经验模态分解降秩算法研究与应用

论文摘要

随着油气勘探开发的不断深入,勘探地区的地质构造和地质环境愈发复杂多变。在陆上和海上中深层勘探目标区采集的地震资料中,受复杂地质条件和其他因素等影响,原始资料的品质通常比较差,主要表现为:剖面中存在着较严重的随机噪声和相干噪声干扰,有效反射信号较弱且被强噪声覆盖,资料信噪比和保真度较低。由于地震资料的信噪比会直接影响到地质解释的精度,因此地震资料去噪处理就成了十分重要且基础的环节,也有必要对地震去噪方法展开深入研究。基于降秩理论和模态分解理论的地震资料去噪方法是近年来国内外去噪研究领域的两大热点,本文主要研究了降秩理论中构造Hankel矩阵去噪方法和模态分解理论中频率-空间域经验模态分解去噪方法,应用于地震资料随机噪声压制、地震资料混合噪声压制等问题,具体研究工作包括以下四个方面:（1）研究了构造Hankel矩阵实施降秩压制地震随机噪声的方法原理,分析其线性同相轴假设前提、降秩参数选取准则、基本步骤等,并通过模型分析了Hankel矩阵中纯净数据和含噪数据的奇异值分布差异特征。（2）针对构造Hankel矩阵降秩去噪方法的核心部分—降秩约束算法展开研究,分别研究了四种约束算法:传统的基于截断奇异值分解的多道奇异谱分析法;在多道奇异谱分析基础上添加阻尼项进行优化的阻尼多道奇异谱分析法;通过计算左右奇异向量的优化权值低秩逼近有效信号的奇异值收缩法;将阻尼项引入奇异值收缩法进行优化的阻尼奇异值收缩法。本文通过线性理论模型和Sigmod理论模型测试,对比分析了在同等参数条件下四种算法去噪效果的优劣,得出了本文所提阻尼奇异值收缩法效果整体优于其他方法的论断。（3）针对构造Hankel矩阵降秩去噪方法中核心秩选参数在复杂资料中不易确定的问题,引入了一种自适应秩选算法,该算法通过计算矩阵奇异值的优化硬阈值自动对秩选参数进行调节,本文将其与阻尼奇异值收缩法相结合构造新的自适应降秩约束算法。通过Sigmod理论模型、三维叠前理论模型、三维叠后实际数据等分析测试,自适应降秩约束算法在去噪性能和保幅度上均比传统基于固定参数的降秩约束方法有较大提升,在地震随机噪声压制应用中有优异表现。（4）研究了经验模态分解及频率-空间域经验模态分解去噪方法,通过模型分析了其去除高波数分量以压制随机噪声和陡倾角相干噪声的原理。考虑到降秩去噪方法在奇异谱上不能分离信号分量和相干噪声分量,以及经验模态分解受模态混叠影响去噪结果残留有随机噪声,为弥补各自缺陷,尝试将频率-空间域经验模态分解与自适应阻尼奇异值收缩法相结合,构造一种经验模态分解降秩算法,应用于含混合噪声的叠后地震数据去噪处理。首先利用频率-空间域经验模态分解去除高波数分量的特性分离陡倾角相干噪声和大部分随机噪声,再利用自适应阻尼奇异值收缩法对前一步结果做进一步去噪提纯处理。通过含混合噪声的模型和实际资料测试分析,本文所提新算法相比传统降秩去噪方法压制了相干噪声,相比经验模态分解方法压制了残余随机噪声,且所需参数设置较少,具有较高的自适应性和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题依据
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容和技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 研究成果
• 第2章 基于Hankel矩阵的降秩去噪方法
•   2.1 低秩模型降秩去噪原理
•   2.2 降秩约束算法研究
•     2.2.1 多道奇异谱分析
•     2.2.2 阻尼多道奇异谱分析
•     2.2.3 奇异值收缩法
•     2.2.4 阻尼奇异值收缩法
•   2.3 反对角线平均处理
•   2.4 自适应降秩参数选择算法
•   2.5 本章小结
• 第3章 地震随机噪声压制数值模拟
•   3.1 随机噪声压制评价指标
•   3.2 三维线性模型去噪测试
•   3.3 二维Sigmod模型去噪测试
•   3.4 三维叠前模型去噪测试
•   3.5 三维叠后实际资料去噪测试
•   3.6 本章小结
• 第4章 经验模态分解降秩方法
•   4.1 经验模态分解原理
•   4.2 频率-空间域经验模态分解去噪方法
•   4.3 经验模态分解降秩算法
•   4.4 含混合噪声模型去噪测试
•   4.5 含混合噪声实际资料去噪测试
•   4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨志鹏

导师: 李勇

关键词: 经验模态分解,降秩去噪,地震噪声压制

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 成都理工大学

分类号: P631.44

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000118

总页数: 63

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