[发明专利]基于CEEMD的地震信号高分辨率处理方法

说明书

本发明公开了一种基于CEEMD的地震信号高分辨率处理方法，先根据地震剖面的平均振幅谱确定阈值集合G，接着用CEEMD对单道地震信号进行分解得到IMF分量，利用相关系数‑阈值法确定阈值H，通过阈值H选取有效频段内的IMF分量进行叠加，再用阈值集合G对叠加后的IMF分量进行高分辨率处理，然后将处理后的IMF分量和剩余的IMF分量进行信号重构，得到高分辨率处理后的地震信号，最后逐道处理余下的地震信号得到高分辨率的地震剖面。本发明通过计算地震剖面的平均振幅谱确定阈值集合G来避免仅使用标准的地震数据引起的随机干扰；通过阈值H选取有效频段内的IMF分量进行叠加后高分辨率处理，减少噪声对地震信号分辨率的影响。

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，尤其涉及一种基于CEEMD的地震信号高分辨率处理方法。

背景技术

地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的勘探方法。其中，上述的地震波在传播过程中，受大地滤波、周围噪声等影响，导致了地表接收到的地震信号分辨率降低的问题。而地震信号分辨率是地震勘探工作中获取地层细节信息的关键因素，对研究薄层或小的地质体有着重要的意义，因此针对地震信号的特性来合理有效地提高其分辨率就显得尤为重要。

目前，提高地震信号分辨率的方法：谱白化、反Q滤波、多尺度联合分析等几类。谱白化是通过展宽振幅谱来达到补偿目的的方法，可是该方法存在破坏各个频率间振幅空间关系的问题；反Q滤波可以补偿振幅衰减、频率损失和改善相位特性，但该方法的准确程度高度依赖品质因子Q值求取；多尺度联合分析方法是利用测井、井间地震等技术对地下得同一目标进行不同尺度性质的反映，通过他们之间的联合作用提高地震资料分辨率，可是该方法需要特殊的井中资料，缺乏应用的普遍性。

可见，现有的技术中尚无较好的提高地震信号分辨率的方法。为了达到对非线性、非稳态的数据进行自适应和多角度分析的目的，Huang等人提出经验模态分解(EmpiricalMode Decomposition,EMD)。EMD方法作为一种多尺度分解方法，算法直观简单，能够自适应将信号分解为一系列固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)。EMD方法对非平稳信号的分析具有很大的优势，但它的分解过程存在模态混叠现象，导致某一个IMF分量中包含不同尺度的信号，或者相似的尺度信号存在于不同的IMF中。基于以上问题，WU等人提出一种噪声辅助信号分析的EMD方法，即集合经验模态分解(Ensemble Empirical ModeDecomposition,EEMD)，利用白噪声功率谱密度在整个频域内均匀分布特征，向原始地震信号中加入一定的白噪声，使得信号在不同尺度上具有连续性，之后再进行EMD分解。该方法在继承EMD分解的优点的同时，可以有效的解决EMD方法存在的模态混叠问题，但它是利用增加平均次数来降低重构误差，这是以增加计算成本为代价，而且它不具有完备性，信号的重构过程中也存在残余噪声的影响。

Torres等人对EEMD方法作了进一步的改进，提出互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)。该方法主要是通过向原信号中添加正负白噪声分别进行EMD分解，这样就能够很好地消除重构信号过程中残余的白噪声，而且加入的噪声集合次数可以很低，可提高信号处理的计算效率。CEEMD方法在继承EMD分解的优点的同时克服其分解会引起模态混叠现象的问题，还几乎消除了EEMD中添加白噪声引起的残余噪声的影响，适合于对精确性要求较高的地震资料进行高分辨率处理。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，不破坏各个频率间振幅空间关系，减少噪声影响，能快速提高地震信号的分辨率，充分准确的展示其细节信息的基于CEEMD的地震信号高分辨率处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于CEEMD的地震信号高分辨率处理方法，包括以下步骤：