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《吉林大学》 2012年
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基于Hilbert-Huang变换的地震噪声衰减与薄层预测技术研究

徐善辉  
【摘要】:提高信噪比,是伴随整个地震勘探资料采集处理解释流程的一项重要工作。在高分辨率地震资料的处理工作中,信噪比的提高是根本和前提。而纵观各种已成熟或发展中的地震数据去噪方法,我们可以发现,大部分的地震去噪方法和技术都是建立在通用的数字技术基础上的,这些数字技术往往也可以用在类似的其他领域,如图像图形的去噪增强或压缩算法,语音及机械或其他振动信号的加强或分析等等,并且每种数字技术往往都有多方面的应用。先进的数字信号处理技术有利于在地震反射数据上进行复杂地质目标的成像和分析。经验模态分解(EMD)和Hilbert-Huang变换(HHT)是一个处理非线性非平稳信号的方法。经验模态分解先首先将信号分解为一系列的子信号,这些子信号在经过hilbert变换后会落在相同的时频区域中。HHT为随机信号或伪随机信号提供了一种时频域瞬时属性分析的方法。在本文中,EMD和HHT在地震数据上的应用研究主要包括:1)评价EMD和HHT在时间域及时频域确定有意义的地质信息的能力,2)在地震数据的f-x域内使用EMD分解来压制随机噪声,3)使用HHT的瞬时属性来设计一个好的滤波器,提高地震数据的信噪比。在滤波器设计和实际滤波过程中,HHT所表现出来的经验特性,可以比其他的滤波器更好的提高信噪比。本文使用模拟数据和实际地震数据证明了HHT和EMD可以成功应用在地震反射数据的处理上。在其中的一个实验中,强烈的工业交流电噪声可以通过HHT的陷频滤波进行消除。在另一实验中,使用HHT方法进行面波的压制,与其它方法相比,显示其具有较好的去噪效果。本篇文章的主要研究工作是如何更好的将EMD和HHT技术应用在地震反射数据上,尝试将EMD,HHT在其他领域中的新特点使用在地震勘探上,以提高反射地震数据的质量。这些研究不是要取代传统的地震数据处理方法,而是要将EMD和HHT补充到其中去。EMD是一种非常有效的时间域滤波器,HHT又是一种可以同时在时间和频率方面分析信号的优秀方法。同时,HHT的最大优点是它可以不通过任何先验信息就可以获取信号的瞬时振幅,瞬时频率和瞬时相位信息。先验信息通常是指采样率,噪声尖峰及步函数等时间序列的局部分布。 本文首先介绍了EMD分解的有关基本概念及实施过程,以一个由多频率简谐波合成的调频信号为例来说明EMD分解的具体做法,相关概念,分解后的结果及原始信号的重构方法等。随后讨论了EMD分解应该注意的问题及EMD分解的不当会产生的问题,EMD分解的一个缺陷是容易产生频率混叠及出现原信号中不包含的虚假IMF分量,本文提出使用可变阈值的方法来改善这一缺陷,同时,阈值方法的改进也大幅加快了EMD分解的效率。为了讨论f-x域内的地震数据去噪方法,叙述了f-x反褶积的基本原理及发展过程,并讨论了其局限性,由此引出了在f-x域内使用EMD滤波方法来消除地震噪声的观点。使用模拟数据加入噪声前后的f-x域谱等频信息的对比来说明EMD滤波压制噪声的可行性。提出了f-x域EMD与小波阈值法的联合去噪的方法。使用简单模型,复杂模型的模拟数据来验证这种方法的有效性并与其他去除随机噪声的方法比较说明其优缺点。随后使用叠前及叠后的实际地震数据进行去噪实验,并对去噪结果进行详细分析。 本文所提出的f-x域EMD与小波阈值法联合噪声衰减的方法是Battista B.M的f-x域EMD去噪方法进行了改进,通过分析EMD分解的过程指出直接删除IMF1分量的去噪方法是不严格的,而本文所提出的f-x域EMD与小波阈值法联合噪声衰减的方法在有效衰减噪声的同时可以更大程度的保留有效信号成分,整体效果优于f-x反褶积等其他去噪方法。 本文系统的将HHT滤波技术引入到地震数据规则噪声的衰减过程中来。具体包括:基于HHT的工频噪声衰减,基于HHT的面波衰减方法研究和基于HHT的海上地震数据涌浪噪声衰减方法研究。首先分析了这几种规则噪声的特点,它们在EMD分解及Hilbert-Huang变换的过程中是易于分离的,从中得出结论,适合使用HHT滤波的方法来衰减这几种地震数据中的规则噪声。对模拟和实际地震数据使用所设计的方法进行去噪测试,结果表明基于HHT的方法与基于FFT的方法相比可以更好的压制噪声并保留有效信号。 本文简要介绍了去除地震数据中工业交流电及面波干扰的常规方法,并讨论了这些方法的优缺点。随后,简要介绍了Hilbert-Huang变换的基本过程,并随即给出了基于HHT的时频域滤波的概念及实施过程。EMD和HHT对工频噪声具有突出的分离和时频分析的能力,因此可以设计一种使用HHT进行陷频滤波以消除地震数据中的工频噪声干扰的方法。对含工频噪声的地震数据进行EMD分解及HHT的计算,结果表明EMD分解可以将工频噪声较为完整的分离出来,进而在HHT谱上有很好的对应于工频噪声的时频显示。对单道含工频噪声的地震信号进行HHT陷频滤波去噪实验,结果表明该方法可以有效的压制噪声并保留有效信号。与其他基于FFT的滤波方法比较,该方法的去噪效果是最好的。随后对实际数据进行去噪实验,并与普通陷频滤波方法进行对比。本文进行了HHT时频滤波对面波干扰的压制研究。对合成含面波数据及实际数据都进行了HHT分析,所得时频谱中可以清楚的得到面波所对应的时频信息,对实际数据使用HHT滤波方法及FK滤波两种方法来压制噪声,对所得结果进行对比分析,本文方法优于传统的FK面波压制方法。而对于海上地震数据通常包含的低频强振幅的涌浪噪声,进行了HHT滤波方法压制研究。通过对实际数据的分析指出,直接使用EMD分解的方法来剔除涌浪噪声是不合适的,针对实际数据的涌浪噪声的特点,本文设计了HHT低切滤波的方法,有效的滤波除了海上数据的涌浪噪声,与FFT低切滤波方法的去噪效果进行对比分析,结果表明本文方法在有效压制噪声的同时更大程度的保留了有效反射信号。 本文对基于BEMD的二维去噪技术及地震属性提取技术进行了研究,首先简要介绍了BEMD分解的基本过程,包括二维数据局部极值点求取方法,构造包络曲面的插值计算方法等。随后介绍了目前BEMD分解技术还存在的问题及改进方向。使用BEMD技术对二维双曲面数据进行滤波,与中值滤波,均值滤波,维纳滤波及小波阈值滤波方法比较,BEMD滤波对该数据的噪声消除效果更好。将BEMD技术引入到地震属性提取及相干数据体上断层信息的提取。BEMD对二维信号高低频分离的特性可以用于识别时间切片上的隐伏圈闭等构造。BEMD同时具有很好的边缘检测和纹理识别的能力,对相干数据的切片进行BEMD处理可以压制非构造的噪声信号,将其用于提高在地震相干数据切片上的断层识别能力,使断层信号更清晰连续,效果很好。 对数谱在常规地震勘探数据处理中的使用方法主要是反褶积及子波提取,本文进行了基于对数谱的薄层估计研究。在数字信号处理的其他领域,如音频信号的处理,对数谱(倒谱)的定义方法将信号频谱的自然对数作为信号再求其频谱。本文分析了这种对数谱的特点,首先研究如何使用对数谱来快速测试地震仪正弦波信号的畸变。对数谱应用在地震仪信号畸变程度的检测当中时,可以更快速直观的判断正弦波信号的畸变程度。使用对数谱可以进行薄层厚度预测,所得的关于薄层厚度的分辨率要高于直接在时间域及频率域的厚度识别能力,本文使用楔状模型试验来检验对数谱在薄层识别上的效果,信号主频在30Hz时,薄层的识别能力可以达到10ms以内。本文提出了一种使用对数谱进行低频信号检测的方法并与其他谱分解方法进行比较,结果表明对数谱方法在对低频信号检测过程中,所取得的时间和频率分辨能力要优于其他的谱分解的方法。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P631.44

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 韩利;高分辨率全谱分解方法研究[D];吉林大学;2013年
2 尚帅;地震信号高分辨率谱分解方法及应用[D];吉林大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 侯盼卫;FMCW测距雷达的信号处理技术研究与实现[D];中北大学;2014年
2 刘爽;基于CEEMD的地震数据处理研究与应用[D];吉林大学;2014年
【参考文献】
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6 谢启伟;经验模式分解算法分析和应用[D];中国科学技术大学;2008年
7 黄静宁;深层次致矿异常信息提取及其找矿应用研究[D];中国地质大学(北京);2010年
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1 李琛;Hilbert-Huang变换用于频变特征提取[D];南京大学;2011年
2 赵翠霞;基于Hilbert-Huang变换的时频分析方法研究[D];中国石油大学;2011年
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7 李凌;Hilbert-Huang变换在说话人识别中的应用[D];湘潭大学;2006年
8 梁志强;层状介质中多模式面波频散曲线研究[D];长安大学;2006年
9 孙艳争;EMD时频分析理论与应用研究[D];电子科技大学;2007年
10 化希瑞;高频大地电磁系统数据处理方法研究[D];中南大学;2007年
【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 林忠民;石媛媛;;塔河油田三叠系复杂圈闭勘探难点及对策[A];中国西部复杂油气藏地质与勘探技术研讨会论文集[C];2006年
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6 齐诚;陈棋福;陈颙;;利用背景噪声进行地震成像的新方法[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第五卷)[C];2008年
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8 陈发宇;杨长春;;基于MP方法的地震信号快速分解算法[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
9 (亩心)晓宇;刘洪;;HHT方法在研究地震旋回体中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
10 张金海;王卫民;赵连锋;姚振兴;;黏声波介质傅里叶有限差分法正演模拟[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
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1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 王福海;青岛海湾大桥工程地质地球物理勘查关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
5 童思友;[D];中国海洋大学;2010年
6 童思友;南黄海地震资料多次波形成机理及压制技术研究[D];中国海洋大学;2010年
7 王德才;基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D];合肥工业大学;2010年
8 罗晓清;多传感器图像融合理论及其应用研究[D];江南大学;2010年
9 徐慧峰;基于弹性波的地下管线水平导向钻随钻探测理论与技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 李光辉;黑龙江完达山—太平岭成矿带成矿系列与找矿预测[D];中国地质大学(北京);2011年
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1 高昌鑫;Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究[D];河南理工大学;2010年
2 蒋爱辞;基于离散元的土石混合料动力特性分析[D];郑州大学;2010年
3 李海燕;基于EMD的直扩通信窄带干扰自适应抑制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 郭磊;近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究[D];中国海洋大学;2010年
5 王瑞敏;南海地震资料多次波压制技术研究[D];中国海洋大学;2010年
6 朱琳;浅剖资料高精度处理与解释方法研究[D];中国海洋大学;2010年
7 陈美年;地震资料随机干扰压制技术研究[D];中国海洋大学;2010年
8 柳亚千;宝鸡市眉县杨家村黄土边坡地脉动特性及动力响应规律研究[D];中国地质大学(北京);2010年
9 侯文文;基于生理电信号的精神疲劳分级研究[D];华东理工大学;2011年
10 谢小可;抑制EMD端点效应方法的研究[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 陈学华;贺振华;黄德济;;基于广义S变换的信号提取与抑噪[J];成都理工大学学报(自然科学版);2006年04期
2 陈先中;柳瑾;;FMCW微波液位测量的快速频率估计算法[J];传感技术学报;2005年04期
3 张昌菊,唐斌;单频信号快速频率估计算法比较及改进[J];电讯技术;2005年01期
4 刘鑫;杨洪耕;赵俊;;基于S变换模时频矩阵局部相似度的短时电能质量扰动分类[J];电力系统自动化;2009年08期
5 焦彦军;胡春;;基于改进EEMD方法的数字滤波器[J];电力自动化设备;2011年11期
6 刘喜武;刘洪;李幼铭;年静波;;基于广义S变换研究地震地层特征[J];地球物理学进展;2006年02期
7 李鲲鹏,李衍达,张学工;基于小波包分解的地层吸收补偿[J];地球物理学报;2000年04期
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9 陈学华;贺振华;黄德济;文晓涛;;时频域油气储层低频阴影检测[J];地球物理学报;2009年01期
10 熊登;赵伟;张剑锋;;混合域高分辨率抛物Radon变换及在衰减多次波中的应用[J];地球物理学报;2009年04期
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1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨云飞;基于EMD分解技术的不同市场原油价格相关性分析及预测研究[D];华中科技大学;2011年
3 曹冲锋;基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究[D];浙江大学;2009年
4 张显文;储层地震预测技术与储层地球物理参数反演[D];吉林大学;2010年
5 杨萃;噪声环境下频率估计算法研究[D];华南理工大学;2010年
6 吴小羊;基于频谱分析技术的频散AVO反演研究[D];中国地质大学;2010年
7 曹燕;含噪实信号频率估计算法研究[D];华南理工大学;2012年
8 韩利;高分辨率全谱分解方法研究[D];吉林大学;2013年
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1 薛志刚;高精度时频分析研究及其在地震资料解释中的应用[D];中国石油大学;2010年
2 宁媛丽;频散介质基于反演谱分解的AVO方法研究[D];吉林大学;2012年
3 李林峡;高精度谱反演方法研究与应用[D];成都理工大学;2012年
4 赵长超;无线FMCW雷达液位计的设计[D];南京信息工程大学;2013年
【二级引证文献】
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2 胡玮;韩立国;尚帅;;频散属性在致密薄储层识别中的应用[J];石油物探;2014年03期
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1 韩淼;深水区地震全波形反演策略与应用[D];吉林大学;2014年
2 张生强;孔隙介质储层参数反演与流体识别方法研究[D];吉林大学;2014年
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1 李霖;重力资料处理技术在老挝钾盐矿勘探中的应用研究[D];吉林大学;2014年
2 刘爽;基于CEEMD的地震数据处理研究与应用[D];吉林大学;2014年
【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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9 张郁山;希尔伯特—黄变换(HHT)与地震动时程的希尔伯特谱[D];中国地震局地球物理研究所;2003年
10 孙晖;经验模态分解理论与应用研究[D];浙江大学;2005年
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5 刘慧婷;EMD方法的研究与应用[D];安徽大学;2004年
6 刘锋;小波变换在输电线路故障检测与测距中的应用研究[D];西安理工大学;2005年
7 蔡玉梅;10kV铁路自闭贯通线路故障测距方法研究[D];西南交通大学;2005年
8 左黄金;多次波去除方法研究[D];大庆石油学院;2005年
9 王烨;深大长隧道的电磁测深法应用研究[D];中南大学;2005年
10 黄诚惕;希尔伯特—黄变换及其应用研究[D];西南交通大学;2006年
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7 包乾宗;陈文超;高静怀;;基于第二代Curvelet变换的地震资料随机噪声衰减[J];煤田地质与勘探;2010年01期
8 刘伟;曹思远;王征;车慧翠;孙文艳;;随机噪声的多尺度多方向域压制方法研究[J];石油物探;2011年03期
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5 徐胜峰;刘洋;刘春园;;极化分析在三分量噪声衰减中的应用研究[A];中国地球物理第二十一届年会论文集[C];2005年
6 王世星;;利用不同时频分量的RGB合成预测断裂及裂缝发育带[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
7 赵岩;王德吉;唐光武;张亚辉;;智能桁架平稳/非平稳随机振动高效分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
8 程乃伟;;城市建筑中点声源噪声预测方法研究[A];人-机-环境系统工程研究进展(第七卷)[C];2005年
9 汪明清;;北京内燃机总厂空压站噪声控制[A];环境噪声控制论文集[C];1989年
10 刘春燕;何莉;唐斌;;江汉平原海相地层地震资料处理方法探索[A];中扬子及周缘油气成藏地质要素学术研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 江苏 周亮平;浅析全数字助听器[N];电子报;2006年
2 汤姆·巴兰梯恩;环保先行[N];中国航空报;2004年
3 空客;飞机生产贯彻环保先行[N];科技日报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 徐善辉;基于Hilbert-Huang变换的地震噪声衰减与薄层预测技术研究[D];吉林大学;2012年
2 罗斌;随钻地震技术研究及应用效果[D];中国地质大学(北京);2005年
3 袁玲;公路林带声衰减量及其应用研究[D];长安大学;2009年
4 龙云;混合地震采集数据成像改进方法研究[D];吉林大学;2013年
5 张丽敏;变压器噪声的反馈有源控制方法研究[D];南京大学;2012年
6 勾丽敏;散射波成像处理技术研究[D];中国地质大学(北京);2007年
7 寻之朋;材料生长动力学的数值模拟研究[D];中国矿业大学;2011年
8 高伟;基于独立变量分析的盲反褶积研究[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张志峰;振动压实对环境的影响[D];长安大学;2004年
2 孙伟;夏季国槐林带降噪模型初探[D];北京林业大学;2014年
3 李青;多尺度形态学在地震资料数字处理中的应用研究[D];石油大学(北京);2005年
4 谢辉;临街建筑声环境对人体生理参数的影响研究[D];重庆大学;2006年
5 王春梅;交通噪声特性分析与绿化带降噪效果研究[D];西北农林科技大学;2007年
6 王颀;济青高速公路淄博段植被建植及其对交通噪声影响的研究[D];南京林业大学;2008年
7 彭建亮;最优分数阶滤波器设计及应用研究[D];电子科技大学;2011年
8 丁亚超;公路交通噪声预测及绿化带对交通噪声衰减的效果研究[D];华中科技大学;2005年
9 高志成;磁性薄膜微波噪声抑制特性研究[D];华中科技大学;2007年
10 杨琼;列车司机室自适应有源噪声控制系统研究[D];北京交通大学;2010年
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