[发明专利]基于块稀疏压缩感知的沙漠地震勘探随机噪声压制方法

说明书

本发明涉及一种基于块稀疏压缩感知的沙漠地震勘探随机噪声压制方法，属于沙漠地震勘探环境下低频随机噪声消减的方法。通过对沙漠噪声非均匀等性质的研究，实现有效信号准确定位，利用块稀疏压缩感知算法充分考虑地震信号结构化块稀疏的特性，达到沙漠地区随机噪声压制的目的。本发明的优点是在达到消减沙漠随机噪声的目的前提下，有效地保持地震记录中有效反射波的幅值，提高地震资料的分辨率，为在复杂多变的沙漠环境下石油、天然气勘探的地震资料处理提供有利条件。

技术领域

本发明属于一种沙漠地震勘探随机噪声压制方法，尤其是指基于块稀疏压缩感知的沙漠地震勘探随机噪声压制方法。

背景技术

油气资源对于国民经济发展具有重要作用，地震勘探是探查油气资源的重要手段。随着国民经济发展的需要和科学技术水平的提高，对地震勘探技术的要求也由增强有效信号逐步发展到高信噪比、高分辨率、高保真度的“三高”水平。在“三高”要求中，高信噪比是基础。被沙漠覆盖的塔里木盆地作为我国最大的油气后备基地，是目前最为重要的地震勘探地区。沙漠地区采集到的地震资料伴随大量低频随机噪声，由于该噪声与地震子波序列性质相近且与有效信号频带大量重叠，导致在时频域压制低频噪声同时，基本没有可能提取到有效信号。面对复杂的随机噪声干扰，亟需建立沙漠地带低频随机噪声消减新对策，提高地震资料信噪比，满足油气地震勘探“三高”要求。

塔里木盆地沙漠地区地表起伏大，低降速带变化剧烈，受大沙丘与不均匀分布沙丘的影响，采集的地震数据中噪声干扰十分严重，导致地震记录信噪比较低，有效信号淹没在强能量噪声干扰、散射干扰之中。同时，沙漠地区干旱、松散的地表严重影响到激发能量的向下传播和地震检波器耦合，采集获得的有效信号能量很弱。地表起伏的沙丘横向速度变化很大，通过散射、绕射、交混回响等作用产生大量的随机噪声干扰，因此地震资料普遍存在反射波能量弱、信噪比低的问题。

在消减沙漠随机噪声的研究中，选用目前优秀的TFPF技术和小波变换技术，虽然一定程度上提高了信噪比，但效果不理想，存在的问题很多。时频峰值滤波(TFPF)方法是典型的时频分析方法，可以提高有效信号的信噪比和时频分辨率等。但是由于沙漠地震资料采集过程中受到散射、绕射、交混回响等作用产生大量复杂随机噪声干扰，且沙漠噪声幅值往往较大，TFPF在压制噪声的过程对有效信号衰减极为严重。小波变换是一种典型的多尺度分析方法，它有较好的时间频率局部化分析能力，目前小波域去噪技术在地震勘探领域中得到较好应用。但是，该方法在地震数据的消噪方面很大程度上依赖于阈值的选择，阈值选择的正确与否直接影响到噪声压制效果的好坏，并且该变换不具有方向性，在处理复杂的多维信号时具有一定局限性。为了有效提取低品质地震资料中的微弱地震信号，需要建立一套适应性更强的多约束综合信号提取方法。

发明内容

本发明提供一种基于块稀疏压缩感知的沙漠地震勘探随机噪声压制方法，将同相轴定位与滤波相结合的信号提取技术作为沙漠地震信号处理的方法，利用非线性降维方法定位有效信号同相轴，并应用块稀疏压感知方法对定位后信号进行精确重构，提高信噪比。传统的CS理论忽略了源信号的结构特征，因此当处理某些具有特定结构的稀疏信号时重构效率较低，为了改善这一问题，提出了模型压缩感知方法，并实现了块稀疏信号的重构。块稀疏压缩充分利用块结构内部特点和块与块之间相关性，通过更少的观测值对信号进行解释分析，从而提高信号重构效率。充分利用地震信号的结构化块稀疏特性，分析有效信号块结构之间的相关性以及与噪声块结构之间的差异性，实现沙漠地区复杂随机噪声消减与地震有效信号提取。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：

(1)沙漠地震记录获取：

结合沙漠地区野外实际的条件，进行地震激发，根据沙丘厚度因素调整测线部署及检波器布置，完成沙漠地震记录采集，得到沙漠地震信号记录X；

(2)沙漠地震记录定位处理：

(a)基于非线性降维模型的沙漠地震信号处理

将沙漠地震信号记录X表示为：