地震子波优化提取方法研究

论文摘要

地震子波估计是地震资料反褶积处理、AVO三参数反演、地震波阻抗反演、偏移、特征提取、地震正演模型和地球物理解释工作的基础。即子波提取的好坏直接影响正演模型,反演结果及地震资料的解释。得到较准确的地震子波有着重要的研究意义。针对实际子波是混合相位,噪声干扰比较强,而子波的频率分布在部分频段上,采用合适的带通滤波器,可以有效滤除部分噪声,提高子波提取精度。针对子波的长度不确定,反射系数为非高斯序列情况下,采用高阶累计量进行大致判断子波的长度。针对假设地震记录由褶积模型形成,分别采用滑动平均（MA）、自回归滑动平均（ARMA）模型进行建立目标函数,再求解提取出地震子波。首先在ARMA模型下采用SM（Steiglitz-Mcbride）算法提取地震子波,仿真表明在零相位下及噪声干扰较强的情况下能提取出较准确的地震子波,在混合相位下提取结果相对较差；然后利用高阶累计量对相位保留的特点,可采用累积量矩阵方程法求解,然而其对短合成地震数据序列及子波长度不确定情况下,提取效果不好,因此对高阶累积量进行傅里叶变换得到高阶累计量谱,利用其提取子波相位再结合SM算法提取子波振幅,重构得到地震子波,形成SM算法联合高阶累积量谱（SM-HOCS）求解地震子波,仿真表明结果较理想；最后在MA模型下建立目标函数进行地震子波提取,采用带通滤波器对合成地震数据滤波和高阶累计量进行大致判断子波的长度,为改进遗传算法提供搜索范围以便更好提取出地震子波,在混合相位和信噪比比较低的情况下仿真及对实际资料处理都得到了很好结果。针对求解一般实数编码遗传算法对有界区域的多峰高维函数全局优化问题存在不足,对其改进形成了改进遗传算法。为避免种群漂移、早熟收敛和如何增加种群的多样性问题,采用融入混沌原理,将有多个相同的一些个体进行混沌扰动；为了提高搜索方向的有效性,采用共轭方向搜索为变异方向和粒子群优化思想进行有向交叉。改进遗传算法不仅收敛速度快,鲁棒性好,而且能得到较高的优化精度,能够有效地维持种群的多样性,克服进化过程中的“早熟”现象。对经典测试函数仿真和在MA模型下进行地震子波建立目标函数求解及应用于实际资料提取地震子波,都表明改进遗传算法具有很好全局搜索能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外现状分析
• 1.3 本文所做工作及结构安排
• 第2章 地震子波提取参数化建模
• 2.1 地震子波提取问题的数学模型建立
• 2.2 地震子波提取采用的框架结构
• 2.2.1 基于MA系统模型建立地震子波目标函数
• 2.2.2 基于自适应算法系统提取地震子波
• 2.2.3 基于AR系统框架建立地震子波的目标函数
• 2.2.4 基于ARMA系统框架建立地震子波的目标函数
• 2.3 小结
• 第3章 基于SM算法的ARMA模型地震子波提取
• 3.1 SM算法的基本原理
• 3.2 基于SM算法提取地震子波
• 3.2.1 提取零相位地震子波
• 3.2.2 提取混合相位地震子波
• 3.3 小结
• 第4章 基于SM-HOCS的地震子波提取
• 4.1 高阶统计理论概述
• 4.2 基于高阶累计量的MA模型地震子波提取
• 4.3 基于SM算法与高阶累积量谱法联合（SM-HOCS）提取地震子波
• 4.4 基于SM算法联合高阶累计量谱（SM-HOCS）实际应用
• 4.5 小结
• 第5章 基于改进遗传算法的MA模型地震子波提取
• 5.1 遗传算法
• 5.2 改进遗传算法
• 5.2.1 改进遗传算法求解无约束优化问题
• 5.2.2 方程组问题求解
• 5.3 基于改进遗传算法的MA模型地震子波提取
• 5.4 基于改进遗传算法对实际资料处理
• 5.5 小结
• 总结和展望
• 致谢
• 主要参考文献及相关资料
• 攻读硕士学位期间参与科研成果