[发明专利]一种基于秩残差约束的沙漠地区地震信号噪声抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于秩残差约束的沙漠地区地震信号噪声抑制方法，包括：步骤一、获取含噪沙漠地震数据，并且对所述含噪沙漠地震数据做k＝1:K的正则化处理：并且设置初始值Y^k＝Y，步骤二、在所述含噪沙漠地震数据中设置搜索窗口，在所述搜索窗口中选择参考块矩阵，再选择与所述参考块矩阵相似的地震纹理块矩阵共同进行滤波后构建相似块矩阵，且所述相似块矩阵满足：其中表示纯净沙漠地震数据矩阵，表示随机噪声数据矩阵；步骤三、构建秩残差约束模型并求解获得估计的纯净沙漠地震数据矩阵，所述秩残差约束模型为：步骤四、合并相似块矩阵获得去噪地震信号。本发明提供的方法对抑制沙漠地区的随机噪声具有良好的效果。

技术领域

本发明涉及地球物理技术领域，更具体的是，本发明涉及一种基于秩残差约束的沙漠地区地震信号噪声抑制方法。

背景技术

沙漠中埋藏着大量石油资源，但沙漠地区未知的地下结构给石油资源的开发带来了很大的困难。地震数据分析作为获得地下岩石结构的关键技术，需要具有高信噪比(SNR)，高分辨率和高保真度的地震信号。但是，在采集地震信号的过程中，不可避免地会受到随机噪声的影响，这将严重降低信号的信噪比和分辨率，从而影响地震数据的分析。因此，地震信号的噪声抑制成为地震数据分析前的关键步骤，将直接影响地震数据分析的准确性。沙漠地区的噪声主要由自然噪声，近场噪声和远场噪声组成。它具有低频，非平稳和非高斯的特征，这与以前的白高斯噪声有很大的不同。因此，存在一个很大的问题，即现有的在抑制高斯白噪声方面具有良好效果的方法是否适合于抑制沙漠地区的噪声。在沙漠地区，噪声与有效信号之间也存在严重的频谱混叠现象，因此从理论上可以认为，在频域中有效分离信号和噪声的方法不能有效地应用于沙漠地震信号的噪声抑制。因此，设计适合于抑制沙漠地震信号中的噪声的方法有一定的难度。

近几十年来，许多不同类型的方法被介绍并应用到地震信号的噪声抑制中。通常，所有方法都同时利用有效信号和噪声的不同特性和特征，或者仅利用有效信号的某些先验特征来有效分离有效信号和噪声。一种非常常见的方法是将地震数据变换到变换域中，根据有效信号和噪声的不同稀疏性(有效信号稀疏，噪声不稀疏)，在变换域中设置适当的阈值以保留可表示有效信号的分量并丢弃这些代表噪声的分量，然后进行逆变换以获得最终的去噪结果。这样的方法包括傅立叶变换、小波变换、曲线波变换、剪切波变换、轮廓波变换、seislet变换、Radon变换、dreamlet变换。一种方法是将地震信号分解为不同的分量，并且每个分量所在的频带都不同。根据有效信号和噪声的不同频带，选择代表有效信号的分量并重新组合以获得最终的去噪结果。这样的方法包括经验模态分解(EMD)、变分模态分解(VMD)及其扩展应用。一种方法是使用有效信号的可预测特性来构造预测滤波器，以增强有用信号并抑制随机噪声。这样的方法包括t-x预测滤波、f-x反卷积、非平稳预测滤波、基于多项式的拟合方法、前后预测方法。

尽管上述方法对地震信号的噪声抑制应用有重大影响，但仍然存在一定的局限性。如傅立叶变换的方法通常会引起不必要的伪影，例如非平滑边缘和伪吉布斯现象，并且反射的地震信号可能会失真。当有用信号和噪声之间存在频谱混叠时，诸如EMD和t-x预测滤波之类的方法将无法取得良好的效果。

发明内容

本发明的目的是设计开发了一种基于秩残差约束的沙漠地区地震信号噪声抑制方法，通过滤波器对含噪地震信号进行滤波后进行块匹配，最小化要恢复的地震信号的奇异值与估计的纯净地震信号的奇异值之间的残差以获得去噪的地震信号，不仅能很好地抑制随机噪声，而且能很好地保留有效信号，实际去噪效果更好。

本发明提供的技术方案为：

一种基于秩残差约束的沙漠地区地震信号噪声抑制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取含噪沙漠地震数据Y，并且对所述含噪沙漠地震数据Y做k＝1:K的正则化处理：

其中，K表示最大迭代次数，Y^k表示第k次迭代处理后的含噪沙漠地震数据，表示第k-1次迭代处理后的去噪地震信号，并且设置初始值Y^k＝Y，