[发明专利]一种基于稀疏编码的VSP地震信号耦合噪声降噪方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏编码的VSP地震信号耦合噪声降噪方法，包括以下步骤：步骤1、将每一列VSP信号作为一个一维信号；步骤2、将一维信号分割为先验噪声信号和有效信号与噪声信号混合信号；步骤3、将一维先验噪声信号分割成多个信号片段并转化为矩阵形式；步骤4、使用字典学习算法对先验噪声信号的特征进行学习，得到噪声信号字典；步骤5、将噪声字典加入到目标函数中，并引入稀疏表示系数最优估计，得到最终目标函数；步骤6、利用最优化相关算法求解目标函数。本发明充分利用垂直地震剖面信号每一列的先验噪声信号，进行字典学习得到噪声信号字典，为模型迭代过程中的噪声提供了更加完备的信息，能够提高噪声和有效信号的分离效果。

技术领域

本发明属于地震信号处理技术领域，特别涉及一种基于稀疏编码的VSP地震信号耦合噪声降噪方法。

背景技术

地震信号是由炸药或地震车对地面通过爆炸或者重击产生地震波，其在遇到地表下的地层时会发生发射形成反射波并被地表的检波器接收信号，最终得到了地震振幅等反射数据。地震信号处理作为地震勘探的重要组成环节之一，通过对收集到的原始地震数据进行处理，提高地震信号的信噪比、分辨率等，得到高清的地震信号，为后续根据地震信号分析地层信息和判断相关地层的油气储存情况提供依据。随着地震勘探要求的不断改变，地震勘探技术也在不断的进步，上世纪出现的VSP(Vertical Seismic Profiling)地质勘探技术得到了大量的应用，相比于常规地面地震数据，VSP数据具有高分辨率、高信噪比等优势。在地震勘探过程中，地震波从震源位置激发时能够观察到反射、透射及绕射等过程。在VSP地质勘探系统中，通常震源水平分布于地表，检波器垂向分布于地下，检波器离目的层距离更近，能够同时接收到上行波场和下行波场，这在很大程度上可以保留地下不同构造的反射信息，使得VSP数据的波场信息更为丰富，然而由于采集条件和地下介质条件的影响，往往会导致原始地震信号中含有各种噪声，如50hz的工业干扰及其谐波，地面汽车行驶引入的地层震动等，而噪声往往会干扰地震信号的解释，降低地震信号的质量，特别是某些噪声与有效信号存在严重混叠，采用常规方法恢复地震数据非常困难，分离工作具有很大的挑战性。

信号的稀疏性和形态多样性在信号处理领域得到了大量的应用，形态分量分析方法(MCA)就是一种传统的利用信号稀疏性和形态多样性来进行信号不同成分的分离的方法。最初Starck研究发现单个变换不总是能够很好地表示信号或图像，因此引入了形态多样性的概念，提出了形态分量分析方法。假设一个信号y有N个不同的形态成分xi构成，假设构成方式为相加：

其中xi为构成信号有的每一个形态成分，Di为每个形态成分xi对应的字典，alphai为xi在其字典的稀疏表示，如果每一个形态成分只能在自己的字典得到稀疏表示，无法在其他字典稀疏表示，则利用这一点就可以进行信号分离，往往地震信号中有效信号和噪声就是两种形态成分，对含噪信号的形态成分分离就是去噪过程。形态分量分析方法利用每一个形态成分只能在自己的字典得到稀疏表示，无法在其他字典稀疏表示的特点，来进行噪声和有效信号的分离，通常是由已有的正交稀疏变换来作为噪声和有效信号的字典，如利用离散余弦变换来做为噪声字典，利用离散小波变换来作为有效信号的字典，虽然利用这些已有的正交稀疏变换，形态分量分析方法对于噪声和有效信号分离有一定效果，但这些通用变换并不是最适合信号特点的字典，这些字典可能会丢失掉一些信号的细节特征，对于噪声特征较为和有效信号特征较为简单的情况下，该方法很好地解决了噪声和有效信号的分离问题，具有良好的效果；但是对于工区地下地质情况复杂的时候，此时噪声也较为复杂，这些通用变换不能完整地描述噪声信号特征，所以，该方法具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种充分利用垂直地震剖面信号每一列的先验噪声信号，进行字典学习得到噪声信号字典，为模型迭代过程中的噪声提供了更加完备的信息，能够在一定程度上提高噪声和有效信号的分离效果的基于稀疏编码的VSP地震信号耦合噪声降噪方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于稀疏编码的VSP地震信号耦合噪声降噪方法，包括以下步骤：