基于经验模态分解的去噪方法研究.pdf

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1、第21卷第1期江汉石油科技V01．21No．12011年3月JIANGHANPETROIEUMSCIENCEANDTECHNOLOGYMar．2011基于经验模态分解的去噪方法研究周开明，苏振波，陈鹏(江汉油田分公司物探研究院)摘要：在f-x域沿x方向进行经验模态分解，将地震记录分解成不同的固有模态函数IMFs，每个IMF成分代表了信息在空间方向变化的急剧程度。其中随机噪音和陡倾角相干噪音分布于低阶IMF中，而有效信号在空间方向呈现缓慢变化特征，主要分布于高阶IMF中，因而可以进行信噪分离。该方法是一种非平稳数据处理技术，没有常规空

2、间傅立叶变换之类技术的假频问题，且能够处理不规则空间采样数据。实际处理结果表明，该方法去噪结果保真度较高。关键词：经验模态分解(EMD)；固有模态函数(IMF)；不规则采样；空间假频；非平稳信号目前，地震勘探区域地表地质条件越来越复杂，本文介绍了一种f-x域经验模态分解去噪技虽然采集设备和采集技术有了很大的改进，但获得术，它将地震记录分解成不同的固有模态函数的地震资料的信噪比仍然较低，严重制约了地震勘IMFs，根据信号、相干干扰和随机噪音在IMFs中不探的精度，因此在现有采集条件下，如何提高地震资同分布特征进行去噪。能自适应地处理空

3、间非平稳料信噪比，成为地震资料叠前处理的一个重要课题。信号，同时消除随机噪音和陡倾角相干噪音，对于不提高地震资料的处理手段较多。评价一种去噪规则空间采样也能取得较好的效果。技术的性能主要从如下方面考虑：①去噪能力；②信号保真度。实际处理时往往根据资料的品质采取一1方法原理种折中或妥协的方法。去噪技术的分类有很多，按照处理数据所在的域来划分，我们可以将它们分为t本方法基于经验模态分解方法【5]。而经验域，f域，t-x域，f-x域，f-k域。其中t域，f域不考模态分解是Hilbert—Huang变换(HHT)的核心技虑噪音的空间特征，故

4、没有空问滤波通常存在的混术。HIlT是一种对非平稳数据进行时频分析的非波效应。也正是因为没有考虑信号和相干干扰的空线性信号分析工具，它具有自适应的特点，即可以根间特征而使得这类技术去噪能力有限，只能针对某据信号的不同特点，自动调节基的的形态，避免了大些特定的随机噪声进行去噪，如脉冲野值，50Hz工多数时频分析技术基一旦选定就不能更改的弊病，业干扰，低频和高频随机噪声等。t-x域，f-x域，f—从而在信号分析中具有较大的灵活性。本文主要利k域考虑了信号和相干干扰在不同域的空问局部规用经验模态分解对非平稳信号进行时频分解的优律性。在具体

5、应用时应根据实际地震记录的信噪规势，在f-x域将地震记录分解为不同固有模态函数律进行相应的去噪处理。(IMF)，根据信号和噪音所占有的不同IMF分量进当然，对于同一种数据域，不同的处理方法在去行去噪。噪能力和信号保真度方面存在较大差异。在目前处设某道地震记录为d(t，)，它可分解为：理系统中常用的提高地震资料信噪比的处理技术主d(￡，)=s(￡，)+c(f，)+扎(，)(1)要有：F—X反褶积，中值滤波，径向预测滤波，多其中，项式拟合，奇异值分解，F—K滤波等，在文献中(t，)信号；进行了较为详尽的分析。在实际应用中，通常存在如下问

6、题：①由于空间采样不足导致的空间假频问第一作者简介：周开明，1989年毕业于复旦大学数学系题；②空间滤波或拟合产生的振幅畸变；③不规则空应用数学专业，获学士学位。现主要从事地震资料处理及储间采样问题；④空间非平稳信号处理问题。层预测方法研究和软件开发工作。·14-江汉石油科技21卷(2)由局部极大值点和局部极小值点构成的两3结束语条包络线平均值处处为0。对D)进行经验模态分解结果为：经过对f-x域经验模态分解方法进行研究和实n际资料处理，可以得出如下结论：D其中，R)=~2_,IMr(-／)+R，)(3)(1)f--x反褶积是在空间

7、方向通过复数维纳算)为剩余量。子进行滤波，要求空闽采样是规则的，且要求具有较在f_x域就某一频率成分而言，随机噪音和陡大的空问道数。在去除随机噪声的同时，相干干扰倾角相干噪音往往分布在第一个IMF分量，故实际得到了增强，而f-x经验模态分解方法能够处理非处理时往往只需将第一个IMF分量去除即可达到规则采样数据。去噪目的。(2)经验模态分解方法是一种非平稳信号分解方法，因此本方法适应予在空问方向非平稳变化的2应用效果噪声消除。图1是某地区高密度采集单炮记录，由于是单(3)本方法主要用于随机噪音和大倾角相干噪点接收，线性干扰较为严重，且

8、规律性不强，同时还音的衰减，对于小倾角相干噪音，应结合其它去噪方夹杂随机噪音。图2是本方法去噪结果，图3是图法处理。参考文献1与图2的差值即噪音。从图上可以看出，相干干扰和随机噪音都得到了较好的衰减。[1]CanalesL，Rando