多分量地震数据矢量去噪方法研究

The vector information and amplitude information are very important for multicomponent seismic data processing, interpretation, and inversion. This project will study vector denosing methods or techniques for multicomponent seismic data based on multivariate statistics analysis and group sparse representation theory. Some seismic wavefields in complex anisotropic media will be modelled. The characters of signal and noise in synthesized and real multicomponent seismic data are systematically investigated and compared. A vector denoising method is developed to attenuate the random noise in multicomponent seismic data based on statistic characters. According to the characters of time, space, visual velocity, frequency and polarization, sparse representation dictionaries are constructed for signal and noise, respectively. A multicomponent cooperative denoising model is established with group sparsity constraint. This model can effectively attenuate noises, and preserve the dynamic information of multicomponent seismic data. The researches of this project could provide high quality multicomponent seismic data for subsequent processing and interpretation, for example, fracture/fluid prediction.

针对多波多分量地震数据处理、解释和反演过程中对振幅与波场矢量信息的保真要求，本项目基于多元统计分析与组稀疏表示理论开展多分量地震数据的矢量去噪方法研究。首先通过不同模型多分量地震数值模拟，结合实际多分量资料，分析总结有效波与噪声的特征差异；其次利用多分量数据的多元统计特征在矢量空间中设计、发展压制随机噪声的矢量去噪方法；最后根据不同信号在时空、频率、视速度、极化等方面的特征差异，构造可以分别稀疏表示有效信号与相干噪声的字典，建立组稀疏表示约束下的矢量波场联合去噪模型，综合利用波场矢量信息及各分量信息互补，有效压制噪声、保持多分量地震数据的动力学信息不畸变。上述研究将为岩性与流体预测、裂缝与岩石力学参数反演等提供高保真的矢量波场数据，提高多波处理与反演精度。

多分量地震数据同时记录了质点在垂直和水平方向的线性运动情况，是地震波矢量场的平动信息的完整记录。它不仅同时提供了各种体波与面波的走时、振幅和频率、频散等信息，还提供了同一波动在各分量间的相对振幅关系，以及不同波型间的振幅、频率、相位和走时差异等信息。这些矢量波场信息将有助于更加详细、精确地刻画地下介质的构造、岩性、流体饱和度、孔隙压力、裂缝等特征。然而由于当前地震数据使用方法与处理技术的局限性，这些信息未能被充分发掘。充分利用地震波场矢量信息的前提要求是地震数据处理过程中需保持波场矢量特征不变，而矢量去噪方法能更好地保持波场矢量特征不变。. 本项目基于多元统计分析与组稀疏表示理论等开展了多分量地震数据的矢量去噪方法研究，主要研究内容和成果如下：（1）首先通过不同模型多分量地震数值模拟，结合实际多分量资料，分析总结了有效波与噪声的特征差异；（2）利用多分量数据的多元统计特征设计、发展了压制随机噪声的矢量去噪方法，该方法在矢量空间中沿不同方向对同相轴进行搜索，并沿最优方向进行矢量均值和矢量中值滤波，能适用于复杂多分量地震记录；（3）根据不同信号在时空、频率、视速度、极化等方面的特征差异，构造可以分别稀疏表示有效信号与相干噪声的字典，建立了组稀疏表示约束下的矢量波场联合去噪模型，综合利用波场矢量信息及各分量信息互补，有效压制噪声、保持多分量地震数据的动力学信息不畸变。（4）提出t-f-k极化滤波面波压制方法，在t-f-k域内同时利用面波与体波在速度、频率、分布区域和极化特征上的差异，自动、精细地识别面波变换系数，进而设计滤波窗口都面波进行有效压制。. 我们的研究方法将为岩性与流体预测、裂缝与岩石力学参数反演等提供高保真的矢量波场数据，提高多波处理与反演精度。. 基于本项目研究内容发表了学术论文5 篇，其中SCI论文3篇，国内外知名刊物2篇；登记了软件著作权3项，申请国内发明专利5项，其中已授权3项。