[發明專利]一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法及系統

有效

• 申請號: 202011065673.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112183407B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳磊;李凱;付超;高雪池;許新驥;許孝濱;丁向南;馬川義
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東高速集團有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14;G06F17/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法及系統，包括獲取含噪地震記錄數據的采樣頻率信息和采集信號；將時域數據轉換至時頻域；建立濾波窗長與信號主頻之間的關系，并求得最優濾波窗長；自適應選取高斯濾波系數的峰值位置和方差；各頻段分別選取最后若干時窗的小波系數矩陣求平均值，作為噪聲譜估計矩陣；利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣相減；將小波系數矩陣轉換到時間域中，實現時頻域譜減法去噪流程。通過時頻域譜減法進行隧道地震波數據去噪，優化了傳統譜減法在頻率方向的區分能力，實現了隧道環境下噪聲的消減和去除。

技術領域

本公開屬于地球物理勘探領域，具體涉及一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在隧道環境下，由于受到隧道空間限制和施工干擾影響，現場采集到的地震信號中往往包含有較多的干擾波，影響地震記錄質量，多種類型的噪聲相互混疊，嚴重影響了隧道地震波法超前預報有效信號的提取，從而導致隧道地震探測成像結果中存在假異常，解譯結果出現誤差。對于隧道地震波法超前探測而言，高信噪比的地震數據是準確定位成像的前提。如果采用合理的去噪方法去除地震數據中的干擾波，則能夠提高地震解釋結果的精度。

在隧道地震超前探測中，地震信號的信噪比受隧道環境噪聲影響較大，開展針對性的去噪方法研究十分必要。目前專注于隧道地震超前探測數據去噪的研究還相對較少，除帶通濾波等常用基本去噪方法之外，主要還有：TST超前探測系統中，用到F-K濾波的隨機噪聲去噪方法，根據圍巖波速信息提取同相軸信息，能夠更有效的保留反射波同相軸，并在國內一些工程中進行了效果驗證；SAP超前探測系統中，同時將帶通濾波、τ-p濾波、F-K濾波等方法應用到隧道地震超前探測數據去噪處理中，進一步提升了去噪效果。在各種濾波方法中，時空域濾波方法發展相對較早，方法較為成熟；而目前，變換域濾波也逐漸成為地震數據去噪研究的熱點和發展方向。其中譜減法是變換域濾波中效果較好的一種方法。

但是據發明人了解，采用譜減法進行隧道地震波數據去噪存在以下難題：采用譜減法對數據進行去噪處理，需滿足兩個假設條件：其一，噪聲需與有效信號相互獨立，并滿足統計平穩條件；其二，有效信號不能同時分布在數據的所有時段中，數據中至少有約為2-3個有效信號周期的連續純噪聲。由于基本假設與實際情況之間具有差異，在進行譜減法去噪過程中會產生“音樂噪聲”和“相位噪聲”，其中“音樂噪聲”對處理結果的影響更大。但由于隧道中噪聲種類復雜、難以確保在時域上保持平穩，易導致噪聲譜估計出現誤差，引入額外噪聲。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法及系統，本公開將譜減法轉換到時頻域進行處理，通過將數據在時頻域進一步區分，提升譜減法對噪聲譜誤差的修正效果，實現對隧道環境下噪聲的消減和去除，提高了地震數據低信噪比噪聲去除能力。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種基于時頻域譜減法的隧道地震波數據去噪方法，包括以下步驟：

獲取時域地震記錄數據的采樣頻率信息，將數據通過傅里葉變換轉換到頻率域中，進行頻譜分析，確定采集信號主頻，將時域數據轉換至時頻域；

基于采樣頻率信息，建立濾波窗長與信號主頻之間的關系，并求得最優濾波窗長；

利用小波系數矩陣中模值最大值的位置，確定時頻譜中對應主頻段位置，自適應選取高斯濾波系數的峰值位置；

利用高斯概率分布密度函數和對地震數據頻譜的分析，自適應選取高斯濾波系數的方差；

在時頻域數據各頻段分別選取最后若干時窗的小波系數矩陣求平均值，作為各個頻段噪聲譜的估計值，利用添加系數的高斯濾波窗分頻段對噪聲譜估計矩陣進行消減，得到去噪后小波系數矩陣，將其轉換到時間域中，完成去噪。