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.     

叠前地震资料噪声衰减的小波域方法研究

讨论了叠前地震记录中随机噪声的模拟方法,采用定性分析与Monte Carlo仿真相结合的方法,研究了在物理小波为基本小波的变换域该类随机噪声局部小波功率谱的统计特性,得出：其局部小波功率谱服从χ22分布.在此基础上,利用假设检验给出了在给定置信度下确定有效信号在小波变换域内能量分布空间的方法,通过在有效信号能量分布空间重建信号来压制噪声.给出了模型及实际地震资料算例,证明了本文提出的方法的有效性.     

沙漠地区地震勘探随机噪声建模及其在噪声压制中的应用

随机噪声是影响地震勘探有效信号的主要因素,其存在大大降低了地震记录的信噪比.在噪声压制方法不断被改进的同时,对随机噪声特性进行研究,了解噪声的产生机制是对其进行压制的先决条件,目前对噪声的研究主要是特性研究以寻找规律性,对其进行定性定量的分析还比较少.本文根据塔里木沙漠地区实际采集环境,考虑到噪声的连续性给计算带来的不便,假设各类噪声源以点源的形式分布在检波器周围,依据相应理论确定各类噪声源的源函数,其激发的噪声经由波动方程传播,将随机噪声作为各类噪声源共同作用的综合波场,建立随机噪声的理论模型.通过分析不同种噪声对地震记录的影响,选取合适的滤波方法对其进行压制,实验结果表明,通过建立沙漠地区随机噪声的理论模型,为选择有效的滤波方法,提高地震记录信噪比起到理论指导作用.     

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。     

基于典型分解的地震勘探随机噪声模拟方法

随着矿产资源勘探的发展,地震勘探采集环境越来越复杂,接收到的反射地震记录中常常包含大量的干扰,从而造成野外地震资料信噪比低、面貌复杂、有效信息难以分辨,这对提取和利用地震记录中的有效信息造成了障碍。传统数值模拟的记录一般不具有包含各种成因的随机干扰噪声背景,虽然理论记录的处理效果都很好,但却很难处理实际低信噪比的地震资料。截至目前,地震勘探随机噪声模拟方法少有成形理论可以参考,对地震勘探随机噪声特性的认识存在一定的理想化和局限性。许多研究在进行噪声模拟时,添加的是在后续叠加处理时一般都能消除的白噪声,不能接近实际资料的处理。本文基于随机函数的典型分解理论,在用Marmousi模型记录的基础上,根据CMP道集的相干特性计算出可加性随机干扰,这种随机干扰因为与CMP道集记录具有类似的相干性而更接近实际地震资料的干扰背景。此方法可以指导地震勘探的野外观测系统的设计、地震数据的后期处理和解释。      

超随机特性对地震动谱特性和时间历程的影响

本文从单个地震动样本的角度分析了超随机部分对地震动波形的影响,认为自相关函数噪声部分或功率谱的随机波动部分对地震动波形的影响不大,对地震动的波形起主要控制作用的是地震动的相位谱或相位差谱,而自相关函数的噪声部分（或功率谱的随机波动成分）只对地震动波形起一定程度的调整作用。文中基于平稳随机过程的理论,用蒙特卡罗方法分析了自相关函数噪声项对人工合成地震动振幅和反应谱的影响：由于自相关函数的随机噪声项对地震动总功率或平方和的贡献为零,因此随机噪声项对合成地震动幅值的影响不大,但是由于自相关函数随机噪声项明显改变了地震动功率谱的形状和分布特征,使其出现了明显的波动,也在一定程度上提高了平均反应谱的峰值,从而对平均反应谱也产生一些影响。考虑地震动自相关函数中的随机噪声部分有助于更真实地模拟和反映地震动的真实特性。     

压制空间非平稳地震勘探随机噪声的ROAD径向时频峰值滤波算法

径向时频峰值滤波算法是一种有效保持低信噪比地震勘探记录中反射同相轴的随机噪声压制方法,但该算法对空间非平稳地震勘探随机噪声压制效果不理想.本文研究空间非平稳地震勘探随机噪声,即各道噪声功率不同的地震勘探随机噪声,其在径向滤波轨线上表征近似脉冲噪声,在径向时频峰值滤波过程中干扰相邻道滤波结果.为了减小空间非平稳随机噪声的影响,本文提出一种基于绝对级差统计量(ROAD)的径向时频峰值滤波随机噪声压制方法.该方法首先根据径向轨线上信号的绝对级差统计量检测空间非平稳地震勘探随机噪声,然后结合局部时频峰值滤波和径向时频峰值滤波压制地震勘探记录中的随机噪声.将ROAD径向时频峰值滤波方法应用于合成记录和实际共炮点地震记录,结果表明ROAD径向时频峰值滤波方法可以压制空间非平稳地震勘探随机噪声且不损害有效信号,有效抑制随机噪声空间非平稳对滤波结果的影响.与径向时频峰值滤波相比,ROAD径向时频峰值滤波方法更适用于空间非平稳地震勘探随机噪声压制.     

用H/V谱比法与折射微动法确定表土层参数

表土层参数对地震场地响应有重要影响,通过H/V谱比法和折射微动(REMI)方法确定场地表土层厚度和速度结构等有实际意义.REMI方法采用常规折射地震采集设备,利用自然震动作为源,通过地震波场τp变换和傅立叶变换,将地震记录从时空域变换到慢度-频率域提取频散曲线,不同于主动源面波勘探,被动源面波勘探能获得更大深度的土层结构.     

岩石样品中超声波传播数值模拟及分析

为了深入研究超声波速度测试中超声波在岩石样品中的传播规律,对岩石超声波速度实验采用交错网格有限差分算法进行了数值模拟.选取了适合于超声波震源的差分精度、稳定性条件和吸收边界.通过模拟波形与实验记录波形的对比分析,结果表明:激发器和接收器直接位于岩心与探头接触面时,接收到的波形中干扰波较少,合成记录波形特征明显,易于分析;使用雷克子波作为超声波数值模拟的震源子波,计算得到实际首波初至时间为21.55μs,而波形图中首波初至时间为23.90μs,这是由于子波自身的长度使得波初至时间比实际波初至的时间晚;相对于岩心与探头接触面的反射波,岩心柱体与空气接触面的反射波对有效波形信号的影响更大.     

地震台站台基噪声功率谱概率密度函数Matlab实现

选取2015年四川数字测震台网中筠连和华蓥山地震台记录的垂直分向连续波形数据,利用Matlab软件,计算地震台站台基噪声功率谱概率密度函数,分析地震台站环境噪声特征。结果表明,台站环境噪声功率谱密度概率密度分布对地震事件波形（体波、面波）、人为噪声（台站周围人为活动、车辆及机器噪声等高频干扰）、系统瞬变（数据丢失、地震计小故障）以及仪器标定信号等反映较好。使用台基噪声功率谱概率密度函数方法,有利于监测地震台站数据记录,提高观测数据质量。     

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.     

相控震源定向地震波信号分析

应用可控震源地震勘探,当环境噪声很强,采用组合震源工作仍不能满足信噪比要求时,引入能形成定向地震波的相控震源.由相控震源定向照明地震理论分析,主波束方向上3单元相控震源产生的反射地震波信号信噪比比单震源高6.53~9.54 dB,比组合震源高1.76~4.77dB.为研究相控地震实际效果,在同一测区进行了三种震源地震对比实验.由单炮地震记录和水平叠加时间剖面可知,相控震源反射波信号信噪比明显高于单震源情况,略高于组合震源情况.进一步对反射波信号功率谱特性做定量分析,得到如下结果：与单震源情况相比,相控震源使各道反射波信号信噪比提高了0.75~8.15 dB,平均提高3.65 dB;与组合震源情况相比,各道信噪比提高了0.93~3.17 dB,平均提高2.02 dB,实验结果与理论分析吻合.综上所述可知,基于相控震源的定向照明地震技术是可行的,可以有效提高地震信号的信噪比.     

Retrieval of super‐virtual refraction by cross‐correlation

Topography and severe variations of near‐surface layers lead to travel‐time perturbations for the events in seismic exploration. Usually, these perturbations could be estimated and eliminated by refraction technology. The virtual refraction method is a relatively new technique for retrieval of refraction information from seismic records contaminated by noise. Based on the virtual refraction, this paper proposes super‐virtual refraction interferometry by cross‐correlation to retrieve refraction wavefields by summing the cross‐correlation of raw refraction wavefields and virtual refraction wavefields over all receivers located outside the retrieved source and receiver pair. This method can enhance refraction signal gradually as the source–receiver offset decreases. For further enhancement of refracted waves, a scheme of hybrid virtual refraction wavefields is applied by stacking of correlation‐type and convolution‐type super‐virtual refractions. Our new method does not need any information about the near‐surface velocity model, which can solve the problem of directly unmeasured virtual refraction energy from the virtual source at the surface, and extend the acquisition aperture to its maximum extent in raw seismic records. It can also reduce random noise influence in raw seismic records effectively and improve refracted waves’ signal‐to‐noise ratio by a factor proportional to the square root of the number of receivers positioned at stationary‐phase points, based on the improvement of virtual refraction's signal‐to‐noise ratio. Using results from synthetic and field data, we show that our new method is effective to retrieve refraction information from raw seismic records and improve the accuracy of first‐arrival picks.     

基于分数阶小波域GSM模型的地震信号随机噪声压制方法

地震信号中的随机噪声是一种干扰波,严重降低了地震信号的信噪比,并影响着资料的后续处理和分析.本文根据地震信号中有效信号和随机噪声的差异,结合分数阶B样条小波变换与高斯尺度混合模型提出了一种地震信号随机噪声压制方法.首先利用分数阶B样条小波变换将含噪地震信号映射到最优分数阶小波时频域内,然后对各小波子带系数分别建立高斯尺度混合模型,由贝叶斯方法估计出源地震信号小波系数,最后使用分数阶B样条小波逆变换重构得到降噪后的地震信号.利用本文方法对合成地震记录和实际地震信号进行降噪处理,实验结果表明本文方法能够有效地压制地震信号中的随机噪声,并且较好地保留了有效信号.     

射线法模拟分析井间地震观测的波场特征

按照井间地震的观测系统,用改进的突变点加插值射线追踪方法,追踪每炮每道的射线路径,计算几种主要类型的波沿射线路径的波至时间和射线振幅,制作井间地震多炮多道水平分量和垂直分量的合成记录.并将合成记录选排为井间共炮点道集、共接收点道集、共偏移距道集和共中心深度点道集,系统地分析了不同道集内几种主要类型的地震波的传播特征.对野外观测的实际井间地震记录进行了模拟,从复杂的井间地震记录中,识别出井间地震实际观测到的不同类型的波场,为随后的井间地震资料处理和应用提供了依据.     

基于平面波模型重访地震背景噪声互相关及空间自相关(SPAC)

自Aki(1957)提出微震的空间自相关(SPatial AutoCorelation,SPAC)技术以来,SPAC技术一直独立发展,并在工程地震领域获得了广泛应用.近20年来,地震干涉(Seisimic Interferometry,SI)在多个领域引起人们的关注,该技术的核心思想是连续地震背景噪声的互相关函数(Noise Crosscorrelation Function,NCF)可以重建系统的格林函数(Green's Function,GF),对该技术的回溯性研究建立了SPAC和NCF的关系:它们是对同一物理现象的不同描述,SPAC在频率域中描述随机平稳噪声的空间相干,NCF在时间域中描述扩散场的互相关.理论上SAPC和NCF技术要求背景噪声源均匀分布,这样的噪声场可以用平面波叠加来模拟.本文基于平面波模型重访地震背景噪声的互相关和空间自相关技术,从单色平面波的互相关表示出发,对地震背景噪声互相关及空间自相关技术进行评述,试图使这些概念更易于理解.与之前众多研究地震干涉技术的理论相比,本文尤其关注以下几点:(1)基于简单的平面波模型,给出不同维度下,源或台站对方位均匀分布时,平面波互相关对入射波的方位平均和台阵对的方位平均结果,并对格林函数GF和时域互相关函数NCF的关系进行总结.(2)给出声源和(或)交叉台站方位分布不均匀时的互相关表示,指出这种非均匀性对方位的依赖关系,与弱各向异性介质中面波速度的方位依赖关系类似,因此,非均匀源的影响在反演时可能会映射到面波方位各向异性结果中.(3)互相关运算中,哪一个台站是虚拟源.NCF包含因果性和非因果性两部分,NCF的非对称性通常用于研究噪声源的方位分布,但由于源和接收的互易关系,及对互相关运算的不同定义和不同的傅里叶变换习惯,哪一个台站是虚拟源在目前的文献中并不明确.(4)方位平均和时间平均的关系.在SPAC处理中,需要对不同方位分布的台站对进行方位平均,本文从理论上说明,单个平面波入射时,交叉台站互相关系数对台站对的方位平均,等价于单个台站对互相关系数对入射波的时间平均.(5)几种特定分布非均匀噪声源的SPAC表示.包括单独的因果性噪声源和非因果性噪声源给出的互相关函数表示,及由此带来的相移问题.(6)利用SPAC、NCF和面波GF之间的关系,给出交叉分量的空间自相关系数表示.(7)衰减介质的空间相干表示.虽然利用地震干涉技术研究介质衰减在理论上仍然存在一些争议,但人们正试图研究从连续背景噪声记录中提取介质衰减的可能性.本文基于平面波模型,给出了不同坐标选择下,衰减介质的空间相干表示,这种表达的不同,指示了由地震干涉技术提取介质衰减的困难.与众多研究地震干涉的理论相比,比如稳相近似理论、互易定理、时间反转声学等,本文主要考虑均匀介质,不涉及非均匀介质的散射,从最简单的平面波模型,理解背景噪声重建系统格林函数这一地震干涉的核心思想和相应的基本概念.     

2012年印尼8.6级地震应变地震波的Hilbert-Huang时频分析

本文通过端点效应压制的Hilbert-Huang变换, 对大同及沁源台布置的四分量钻孔应变仪记录的印尼8.6级地震激发的应变地震波形进行时频分析, 结果显示印尼8.6级地震的主震和8.2级余震的应变地震波序列各个震相具有不同的时频特征: ① 地震波到达之前的所谓“环境噪声”部分, 瞬时频率低, 瞬时振幅小; ② P波初至时, 高频成分突然增加, 振幅也随即增强; ③ S波到达时, 频率有所降低而振幅剧烈上升; ④ 面波到达时, 振幅进一步剧烈上升达到整个序列的极大值; ⑤ 尾波部分振幅逐渐降低, 但与噪声部分相比频率依然偏高, 振幅依然偏大。 本文也将应变地震波与地震仪记录的地震波进行对比, 虽然应变地震波与地震波波形和Fourier谱具有极高的相关系数, 但从Hilbert-Huang变换得到的边际谱上看, 应变地震波与地震波有显著的区别, 应变地震波比地震波记录的低频成分相对更多。 通过Hilbert谱, 有助于更好地了解非平稳信号的局部特征, 对于突变信号的地震波, Hilbert-Huang变换是一个较好的时频分析工具。     

地震勘探中相控阵震源的方向特性研究

电磁驱动式可控震源在城市浅层地震勘探中所面临的最突出的困难是微弱的反射信号常常淹没在很强的背景噪声之中.为了提高地震记录的信噪比,可以利用多台可控震源阵列实施相位控制形成定向地震波束以增强地震波的能量.本文讨论这种相控阵震源的波束形成机制.引入了地震波场的边际能量密度的概念,利用地震波场的时间切片技术,对模型空间各个方向上的能量强度进行了定量分析.用有限差分法对相控阵震源Chirp信号扫描的地震响应进行了数值模拟.当定向地震波束的汇聚带与观测排列的空间范围相一致时,相控阵震源合成地震记录的能量强度要显著高于单个可控震源情形的能量强度,波形振幅的均匀性要明显优于常规组合激发震源情形波形振幅的均匀性.