能够提高地震分辨率.利用倒时-频变换对多分量线性调谐信号模型做倒时-频分析,可以得到良好的时频分辨率.实际三维地震资料计算表明,该方法能够提高地震纵向分辨率,且计算效率高,适合大规模三维地震资料的处理.     

基于S变换的软阈值滤波在深地震反射数据处理中的应用

深地震反射原始单炮数据是非平稳的弱能量反射信号,信噪比较低.如何提高信噪比一直是深地震反射数据前处理中的一大难题.S变换是一种适用于分析非平稳信号的时频变换方法.同其他分析时变信号的方法相比,S变换的基本小波不必满足小波在时间域均值为零的容许性条件,它的时频分辨率与分析信号的频率有关,且其在时间域的积分可以得到傅里叶频谱,其反变换也简单.因此,S变换容易表示深地震反射信号复杂的时频特性.本文在S变换的基础上,利用软阈值滤波方法对深地震反射数据进行处理,实验结果表明,该方法有效地提高了信噪比,压制了有效频带范围内的混频干扰,突出了弱反射信号,使得波组信息更加丰富,有利于连续追踪有效反射波组和识别薄地层,特别是提高了深部Moho界面反射层位的分辨率,为深地震反射剖面后续处理和准确解释奠定了基础.     

伪随机编码震源信号的地震响应

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.本文利用数值模拟技术研究可控震源伪随机编码信号地震响应的规律和特点.伪随机编码信号的地震响应剖面的旁瓣电平与常规的Chirp扫描信号情形相比有明显地降低,但是伪随机编码信号地震响应剖面的相关噪声仍然没有得到有效地压制.利用伪随机编码信号的周期性特点把一个长地震记录以信号周期为间隔进行分时叠加可以提高地震记录的信噪比和地震数据的利用率.     

基于构造导向的地震数据信噪比属性计算方法（英文）

目前大多数信噪比估算方法只能计算地震数据的整体信噪比,而不能计算任意局部信噪比,本文提出一种基于构造导向的地震数据信噪比属性计算方法,旨在刻画地震数据信噪比在时间和空间上的变化特征。首先利用平面波分解滤波器计算地震数据的斜率参数,再利用奇异值分解方法计算局部地震数据的信噪比,由此得到随时空变化的信噪比。该方法克服了常规整体信噪比无法表征地震数据任意局部特征的不足,将信噪比作为地震数据的一种属性更加准确地描述地震数据随时空变化的信噪能量分布特征。理论模型测试和实际资料处理结果表明:信噪比属性不仅可以用于地震数据的质量评估还可用于去噪方法的分析和评价。     

基于深度学习的地震偏移噪声压制研究

高信噪比成像对于油气勘探具有重要意义,压制偏移产生的噪声可以提高地震成像的信噪比.本文提出了一个基于卷积神经网络压制地震偏移噪声的方法,网络结构主要包括编码器和解码器,编码器用于提取特征,解码器用于恢复图像,该方法通过直接对地震剖面学习实现了地震偏移噪声压制的自动化.实际数据的实验结果验证了本文方法的有效性.本文的方法不仅可以保留地震剖面的主要特征,而且有效的压制了偏移噪声,对提高地震剖面信噪比和提高地震数据处理的效率具有重要意义.     

谱分解和C3相干联合识别煤层小断层研究

C3相干具有较好的煤层小断层识别能力,但其易受随机噪声的影响,在信噪比较低的情况下容易产生假异常.另一方面,基于S变换的谱分解可以提高地震资料的时频分辨率,并对随机噪声具有一定的压制作用.为提高煤矿采区煤层小断层解释精度,结合谱分解技术与C3相干技术,以提高煤层小断层的解释精度和可靠性.本文分别利用正演剖面和实际三维地震数据,对所提出的方法进行了验证.首先建立了含不同落差的单一煤层模型,利用正演模拟方法获得了其正演剖面和含白噪声剖面.对于这两类剖面,利用S变换获得了其对应于不同频率的谱分解剖面.通过沿煤层反射波提取C3相干属性,获得了不同剖面所对应的C3相干值.对于无噪声地震剖面来说,文中所述方法能明显提高小断层的识别率;对于含白噪声的地震剖面来说,文中所述方法能显著提高所有落差断层的识别率,并基本克服了C3相干算法在低信噪比低情况下容易产生假异常的缺点.将文中所述方法应用到济宁二号煤矿15301工作面的实际三维地震数据中,发现较高频段的谱分解剖面所计算的C3相干同样比常规剖面所计算的C3相干有更好的小断层识别能力.对于煤系地层地质构造较简单的采区来说,利用较高频段谱分解剖面计算的C3相干对落差小于3m的小断层有明显反映.经过井巷工程的实际验证,所解释小断层的可靠性和精度都较高.但当煤系地层地质构造较复杂时,识别落差小于3m小断层的难度较大,还需进一步研究.总之,将谱分解技术和C3相干技术相结合,利用较高频段谱分解剖面计算C3相干,能够明显压制低信噪比所产生的假相干异常,提高煤层小断层的识别精度和可靠性.     

基于信噪比质控的优化迭代反演非规则数据重构方法

压缩感知地震勘探技术可以在相同成本投入的情况下,增加地震数据道密度,有利于提升地震成像质量,越来越受到业界的关注．非规则数据重构是压缩感知地震勘探技术的核心．本文优化了常规基于稀疏域迭代反演的非规则地震数据重构方法,通过引入信噪比质控因子,设计了基于信噪比质控的优化迭代反演非规则数据重构方法．该方法可以针对不同信噪比数据采取不同的信噪比质控因子进行数据重构．在低信噪比地区,该方法可以在重构缺失数据的同时提高地震数据的信噪比．在高信噪比地区,该方法在恢复缺失数据的同时可以保护有效信号的能量．通过数据测试验证了该方法的有效性．     

方向性边界保持断层增强技术

地震数据在采集处理过程中不可避免地会受到各种因素的影响,从而导致地震资料的信噪比低,造成断层信息模糊,断层增强的目的是进一步清晰地刻画断层,同时提高地震资料的信噪比.本文提出了方向性边界保持断层增强技术,首先通过方向滤波技术估计地震同相轴的方向信息,然后结合边界保持滤波技术进行断层图像的增强,将该技术用于地震资料,可以得到断层图像更加清晰、分辨率更高的三维地震相干体,以利于进一步的构造解释以及油气输导体系的定量评价,具有重要的理论与应用价值.     

煤田采区三维地震精细构造解释方法

虽然煤田三维地震勘探已经过了十多年的发展,但构造解释问题仍是目前需要解决的主要问题之一.随着三维地震资料解释方法的不断发展,小波分析技术、相干体技术、地震属性技术、图像处理等提高解释精度的方法相继在地震勘探领域中得到应用.另一方面,由于煤矿采区三维地震勘探资料一般具有高信噪比和高分辨率的特点,为做好三维地震资料精细构造解释提供了物质基础.本文结合小波分析技术、相干体技术、地震属性技术等多种方法,结合两个采区的实例,对小断层和小规模陷落柱做了精细构造解释.解释结果显示联合使用以上几种解释技术,能提高三维地震资料的构造解释精度和可靠信.     

图像数字去噪处理方法研究及其应用

本文基于地震剖面的数字化图像特征,提出用光栅算子将地震剖面按产状分离成产状相对单一的多幅数字图像剖面。对每一幅产状相对单一的数字图像剖面,用向量分解技术的向量最大特征值对应基向量投影的原理获取有效相干信息的办法实现信噪分离;在结合地质、物探分析的基础上进行最终输出剖面的滤波加权重建,获得信噪比高、波组特征保持好、分辨率相对保证的剖面。实际资料处理结果表明本文提出方法的去噪应用效果显著。     

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.     

SEISMIC HORIZON DETECTION USING IMAGE PROCESSING ALGORITHMS1

Seismic sections used in interpretation are actually images. We often superimpose colour-coded pictures of seismic attributes on seismic sections. Thus, it seems straightforward to use image processing algorithms to enhance the quality of the seismic images. From an image processing point of view, seismic horizons can be thought of as edges on the seismic image. We present a novel approach to detecting seismic horizons, which includes the 2D median filtering of the instantaneous phase attribute and applying an edge detection algorithm. The resulting edge magnitude picture provides a skeletonized image of the seismic section, on which the structural and stratigraphic patterns can be better recognized.     

Direct migration of ambient seismic data

Utilising ambient seismic energy naturally propagating in the Earth as an alternative approach to active body-wave seismic investigations has been a topic of interest for a number of decades. However, because ambient surface-wave arrivals typically are of much greater amplitude than ambient body-wave energy, significant data signal processing and long recording times are required to mitigate this and other coherent noise sources, and to correlate sufficient reflected body-wave energy to converge to a stable image. Even for these scenarios, identifying and validating imaged body-wave reflection events remain challenging. In active-source investigations, extended imaging condition gathers are used to examine velocity (in)accuracy. Herein, we develop an ambient direct migration approach that uses a novel ambient (deconvolution) extended imaging condition. We simulate synthetic ambient-wavefield seismic data for two different models and use a field data set from Lalor Lake in Manitoba, Canada, to conduct a series of numerical experiments to demonstrate the velocity sensitivity and long-term stationarity of ambient-wavefield seismic data in the migration image domain. Tests with varying global velocity perturbations show a characteristic reflector moveout in deconvolution extended imaging condition gathers that can serve as a diagnostic of reflected ambient body-wave energy. We illustrate that this imaging formalism, under idealised circumstances, gives comparable results to conventional seismic methods, which extends the use of extended imaging condition gather-based image validation to ambient-wavefield seismic data scenarios. We assert that this may be a valuable tool for the validation of ambient migration techniques that to date have yielded largely inconclusive results.     

小波变换的过零点特性与地震勘探信号的信噪比和分辨率

利用小波变换研究地震勘探信号小波变换的过零点特性，本文提出了用小波变换的过零点特性和地震勘探信号相邻道的横向相关性提高信号分辨率和信噪比的新方法．该方法包括两个主要步骤：①利用相邻地震道信号具有很好相关性，而噪音相关性差的特点以及小波变换的过零点特性得到有效反射波同相轴随空间坐标的变化信息．②利用奇异值分解和最小二乘（SVD-TLS）方法沿同相轴对振幅进行多项式拟合去噪并增加信号高频提高信号分辨率．     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法研究

平面波分解方法是地震资料处理中的一项关键技术,它广泛地运用在平面波偏移、各类Beam偏移等成像方法中.平面波分解不仅可以提高偏移成像的效率,而且可以压制地震资料中的随机噪音,提高地震数据的信噪比.线性Radon变换（LRT）是一种常见的实现平面波分解的方法,但常规的LRT存在以下两个缺点：（1）分辨率受测不准原理限制;（2）变换结果存在很多噪音和空间假频.为了克服LRT的上述缺点,本文提出一种基于压缩感知的高分辨率平面波分解方法,并利用加权匹配追踪（WMP）技术实现了该方法.该方法将LRT视为一个参数估计问题,并将LRT结果的稀疏性作为约束条件,在压缩感知理论的指导下利用WMP方法得到高分辨率、高信噪比的平面波分解结果.另外,该方法还可以用于提取地震数据的线性信号、压制随机噪音、实现高维地震数据规则化等地震资料处理技术.数值实验结果证明：WMP方法可以有效地提取地震数据中的线性信号,提高LRT的分辨率和信噪比,从而改善平面波分解的质量.     

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.     

汶川地震发震构造带过WSFD-2钻井深反射地震数据3-D处理技术研究

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级地震的发震机制与龙门山断裂带的构造特征紧密相关,应用反射地震探测方法精细探测发震构造内部的结构特征,对研究汶川地震的发震机理有重要意义.5.12地震后在地表错断最剧烈的区域之一虹口乡白庙村穿过发震构造和深钻科研井WSFD-1和WSFD-2布置了兼顾浅中深层信息的反射地震探测剖面,该区域断裂带硬岩出露,地形地貌复杂多变,起伏剧烈,只能采取弯线地震测线布设方式采集二维反射地震数据,而且弯曲度大,造成CDP点分散严重.区域内构造复杂,褶皱逆推构造发育,地层和构造倾角大,采用常规二维地震数据处理方法进行叠加处理时,易将不同地层的反射信息叠加到同一反射层.弯线叠加剖面上侧面波,混波干扰严重,会显著地降低原本低信噪比数据的分辨率,或剖面可靠性低,容易在二维剖面中造成解释陷阱.本文利用弯线地震采集的三维特性,用拟三维地震叠加技术处理汶川地震科学钻井附近横跨北川-映秀断裂带的二维弯线地震数据,弥补常规二维弯线地震数据处理技术的不足,将不同地层的反射信息分离归位到不同的三维叠加剖面上,解决二维弯线地震数据处理时混波干扰严重的难题.通过理论分析和实验选取合适的共中心点面元,获得了高分辨率的三维叠加剖面.相比于二维弯线叠加剖面,三维叠加剖面切片成像更真实,剔除了不同地层反射信息混叠的影响,能得到更准确的断点信息,并可以获得沿断层走向横向的信息,显著提高了构造解释的可靠性和精度.应用拟三维地震数据处理方法处理龙门山断裂带的二维弯线地震数据,获取高分辨率的构造信息,有利于断裂带内汶川地震发震机制和龙门山隆起机制的解释.     

Application of sub-image multiresolution analysis of Ground-penetrating radar data in a study of shallow structures

Fourier-based algorithms originally developed for the processing of seismic data are applied routinely in the Ground-penetrating radar (GPR) data processing, but these conventional methods of data processing may result in an abundance of spurious harmonics without any geological meaning. We propose a new approach in this study based essentially on multiresolution wavelet analysis (MRA) for GPR noise suppression. The 2D GPR section is similar to an image in all aspects if we consider each data point of the GPR section to be an image pixel in general. This technique is an image analysis with sub-image decomposition. We start from the basic image decomposition procedure using conventional MRA approach and establish the filter bank accordingly. With reasonable knowledge of data and noise and the basic assumption of the target, it is possible to determine the components with high S/N ratio and eliminate noisy components. The MRA procedure is performed further for the components containing both signal and noise. We treated the selected component as an original image and applied the MRA procedure again to that single component with a mother wavelet of higher resolution. This recursive procedure with finer input allows us to extract features or noise events from GPR data more effectively than conventional process.To assess the performance of the MRA filtering method, we first test this method on a simple synthetic model and then on experimental data acquired from a control site using 400 MHz GPR system. A comparison of results from our method and from conventional filtering techniques demonstrates the effectiveness of the sub-image MRA method, particularly in removing ringing noise and scattering events. Field study was carried out in a trenched fault zone where a faulting structure was present at shallow depths ready for understanding the feasibility of improving the data S/N ratio by applying the sub-image multiresolution analysis. In contrast to the conventional methods, the MRA sub-image filtering technique provides an overall improvement in image quality of the data as shown in the field study.