[发明专利]多维空间时空时频峰值滤波消减地震勘探随机噪声的方法

说明书

本发明涉及一种多维空间时空时频峰值滤波消减地震勘探随机噪声的方法，属于多维随机噪声消减方法。首先阐述了多维时空时频峰值滤波算法原理，设计了一种多维空间时空轨线滤波方法，实现在多维时空轨线空间的重采样和时频峰值滤波随机噪声消减，并结合合成地震勘探记录优化实际地震勘探记录处理方法。通过合成数据和实际记录结果表明，该方法能够有效消减低信噪比情况下地震勘探随机噪声，并能保持多维地震勘探数据中的有效信号。本发明为多维地震勘探随机噪声消减提供了一种有效工具，能用于具有复杂随机噪声的低信噪比地震勘探信号提取和保真恢复，该发明实用性强，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种多维随机噪声消减方法，尤其针对地震勘探随机噪声消减问题，利用地震勘探信号多维特征，提出多维时频峰值滤波技术消减地震勘探随机噪声，高保真恢复弱地震勘探有效信号。

背景技术

随着国家对油气资源的不断增长和易采易探资源的日渐匮乏，地震勘探逐步由大套油田向小断层、复杂构造地区拓展，这对地震勘探技术提出更大的挑战,对地震勘探技术的要求也由增强有效信号逐步发展到高信噪比、高分辨率、高保真度的“三高”水平，并逐渐向高维地震勘探发展。在“三高”要求中，高信噪比是基础。达到高信噪比要求需要同时增强有效信号和消减噪声。提高多维地震勘探资料信噪比是高精度勘探地下油气资源的必要条件，也是地震勘探中具有挑战性的问题。为突破此难点就需要我们提出稳定性高、实用性强的噪声消减方法。

地震勘探野外数据采集时，地震检波器接收观测点处的所有震动，其中就包括需要消减的噪声信息。噪声的产生一般与震源、激发方式、传播介质、接收环境、表层介质结构以及地下介质有关。与规则噪声同时存在的不规则噪声即随机噪声没有固定的视频率，没有特定的传播方向，其振幅变化也不均匀。一类随机噪声是与激发源无关的扰动，它主要是由风吹、草动、海浪、水流、走动、机器开动、交通运输等外力随机产生的，其特点是频带变化较大、强度不一，取决于激发接收的周围环境条件，是没有地震激发就存在于地震记录中的。对地震勘探随机噪声有一个准确的认识是设计随机噪声消减算法的出发点，只有以随机噪声的特性为基础，才能有效地设计、改进或选择合适的噪声消减方法。目前来自不同领域的多种方法已经被提出并应用到地震数据的有效信号提取和噪声压制中。根据这些方法的噪声压制原理，可以将噪声压制方法分为以下四类：经典去噪方法、基于相关性去噪方法、基于多尺度分析去噪方法、基于时频分析去噪方法。这些方法已不局限于简单而直接地应用，与之相应的改进算法或与其他方法相结合的算法也相继被提出，从而完善了其在地震资料噪声压制中存在的不足，达到一定的预期去噪效果。这些方法中目前有代表性的是多尺度分析去噪方法和基于时频分析去噪方法。多尺度分析去噪方法通过对数据进行多尺度分解，根据不同尺度层有效信号与噪声的能量分布与频率分布等特征差异，分别对不同尺度进行处理达到噪声压制的目的。小波变换(Wavelet Transform,WT)是一种典型的多尺度分析方法，它有较好的时间频率局部化分析能力，因此在信号的表示上它比傅立叶变换更有效。自上世纪九十年代开始，国内外在小波与其他技术结合消噪研究方面，已经取得了很多研究成果(Johnston andSilvernan,1997；Chang et al.,2000)，目前小波域去噪技术在地震勘探领域中得到较好应用。但是，该方法在地震数据的消噪方面很大程度上依赖于阈值的选择，阈值选择的正确与否直接影响到噪声压制效果的好坏，并且该变换不具有方向性，在处理复杂的多维信号时具有一定局限性。基于时频分析的去噪方法能够有效的将时间域和频率域相结合，从不同时刻频谱上得到信号的时变特征，通过信号的时频分布来估计信号，从而实现地震信号噪声压制和信号增强。时频峰值滤波(TFPF)方法是典型的时频分析方法，以地震勘探噪声时空特性数理表征为基础，发展适应陆地勘探噪声复杂性质的时频分布、改善信号非线性、同时提高信噪比和时频分辨率等关键技术。时频峰值滤波是一种能够在低信噪比条件下恢复信号的时频滤波算法。该算法基于解析信号时频分布的峰值频率能够无偏估计瞬时频率的原理，通过对含噪信号调制编码和时频域峰值滤波，实现强随机噪声下有效信号的恢复。时频峰值滤波在滤波过程中对信号先验要求少，且在低信噪比下不受随机噪声干扰，因此在地震勘探随机噪声消减方面取得了一定成效。时频峰值滤波在信号随时间变化为线性时能够对信号无失真恢复，然而，时频峰值滤波算法对变化较快的高频地震勘探信号的幅度保持效果不太理想。