基于自适应滤波的海洋可控源数据噪声处理方法研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:xiaxianfeiaini
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海洋可控源电磁方法(MCSEM-Marine Controlled Source Electromagnetic Method)技术,是基于海底储层和围岩之间的电阻率差异为物性基础的一种频率域电磁方法,其优点是对海底高阻储层反应灵敏,同时也是储层评价的重要方法。目前,在拖曳工作模式中,发射机被拖于距离海底以上沿测线移动,而接收机固定于海底进行信号接收,由于海底环境复杂,接收机接收到的信号中不同程度会含有噪声的干扰,这严重影响了资料解释的精度和可信度,有必要在MCSEM数据处理中开展信号去噪工作。本文详细推导了海洋可控源电偶源在不同地电模型上的电磁响应,并对不同的地电模型上的电磁响应做了分析讨论,同时推导了层状大地海洋电磁的一维理论计算公式,使用该算法对海洋电磁信号响应进行了分析。基于理论模型计算了海洋可控源电磁场的MVO响应,分析MVO曲线上所包含的地质信息。建立了M1d理论计算模型,使用推导的正演理论公式计算了不同参数下海洋电磁模型的响应曲线,并分析了其特征。通过改变模型参数,详细研究了海洋电磁发射机姿态、发射频率对海洋电磁信号响应的影响,同时研究了海底储层流体电性、海水深度对海洋可控源电磁信号的影响。数据去噪的目的是尽可能的恢复原始数据特征,通过各种方法技术滤除噪声信号,保留信号原有信息,为资料的进一步解释提供可靠的数据依据。现有的去噪算法都是基于传统的方法技术,数据的去噪效果对输入的参数依赖性较大,极大的限制了MCSEM数据去噪的效果。本文在分析了海洋电磁信号噪声的来源和类型,并针对信号中的随机噪声开展去噪研究。海洋是一个低通滤波器,所有的高频人文噪声将不会对海洋电磁信号造成干扰,其中空气波的影响主要对浅海电磁勘探有较大的影响,而对于深海空气波的干扰主要在大收发距的远区,所以通过选择合适的收发距来有效地减小空气波的干扰。首次把在通信工程中大量使用的自适应滤波技术引入海洋电磁信号噪声处理中,详细推导了自适应滤波技术的理论公式,并针对LMS自适应算法展开详细研究,在LMS自适应滤波算法中,步长因子极大的影响了LMS算法的收敛速度和失调性,大的步长因子可以加速系统的收敛速度,但是过大的步长因子又会使系统出现混乱、失调现象。而过小的步长因子虽然能保证系统稳定收敛,但会影响系统的收敛速度,极大的增加了系统代价。而滤波器的阶数也同样会影响系统的滤波效果,大的滤波器阶数可以提高去噪质量,但同时增加了系统的开销,为此,本文在分析了定步长LMS自适应滤波算法的优缺点之后,结合MCSEM数据随偏移距变化的特征,提出了一种新的基于距离因子调节的变步长DLMS算法,该算法能较好地兼顾系统收敛速度和稳态误差,改善了现有算法的收敛速度和失调性问题。使用DLMS算法对理论模型和实测数据进行处理,通过大量的仿真算例的去噪研究表明该算法对压制系统中的随机信号非常有效,在此研究基础上,把该算法应用到海洋电磁信号的去噪过程中,通过理论模型和实测数据的去噪研究,结果表明该算法提高了迭代的收敛速度,同时保持了系统的平稳性,能够使MVO曲线和视电阻率曲线的特征和细节得到有效恢复,证明该方法可以用于海洋电磁信号的实际去噪处理中,为海洋电磁数据的去噪研究提供了新的研究思路,拓展了海洋电磁数据噪声压制的新方法,为后续的海洋电磁数据处理和资料解释提供了一种有效的数据处理手段。在以上研究的基础上开展了基于.Net框架的海洋电磁数据噪声处理模块的开发,该模块具有数据的基本管理、预处理,噪声压制和一维的正反演功能,并可以在可视化界面下建立正演模型数据,极大的提高了程序模块的易用性。
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