地震信号建模与应用

Accurate inversion imaging is the core of exploration seismology. Seismic data preprocesing is crucial for final imgaging quality. It is consequent to analysis and process seismic signal under the theory of modern signal analysis,among this the key is seismic model building and sparse and redundant representating under Bayes estimation. Seismic signal is a reflected and scattered wavefield which is generated by a certain manual source and propagates in the geological meidum.The wavelets restricted by linear and/or nonlinear time-phase and the random noise is the basic description of the seismic data.Based on this judgement, this research proposal will follow the route. Firstly, the characteristics of seismic data is summarised, and then the parameter model of the wavelet is bulit through the diffraction wave theory. Secondly, linear and nonlinear signal model is bulit with the help of the statistical methods and the numerical methods about the sparse and redundant representation is developed.Finally,the developed signal models are exemplarily used in the high-dimensional seismic data regularization and noise attenuation.

勘探地震学中精确的反演成像是核心问题。地震数据的预处理对反演成像结果起着至关重要的作用。在现代信号分析理论下对地震信号进行分析和处理是必然的发展方向，其中信号模型的建立和Bayes框架下的稀疏和冗余的信号表达是关键。地震信号是特定震源激发在地层介质中传播并观测到的反射/散射波场，线性和非线性时间相位规定的地震反射子波加上随机噪音是地震信号的基本描述。基于上述总的判断，本项研究试图从总结实际地震数据中地震信号和噪音特点出发，根据地震波散射理论分析带限信号子波的波形特征，建立描述子波的参数模型；借助统计方法建立统一的包含线性和非线性时间相位变化特点地震信号模型，发展实用有效的信号稀疏和冗余表达的计算方法。所发展的模型示范性地应用于高维地震数据规则化和噪音压制中。

地震波反演成像是勘探地震学中的核心研究方向。Bayes框架下的反演理论奠定了地震波反演成像的理论基础。实测地震波场（信号）的高斯分布假设是地震波反演成像的基本假设。实际上，实测地震波场并非严格满足高斯分布假设，导致此假设下的地震信号处理（譬如去噪、数据规则化、鬼波压制等）和弹性参数估计的效果都不理想。本项研究就是在此认识背景下展开的。.项目重点研究了两个问题：地震信号（波场）的稀疏特征表达方式；地震信号稀疏特征表达在地震数据预处理各环节和弹性参数反演成像中的应用。.4年项目研究过程中取得的重要成果可以总结为：.（1）.建立了频率空间域局部平面波表达的正问题，在此正问题的基础上并依据Bayes反演理论，提出了L1范数和L0范数下的地震波场表达稀疏表达方法。这种方法理论被用于地震信号去噪、数据规则化、Beam波束形成、多次波预测等过程中，发展相应的数据处理方法技术。.（2）.把上述线性相位信号的预测拓展到非线性相位预测，提出了修正的预测方法。该方法被用于特征波场提取过程中，为我们提出的特征反射波层析成像准备基础数据。该方法也得到了更好的去噪和去多次波的效果。.（3）.根据我们对地震场特征表达的认识，我们提出了特征波反演成像的理论框架。把全波形反演（FWI）发展成特征波场反演（CWI）。这应该是针对我国陆上低信噪比数据的更有效的反演成像技术体系。.（4）.根据地震数据的稀疏表达特点，我们提出了编码与解码框架下的多次波预测与反演的理论框架。在此框架下形成了统一的多次波压制技术体系。.本项研究的科学意义体现在：研究结果指出了任何反演问题都是建立在特征数据与特征参数场之间存在紧密联系的基础上的；任何实用化的反演技术体系的构建必须建立在数据的特征表达、模型参数的特征表达以及二者之间关系的基础上。