一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法

1.本说明书涉及地质勘探技术领域，尤其涉一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法。


背景技术：

2.当前，对地热资源储量巨大的中深层地热至今既没有建立一套完备的勘探地球物理技术。随着近地表条件和地下勘探目标的复杂性的不断增加，奇异噪声广泛存在于地震数据中。强振幅噪声对中深层反射信号具有明显的屏蔽作用，致使传统去噪方法难以有效压制噪声或者造成信号泄露。这就表现为在地表及地下构造复杂时，深层地热岩体地震数据出现的弱信号难以提取。当深层数据信号质量得不到保证时，后续的成像及评价解释的准确性就会大幅降低，间接影响了地热资源的开采成功率。
3.基于此，需要一种更准确的深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方案。


技术实现要素：

4.本说明书实施例提供一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法，用以解决如下技术问题：需要一种更准确的深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方案。
5.为解决上述技术问题，本说明书一个或多个实施例是这样实现的：
6.在第一方面，本说明书实施例提供一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法，包括：对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵；对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，生成噪声掩码矩阵；对地震数据进行欠采样，作为压缩感知采样矩阵；比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵；通过更新后的采样矩阵对地震数据整体进行抽样，并采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号。
7.在第二方面，本说明书一个或多个实施例提供一种电子设备，包括：
8.至少一个处理器；以及，
9.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
10.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的方法。
11.本说明书一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵；对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，生成噪声掩码矩阵；对地震数据进行欠采样，作为压缩感知采样矩阵；比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵；通过更新后的采样矩阵对地震数据整体进行抽样，并采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号。从而实现有效信号与背景噪声能量分开；然后基于标准差的差异，对数据进行整体评价，筛选并遗弃噪声数据道，生成噪声掩码矩阵；随后在保证数据采样率不变及非相关性良好的情况下与传统压缩感知
采样矩阵相融合，生成新的带有噪声压制能力的优化采样矩阵，实现对于弱信号的准确提取。
附图说明
12.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为本发明实施例所提供的流程示意图；
14.图2为本发明实施例所提供的含高能量噪声的高温地热单炮地震数据图；
15.图3为本发明实施例所提供的含噪数据的全局标准差统计图；
16.图4为本发明提供的压制噪声后的地震单炮数据图；
17.图5为本发明提供的压制的噪声剖面图；
18.图6为本发明提供的压制噪声后的频谱数据图。
19.图7为本发明提供的压制的噪声频谱数据图。
具体实施方式
20.本说明书实施例提供一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方案。
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
22.在第一方面，如图1所示，图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法的流程示意图。
23.图1中的流程可以包括以下步骤：
24.s1：对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵。
25.在深层高温地热岩体的环境中，获取得到的地震数据本身就可能稀疏或者包含有很多噪音的。具体而言，可以采用曲波变换的方式，其过程可表示为：e＝c(d)，其中d表示地震数据，c()代表曲波变换方程，e为变换后的曲波系数，e是稀疏的。
26.s2，对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，生成噪声掩码矩阵。
27.获取得到的地震数据包括有多道。此时可以根据地震数据的振幅统计依照数据标准差特征确定噪声的道的位置。
28.过程可以表示为：k代表数据的总道数；σ表示标准差；n代表求取标准差的单一地震道位置；μ表示数据的平均值；m为数据整体的道号排列构建矩阵各道评价标准如下：
[0029][0030]
其中，m
t
表示噪声掩码矩阵；to为异常值算子；e
x
表示在x点的元素值；
[0031]
n代表求取标准差的单一地震道位置。
[0032]
s3，对地震数据进行欠采样，作为压缩感知采样矩阵。
[0033]
s4，比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵。
[0034]
具体的置零和更新方式为采用如下方式进行替换置零，生成更新后的采
[0035]
样矩阵：ζ＝min(|m
t
(e
x
)-m
jitter
(i
x
)|)。其中，m
t
(e
x
)表示噪声掩码矩阵，m
jitter
(i
x
)表示jitter欠采样矩阵，e
x
和i
x
表示掩码矩阵和欠采样矩阵中x位置对应的元素值，ξ代表jitter采样矩阵中距离噪声最近的未采样道距离，||表示数据绝对值。更换两个坐标位置实现异常道置零。
[0036]
s5，通过更新后的采样矩阵对地震数据整体进行抽样，并采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号。
[0037]
采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号的具体方式可以采用如下方式恢复零位置的信号：
[0038]
其中t
λik
表示软阈值函数，λ为稀疏度调节因子，m
jt
表示更新后的采样矩阵，a
t
表示压缩感知采样矩阵的共轭转置，感知矩阵由抽样矩阵和稀疏矩阵乘积得到，i、k分别代表迭代的内外循环参数。
[0039]
在第二方面，本说明书一个或多个实施例提供一种电子设备，包括：
[0040]
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0041]
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的方法。
[0042]
此外，发明人还将本发明的方法进行了具体的试验模拟以验证其效果。
[0043]
将本发明所提出的方法应用于高温地热岩体地震数据中(如图2所示，图2为本发明实施例所提供的含高能量噪声的高温地热单炮地震数据图)。可以看出该数据存在奇异噪声，有效信号能量被压制。
[0044]
应用本发明的方法，对数据全局进行标准差统计，可以看出噪音和有效信号可以明显区分(如图3所示，图3为本发明实施例所提供的含噪数据的全局标准差统计图)。通过设置一个噪声掩码矩阵，将噪声道置零；然后通过掩码矩阵与30％j itter采样矩阵的比较并替换j itter矩阵中含噪声的道，既保证了采样率不变，又不影响最小互相关条件。
[0045]
最后应用曲波软阈值迭代重构算法对优化后的数据进行重构(如图4所示，图4为本发明提供的压制噪声后的地震单炮数据图)，可以看出重构后的数据整体有效信号能量得到了大幅提升，深层地热层肉眼可见。
[0046]
图5图5为本发明提供的压制的噪声剖面图，对于所压制的噪声剖面，内部几乎不
包含有效信息，不存在信号泄露问题。
[0047]
图6为本发明提供的压制噪声后的频谱数据图，图7为本发明提供的压制的噪声频谱数据图。通过图6和图7进一步证实了该发明提出的方法对于有效信号保护的优势，其能够提供了一套较为有效的数据弱信号提取方法，为后续地热地震数据处理及解释提供了高质量的数据保障。
[0048]
以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法，包括：对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵；对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，生成噪声掩码矩阵；对地震数据进行欠采样，作为压缩感知采样矩阵；比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵；通过更新后的采样矩阵对地震数据整体进行抽样，并采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号。2.根据权利要求1所述的弱信号提取方法，其中，所述对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵，包括：对所述地震数据进行稀疏表征，其过程可表示为：e＝c(d)，其中d表示地震数据，c()代表曲波变换方程，e为变换后的稀疏矩阵，e是稀疏的。3.根据权利要求1所述的弱信号提取方法，其中，对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，包括：根据地震数据的振幅统计依照数据标准差特征确定噪声的道的位置，过程可以表示为：k代表数据的总道数；σ表示标准差；n代表求取标准差的单一地震道位置；μ表示数据的平均值；m为数据整体的道号排列构建矩阵各道评价标准：其中，m
t
表示噪声掩码矩阵；t
o
为异常值算子；e
x
表示在x点的元素值；n代表求取标准差的单一地震道位置。4.根据权利要求1所述的弱信号提取方法，其中，比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵，包括：采用如下方式进行替换置零，生成更新后的采样矩阵：ζ＝min(|m
t
(e
x
)-m
jitter
(i
x
)|)其中，m
t
(e
x
)表示噪声掩码矩阵，m
jitter
(i
x
)表示j itter欠采样矩阵，e
x
和i
x
表示掩码矩阵和欠采样矩阵中x位置对应的元素值，ξ代表jitter采样矩阵中距离噪声最近的未采样道距离，||表示数据绝对值。更换两个坐标位置实现异常道置零。5.根据权利要求1所述的弱信号提取方法，其中，采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号，包括：采用如下迭代方法，恢复零位置的信号：其中t
λik
表示软阈值函数，λ为稀疏度调节因子，m
jt
表示更新后的采样矩阵，a
t
表示压缩感知采样矩阵的共轭转置，感知矩阵由抽样矩阵和稀疏矩阵乘积得到，i、k分别代表迭代的
内外循环参数。

技术总结
本说明书实施例公开了一种深层高温地热岩体地震数据的弱信号提取方法。通过对地震数据进行稀疏表征，确定稀疏矩阵；对地震数据的振幅进行统计分析，识别出噪声的道的位置，生成噪声掩码矩阵；对地震数据进行欠采样，作为压缩感知采样矩阵；比较所述噪声掩码矩阵与所述采样矩阵的采样位置，将采样矩阵中被掩码矩阵定义为噪声的道替换置零，生成更新后的采样矩阵；通过更新后的采样矩阵对地震数据整体进行抽样，并采用软阈值曲波迭代法求解稀疏约束问题，恢复零位置的信号，从而实现在保证数据采样率不变及非相关性良好的情况下，实现对于弱信号的准确提取。弱信号的准确提取。弱信号的准确提取。


技术研发人员：王伟奇 黄建平 杨继东 徐洁 张东林
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/6