料处理中的应用
作者：罗瑞亨
单位：景德镇陶瓷学院科技艺术学院 09机设 200930454026
摘要在不损失有效信号能量的基础上从低信噪比地震资料中恢 复出有效信息是地震资料处理的关键问题之一.针对这一问题利用基 于Wigner—Ville分布的时频峰值滤波技术处理共炮点地震记录。
基于伪Wigner—Ville分布的时频峰值滤波技术可以保．【正得到复杂地震记录的无偏估计，增强地震资料中的有效信息，去除随机噪声，有效地恢复同相轴。采用实际典炮点地震资料，比较时频峰值滤波前后的地震记录可以看出：地震资料中的有效信息明显增强，同相轴连续性得到改善 。
关键词：信号增强；时频峰值滤波；伪Wigner—Ville分布；共炮点
Application of Signal Enhance ment Method Based on Time—Frequency Peak Filtering to Seismic Data Processi ng
Abstract：It is essential to seismic data processing that event is recovered clearly from noisy seiscmic
data without losing energy of the signa1．The time — freuency peak filtering (TFPF)based on pseudo
Wigner—Ville distribution(WVD)was applied to proc ess common shot point seismic record to eliminate the noise．This method achieved an nbiased estimation of the complex seismic record。The efficent in—formation in seismic data was enhanced．and the random noise in the seismic data was removed.and t he seismic event was recovered effectively．Compared the results from practical seismlc record before an dafter TFPF processing.the effective information in seismic data was enhanced evidently，and the conti— nuity of event
was improved simultaneously．
Key words：enhancement of signal；time— frequency peak filter；pseudo WVD；common shot point record
0 引 言
地震勘探资料中的噪声性质很复杂，有效信号和噪声往往混叠在一起，很难将信号无损失的恢复出来。从低信噪比地震资料中恢复有效信号的方法可以归结为去除噪声和信号增强两大类型。常用的去除噪声的方法通常根据地震波与噪声的频率、波数、时差等特征差异将信号和噪声分离，从而去除噪声，如傅立叶变换滤波_l]，小波变换、 r—P变换_ 7，K—L变换等。当信号与噪声的差异较小且难以区分时. 这类去噪方法的应用就受到限制。本文从信号增强角度利用时频峰值滤波处理地震资料,通过增强有效信号信息达到恢复同相轴的目的。1 时频峰值滤波理论分析地震勘探资料每一道记录中含有有效反射波随机噪声和面波、多次波等规则噪声，规则噪声和有效反射波都是确定性信号。而TFPF能够抑制加性随机噪声，因此本文只考虑随机噪声的情况将第 i道地震记录表示为
Si(￡)一 (￡)+(￡) =∑女(￡)+(￡)。(1k 其中：(￡)表示第k个反射波 ,(￡)表示随机噪声。基于时频峰值滤波的信号增强方法把待处理的信号看作是解析信号的瞬时频率，利用解析信号时频分布能量集中于瞬时频率周围的性质，取时频分布的峰值估计瞬时频率从而获得待处理信号_ l 。时频峰值滤波技术是处理一维数据的方法 ， 在处理地震资料时需要对地震资料中的每一道记录分别采用时频峰值滤波处理。具体处理过程如下：进行频率调制，使其成为调制后的解析信号Z(￡)的瞬时频率，解析信号Z。(￡)为Z，(￡)一 叫( a )
da.(2)式中,是调制指数。基于Wigner—Ville分布(WVD)的性质可知， 解析信号WVD的峰值是解析信号瞬时频率的无偏估计。因此按频率取 Z (￡)的wVD的最大值 ：arg max[W(t，-厂)]主，(￡)一——上———————～。( 3 )
其中：w是解析信号Z (￡)的WVD，主(￡)是第i道地震记录的估计。瞬时频率是 时间的线性函数，这是时频峰值滤波技术无偏估计待处理信号的先决条件。地震反射信号是时间的非线性函数，采用 WVD作TFPF得到的估计是有偏的。为了得到无偏的估计可以选择加窗的伪 WVD(PWVD)进行时频峰值滤波，保证窗内的瞬时频率随时间线性变化，从而保证时频峰值滤波是有效信号的无偏估计～。 PWVd定义为r∞ 一W(t，厂)一l h( r )Z (t+÷)× J…一 L z一专)e-jZnfrdr。(4)式中，h(r)是随时间滑动的窗函数 。基于PWVD时频峰值滤波技术处理地震资料，将信号进行频率调制和 P WVD处理后,信号的能量集中于瞬时频率( 既地震有效信号)周围，时频峰值滤波估计出的信号能量得到增强 ；另一方面，由于随机噪声 的随机特性，经过频率 调制 和 PWVD处理后，随机噪声的能量在时频平面中散布于整个平面,因此采用时频峰值滤波估计出的待测信号中随机噪声的影响得到抑制 。
2 实际地震资料处理采用共炮点地震资料，采样间隔4 ms，偏移距30 rn，地震资料的随机噪声很强,有效信息在噪声的影响下相对较弱，有些信息甚至被噪声掩盖.利用时频峰值滤波处理地震记录 ， 按式( 2 ) 对每一道地震记录进行频率调制，然后利用l3个数据点的矩形窗计算调制解析信号 的伪 Wi g n e r —Vi l l e分布 ，最后按频率取时频分布的峰值作 为有效信号的估计，如公式( 3 ) 。 本文选取噪声和信号不同情况下的地震记录说明时频峰值滤波的效
果，经时频峰值 滤波技术处理后 的地震记显示在 图 l ～4中。6dB；通过时频 峰值 滤波后有效信h明显增强，地震记录中的同相轴被有效地恢复出来，信噪比为5.4dB。图2地震记录中随机噪声较强，有效信息几乎淹没于随机噪声 中，信噪比为一0,9 d B 。通过时频峰值滤波后，有效信号得到增强，噪声被抑制， 有效信息变得清晰可见，信噪比为3,6 dB。图3地震资料中的噪声比较集中地分布在地震记录的左上角，右侧的信息较强，同相轴几乎被随机噪声掩盖，隐约可现，信噪比1．7 d B；经时频峰值滤波处理后，地震记录中的随机噪声被去除，原先被噪声掩盖的有效信息得到恢复，地震资料右侧的有效信息仍然保留下来，信号幅度增强，同相轴连续性变好，信噪比为3．9 dB。图 4地震资料左上角集中分布着随机噪声，其它位置的随机噪声也很强，有效信息不明显。经时频峰值滤波后的地震记录中随机噪声被压制，有效信号被加强了，同相轴被有效地恢复出来。信噪比从原来的2 ．9d B提高到5． 2dB。 从上述实际地震记录的计算结果可 以看 出：
(1) 时频峰值滤波技术能够增强实际地震记录中的有效信号。 (2) 存在随机噪声的情况下，随机噪声不会影响时频峰值滤波增强信号的效果。
(3) 时频峰值滤波技术使 同相轴连续性 得到改善。 3结 论
时频峰值滤波技术是信号增强的有效方法。本文利用时频峰值滤波增强信号的性质恢复实际地震记录中的有效信息，采用野外共炮点记录验证了时频峰值滤波技术恢复地震资料中有效信息的有效性。实际地震资料处理的结果表明，时频峰值滤波技术可以增强地震资料 中的有效信息，同时抑制了地震资料中的随机噪声，经过处理后 的
地震资料中同相轴的连续性强。
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