改进经验模态分解法衰减地震随机噪声研究及应用

作     者：温馨 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘财

授予年度：2022年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：经验模态分解法 地震噪声压制 模态混叠 端点效应 极值点延拓 

摘      要：地震勘探噪声压制是地震资料处理的关键环节,许多学者都对此进行了研究。Huang提出的经验模态分解(EMD)方法十分简单直观。这种方法是一种自适应性的“筛分方法,与小波变换等“加窗方法相比,其不受基函数和测不准原则等影响,它的完全自适应性会让信号根据频率从高到低进行分解,而后得到对应的本征模态函数以及一个残差,并且保证了分解出来的每个本征模态函数(IMF)分量都存在相应物理意义。而地震勘探中,噪声的特性一般表现为高频特征,所以在进行经验模态分解过后只需要将高频的分量进行舍弃即完成了地震噪声的压制。因此许多学者将经验模态分解法引入到了地震勘探随机噪声压制中。由于经验模态分解法具有完全自适应性、完备性、近似正交性、IMF分量的统计学意义、IMF分量的调频性等性质,进而保证了EMD分解过后得到的每一个分量——本征模态函数都具有相应的物理意义。但是经验模态分解方法仍存在模态混叠和端点效应等尚未被解决的问题,直接影响分解结果和IMF意义。模态混叠现象一般是因为间歇信号嵌入和发生异常事件干扰所产生的现象,这种情况对于地震勘探数据来讲也十分常见。本文研究了集合经验模态分解方法(EEMD)以及互补集合经验模态分解方法(CEEMD),这两种方法都是利用了白噪声功率谱密度分布均匀的特征,通过引入白噪声的方法来对信号原本会产生模态混叠现象的噪声进行抑制。通过研究CEEMD方法,发现该方法可以有效地将间歇信号地嵌入以及异常事件地扰动与有效信号分离开,进而抑制模态混叠现象,可以更好地应用于地震噪声压制这一领域。通过EMD和CEEMD两种方法的理论地震剖面模型计算,发现CEEMD分解得到的信号非常干净,验证了 CEEMD方法可以更好地应用于地震噪声地衰减,抑制模态混叠现象发生。对于端点效应问题,本文提出了一种新的极值点平行端点延拓方法对原始EMD进行改进,解决了由于“过冲和“欠冲造成的端点效应问题。通过理论合成的仿真信号进行研究分析,对比经验模态分解法和改进的经验模态分解法,发现本文改进过后的方法分解次数更少,分解效果更高,分解结果的误差小。通过实际数据测试,发现f-x域改进EMD预测滤波方法能更好地保留有效地震数据,压制地震噪声。