地震波弱信號檢測課程作業(yè)

地震波弱信號檢測20155520669王京椰檢測技術(shù)及其自動化裝置

地震波信號檢測摘要：隨著地下資源開采難度增加，對地震資料微弱信號檢測的意義越來越重要。深層反射層層間信息，地下構(gòu)造、儲層的精細(xì)識別、層位的標(biāo)定件的影響，使得接收到的地震資料信噪比（SNR）低，有效反射同相軸能量弱，很難或不能進(jìn)行識別。本文主要介紹了基于相關(guān)性的信號檢測及處理以及地震波弱信號的信噪比定義。關(guān)鍵詞：地震波弱信號檢測相關(guān)檢測噪聲0引言近年來，隨著對油氣需求量的增加，勘探成熟度的不斷提高，地震勘探的目標(biāo)越來越復(fù)雜：一方面，由簡單的大中型構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向小斷塊及復(fù)合性油氣藏，勘探的難度亦越來越大；另一方面，勘探的視野已經(jīng)向地球深部發(fā)展，巖石圈、深部地球的復(fù)雜構(gòu)造直接關(guān)系著油氣的產(chǎn)生、運(yùn)移、聚集和儲存。近幾年，沙漠、丘陵、林帶等復(fù)雜地表地質(zhì)條件地震勘探愈發(fā)重要，但其地震資料中隨機(jī)噪聲更為強(qiáng)烈。通常，深層反射層層間信息，地下構(gòu)造、儲層的精細(xì)識別、層位的標(biāo)定件的影響，使得接收到的地震資料信噪比（SNR）低，有效反射同相軸能量弱，很難或不能進(jìn)行識別。隨機(jī)噪聲的壓制對多分量地震資料中轉(zhuǎn)換橫波處理、深部地震資料處理以及油氣儲集層微弱反射特征提取和識別都有重要作用。地震方法是油氣勘探的主要手段；地震資料信噪比提高是油氣精細(xì)勘探的重要保障。1基于相關(guān)性的弱信號檢測基于相關(guān)性的信號檢測及處理于上世紀(jì)四十年代發(fā)展起來的，它以隨機(jī)過程和信息論為理論基礎(chǔ)，目前這一技術(shù)在科研及工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相關(guān)檢測是以處理時間序列信息的一種檢測方法，利用信號和隨機(jī)噪聲的固有特點(diǎn)對待測信號進(jìn)行相關(guān)處理的方式，從而達(dá)到將淹沒在噪聲中的有效信號分離或者提取出來的目的。自相關(guān)函數(shù)是對信號本身前后相關(guān)性的一種描述，互相關(guān)函數(shù)描述了兩組信號之間的一般依賴關(guān)系，因此，信號的相關(guān)性檢測也就分為自相關(guān)檢測和互相關(guān)檢測兩種形式。1.1互相關(guān)檢測互相關(guān)函數(shù)是相對于時間的一個函數(shù)，描述了兩組信號之間相似性的一個度量關(guān)系。假設(shè)x(t)和y(t)為某個各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程的兩個樣本記錄，為了估計(jì)x(t)在t1時刻取值和y(t)在t1+τRxyτ=limT→∞1T-對上式進(jìn)行離散化，得到公式：Rxyτ=n→-∞+∞xtyn+τ其中，Rxyτ是時延τ的實(shí)函數(shù)，它一般不是τ的偶函數(shù)。當(dāng)Rxyτ=0時，稱x(t)和y(t)不相關(guān)，這時x(t)和y(t)在統(tǒng)計(jì)上互相獨(dú)立。若τ=(1-2)式是對無限長度的隨機(jī)信號進(jìn)行的離散化分解，在實(shí)際工程應(yīng)用中，進(jìn)行采樣得出的時間序列長度有限，但其含義仍然反映了信號之間的相關(guān)性，表達(dá)式將變?yōu)椋篟xyτ=n→0Lxt其中，L表示信號x(t)的時間序列長度?；ハ嚓P(guān)函數(shù)的基本性質(zhì)：(1)Rxyτ=Ryx(2)函數(shù)的上界下式所確定：Rxy(3)若兩個信號互不相關(guān)但它們的互相關(guān)函數(shù)是一個常數(shù)，則此常數(shù)為這兩個信號各自平均值的乘積；假如其中的一個信號平均值為零，那么它們的互相關(guān)函數(shù)恒為零，即是兩信號之間完全的獨(dú)立不相關(guān)。(4)兩個具有不同頻率的周期信號，其互相關(guān)為零；兩個同頻率的正余弦函數(shù)互相關(guān)為零；周期信號與隨機(jī)信號之間的互相關(guān)為零。互相關(guān)檢測是利用一個與待測信號同頻率的信號，對被噪聲干擾的信號作互相關(guān)處理，下圖為檢測原理圖：圖1互相關(guān)檢測原理圖1.2自相關(guān)檢測與互相關(guān)定義類似，自相關(guān)函數(shù)描述了信號自身在一個時刻的瞬時值與另一個時刻的瞬時值之間的相互依賴關(guān)系。設(shè)某個各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程的一個樣本函數(shù)為x(t)，為考察樣本函數(shù)x(t)在t1時刻和t1Rxxτ=limT→∞1T-對上式進(jìn)行離散化，得到公式：Rxxτ=n→-∞+∞xt由上式得出：Rxxτ是一個以τ為時延變量的實(shí)偶函數(shù)；當(dāng)Rxxτ公式(1-5)是對無限信號的離散化分解，在實(shí)際的工程應(yīng)用中信號能量是有限的，即信號長度是有限的，但其仍然反映了信號間的相關(guān)性，表達(dá)式為：Rxxτ=n→0Lxt其中，L表示信號x(t)的時間序列長度。互相關(guān)函數(shù)的基本性質(zhì)：(1)Rxxτ=(2)Rxxτ≤Rxx0(3)若x(t)是周期函數(shù)，則Rxxτ包含有與(4)若x(t)不是周期函數(shù)，Rxxτ將從的最大值隨的增大單調(diào)的下降，最終趨近于x(t)的平均值的平方；如果平均值為零，則自相關(guān)檢測利用延遲時間對被噪聲干擾的信號進(jìn)行自相關(guān)的處理過程，下圖為自相關(guān)檢測原理圖。圖2自相關(guān)檢測原理圖1.3相關(guān)性檢測在實(shí)際資料的應(yīng)用取某陸地三維工區(qū)高密度資料的最小偏移距剖面，如下圖3(a)所示：通過下圖3(a)最小偏移距剖面看不出多次波的存在或者說多次波很弱視覺上不明顯，此時將多次波視為弱信號，在常規(guī)資料處理中被視為非有效的弱信號，所以仍需把它檢測出來并消除它的不利影響；而通過資料的自相關(guān)剖面就可以把多次波檢測出來，圖3(b)就證實(shí)了該工區(qū)多次波的存在，且以層間多次波為主，并在地域空間上呈現(xiàn)出斷斷續(xù)續(xù)的出現(xiàn)。(a)最小偏移剖面(b)最小偏移剖面的自相關(guān)剖面圖3最小偏移剖面及其自相關(guān)剖面2SR系統(tǒng)的信噪比描述信噪比的定義是：信號功率S與噪聲功率N之比，用SNR表示。假設(shè)輸入信號為正弦信號是st=Asinω此時輸入信號的信噪比為：SNR=20log?(A\2D)dB(1-7SNR為衡量系統(tǒng)輸出y=g(x)中所包含的輸入信號頻率ω0SNR=10logSN=10logS(ω0) 信號的功率S=Y(ω0)2是輸出功率Y(ω)在輸入信號頻率ω0處的能量。背景噪聲的功率N(ω0)是在輸入信號頻率ω0處附近(ω0-L,ω0+L)的功率平均。對輸入信Yk=t=0L-1ytexp式中，yt=(y0,y1,…,y輸出信號的功率：S=Y(背景噪聲功率：N(ω0)=在通過雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)(dxdt=axtSNR=SN≈2A2a3本章小結(jié)本章通過對信號的檢測研究得出了如下認(rèn)識和結(jié)論：相關(guān)性檢測：首先介紹了相關(guān)性檢測的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法，利用相關(guān)性將看不到或不注意的多次波檢測出來，然后進(jìn)行多次波的壓制流程設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高地震資料成像的效果。SR檢測弱信號的認(rèn)識：，分析了系統(tǒng)勢函數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的變化關(guān)系、Kramers逃逸速率與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，定義了在SR系統(tǒng)之中如何定量的進(jìn)行信噪比評價。參考文獻(xiàn)：[1]繆彥舒.基于Curvelet變換的高密度地震弱信號檢測與去噪方法研究[