MP算法在地震信号去噪中的应用研究

论文摘要

提高地震资料的分辨率是地震资料数字处理过程中所需要解决的一项主要任务,而提高地震记录的信噪比是提高分辨率的先决条件。本文主要是研究匹配追踪(MP)算法在地震资料去噪中的初步应用。本文首先介绍了地震资料中的噪声特点及其形成原因,进而对常用的相干噪声及非相干噪声的去噪方法分别进行了简要的介绍及分析。然后,介绍了稀疏分解的基本理论,并对匹配追踪(MP)算法的原理及具体实现作了详细的说明。针对MP算法在地震信号分解中的应用,本文通过对地震信号特性的分析,选取了非零相位的Ricker子波来构建过完备原子库,并取得了很好的效果。本文通过对面波干扰特性的研究,采用了基于频率滤波的MP算法实现了对叠前地震资料中面波干扰的去除。该方法主要利用了面波干扰的频率特性,通过经验值选取一个阈值频率,将MP分解过程中小于该阂值频率的时频原子进行去除,从而达到去除面波干扰的目的。根据MP算法的特性,MP算法的速度随着待分解信号长度的增加呈指数级下降。因此,为了进一步提高算法的速度,文中通过对两种加窗方法的讨论,采用了自适应加窗处理方法来减小每一步分解中的信号长度,进而提高了算法的整体速度。最后,本文采用了基于倾角扫描的MP方法对叠前地震资料中的线性干扰进行去除。该方法充分利用了线性干扰的特性,首先利用线性干扰的线性相干特性,通过倾角扫描和小窗口技术,将地震资料截取到小区域内进行处理。然后通过对该数据体进行相关性分析来判定该数据体内是否包含线性干扰,若该数据体的平均相关系数大于某一阈值则说明该数据体内包含线性干扰,需要对其进行去噪处理。基于线性干扰的频率特性及其线性分布特性,文中进一步提出了频率去除方法和位移去除方法,即分别利用MP分解所提取出的时频原子的频率参数和位移参数来判定该原子是否满足线性干扰特性,实现了对线性干扰的有效去除。由于该算法也需应用到小窗口技术,因此对于时窗的选取文中也进行了具体的分析。对于以上提出的每一种方法,文中都进行了针对实际地震信号的仿真实验,并对结果进行了详细分析,证明了文中所提出方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地震资料处理的历史与现状
• 1.2.2 地震资料去噪的历史与现状
• 1.3 本文内容安排
• 第二章 地震信号去噪相关技术背景及MP基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 常用地震叠前去噪技术
• 2.2.1 叠前干扰的分类及其特性
• 2.2.2 常用地震信号去噪方法
• 2.3 匹配追踪算法基本理论
• 2.3.1 信号的稀疏分解
• 2.3.2 匹配追踪（Matching pursuit）
• 2.4 本章小结
• 第三章 针对地震信号的MP算法
• 3.1 引言
• 3.2 Ricker子波
• 3.2.1 零相位Ricker子波
• 3.2.2 非零相位Ricker子波
• 3.3 基于非零相位Ricker子波的MP分解
• 3.4 实际地震资料分解
• 3.4.1 基于Gabor原子的MP分解
• 3.4.2 基于不同原子库的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 MP算法去除叠前地震信号中的面波干扰
• 4.1 引言
• 4.2 面波干扰的特性及常用去除方法
• 4.2.1 面波干扰基本特性
• 4.2.2 面波干扰常用去除方法
• 4.3 MP频率滤波法去面波干扰
• 4.3.1 MP去面波基本原理
• 4.3.2 阈值频率的选取
• 4.3.3 理想模型仿真
• 4.3.4 实际资料处理
• 4.4 基于小窗口的MP频率滤波方法
• 4.4.1 顺时加窗处理方法
• 4.4.2 自适应加窗处理方法
• 4.4.3 时窗长度的选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 MP算法去除叠前地震信号中的线性干扰
• 5.1 引言
• 5.2 线性干扰特性及常用去除方法
• 5.2.1 线性干扰特性分析
• 5.2.2 线性干扰常用去除方法
• 5.3 基于倾角扫描的MP去线性干扰方法
• 5.3.1 倾角扫描
• 5.3.2 小窗口处理
• 5.3.3 相关性判定
• 5.3.4 线性干扰的去除
• 5.3.5 理想模型仿真
• 5.4 实际地震资料仿真
• 5.4.1 频率法和位移法去噪
• 5.4.2 基于不同时窗长度去噪
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果