CN117631042A

CN117631042A - 一种地震信号重构方法、装置、电子设备及存储介质

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Publication number: CN117631042A
Application number: CN202311577127.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡存军; 瞿维迎; 路交通; 孟祥顺; 曾宁; 秦雷; 余锋
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co Ltd
Priority date: 2023-11-23
Filing date: 2023-11-23
Publication date: 2024-03-01

Abstract

本公开提供一种地震信号重构方法、装置、电子设备及存储介质，方法包括：基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；基于各绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；基于目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。本公开可以压制积分噪声，并有效保护低频有效信号。

Description

一种地震信号重构方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，特别地涉及一种地震信号重构方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

陆地地震勘探中通常采用速度型检波器接收地震数据，近年来，随着单点高密度地震勘探采集技术的发展，加速度型检波器逐步在物探项目中被广泛应用。人们发现加速度域地震数据和速度域地震数据在能量、频带、波形、信噪比及相位方面存在较大差异，不宜直接处理或者对比。实际生产中往往受到复杂的施工环境及采集设备使用条件限制而同时采用两种不同类型的检波器来接收地震数据。

为了更加真实可靠地对比不同类型检波器的地震响应特征以及做好资料一致性处理工作，应将不同数据域的地震数据转换到相同的数据域，如加速度域或者速度域。鉴于当前大部分地震资料处理及解释方法是基于速度域形成的，是否适用于加速度域尚未形成定论。因此，生产实践中较为稳妥的做法是将地震数据从加速度域转换到速度域。

积分法是目前将地震数据从加速度域转换到速度域的常用方法，将加速度域地震信号转换为速度域地震信号过程中产生的积分误差称为积分噪声，该类噪声的显著的两个特征为频率低、振幅异常大。现有技术中一般利用高通滤波法来压制表现为低频特征的积分噪声，但是在低频勘探中，极易伤害低频有效信号。

发明内容

本公开实施例提供了一种地震信号重构方法、装置、电子设备及存储介质，可以在压制积分噪声的基础上保护低频有效信号。

根据本公开的一方面，提供了一种地震信号重构方法，包括：

基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；

根据若干个本征模态函数IMF分量，计算每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

基于各所述绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；

基于所述目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

在一种实施方式中，所述基于各所述绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

基于各所述绝对值和，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量；

根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及所述若干个本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在一种实施方式中，地震信号重构方法，还可以包括：

对所述若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率进行排序得到分量序列；

所述根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及所述若干个本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、所述若干个本征模态函数IMF分量以及所述分量序列，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在一种实施方式中，所述根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、所述若干个本征模态函数IMF分量以及所述分量序列，确定重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及所述分量序列，确定所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在所述分量序列中的第一目标序号；

根据所述第一目标序号，确定第一目标个数M；

根据第一目标个数M以及所述分量序列，确定所述目标本征模态函数IMF分量。

在一种实施方式中，所述根据第一目标个数M以及所述分量序列，确定所述目标本征模态函数IMF分量，包括：

从所述分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，作为所述目标本征模态函数IMF分量，其中，所述第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向。

在一种实施方式中，所述根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，包括：

确定若干个本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于所述残余分量的频率上限的第一低频本征模态函数IMF分量；

计算每一个所述第一低频本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和。

在多个所述第一低频本征模态函数IMF分量中，计算相邻的第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差；

根据所述绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量；

根据所述第一目标低频本征模态函数IMF分量、所述若干个本征模态函数IMF分量中主频大于所述残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在一种实施方式中，所述根据所述绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量，包括：

响应分量序列中当前第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与当前第一低频本征模态函数IMF分量的下一个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差大于所述预设阈值，选取频率高于所述当前第一低频本征模态函数IMF分量的频率的第一低频本征模态函数IMF分量作为所述第一目标低频本征模态函数IMF分量，其中，所述分量序列为对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率从高频到低频进行排序得到的。

从所述分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，得到筛选本征模态函数IMF分量；所述第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向；

确定所述筛选本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于所述残余分量的频率上限的第二低频本征模态函数IMF分量；

计算相邻的第二低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差；

根据所述绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第二目标低频本征模态函数IMF分量；

根据第二目标低频本征模态函数IMF分量、所述筛选本征模态函数IMF分量中主频大于所述残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定所述目标本征模态函数IMF分量。

在一种实施方式中，地震信号重构方法还可以包括：

获取加速度域地震信号；

将所述加速度域地震信号转变为速度域地震信号，得到所述含噪地震信号。

在一种实施方式中，所述将所述加速度域地震信号转变为速度域地震信号，包括：

利用傅里叶变换将所述加速度域地震信号从时间域变换到频率域，得到加速度域频域信号；

根据所述加速度域频域信号，得到速度域频域信号；

对所述速度域频域信号进行傅里叶逆变换，得到所述速度域地震信号。

根据本公开的另一方面，提供了一种地震信号重构装置，包括：

信号分解模块，用于基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；

计算模块，用于根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

目标分量确定模块，用于基于各所述绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；

重构模块，用于基于所述目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储有计算机程序的存储器，

所述处理器调用所述计算机程序使所述处理器执行上述任意一种地震信号重构方法。

根据本公开的又一方面，提供了一种存储有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机程序用于使所述计算机执行上述任意一种地震信号重构方法。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本公开实施例中提供的一个或多个技术方案，通过求取本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，并利用绝对值和来确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，既可以压制积分噪声，且能有效保护低频有效信号，避免损伤低频有效信号。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1示出了根据本公开示例性实施例的一种地震信号重构方法的流程图；

图2示出了根据本公开示例性实施例的又一种地震信号重构方法的流程图；

图3示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法在确定目标IMF分量时的流程图；

图4示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法在求解目标个数时的示意图；

图5示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法压制积分噪声前后单炮记录及积分噪声的示意图；

图6示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法压制积分噪声以及现有技术压制积分噪声的结果示意图；

图7示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法压制积分噪声以及现有技术压制积分噪声频谱对比示意图；

图8示出了根据本公开示例性实施例的一种地震信号重构装置的结构框图；

图9示出了能够用于实现本公开的实施例的示例性电子设备的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

经验模态分解(EMD，Empirical Mode Decomposition)是基于数据驱动的信号时频分析方法，是一种非常适合于非线性非平稳信号的分析方法，其基本思想是将一个给定的非线性非平稳的信号分解成无数个尺度上的本征模态函数(IMF，Intrinsic ModeFunction)的叠加，以描述信号在不同时间和频率上的振动特征。并且IMF满足两个条件：(1)在任何时刻，信号局部极大值确定的上包络线和局部极小值确定的下包络线的平均值为0，实际上就是要求信号局部对称，不存在局部脉冲类噪声。(2)IMF中的极大值点和极小值点个数相等或相差不超过1。首先从输入的信号中找到极大值以及极小值，然后构建合适的三次样条插值函数(三次样条插值就是把已知数据分割成若干段，每段构造一个三次函数，并且保证每段三次函数的衔接处具有0阶连续，一阶导数连续，二阶导数连续的性质，即光滑衔接)，并利用该函数插值得到所有极值点，求得信号的上下包络曲线，进而求取上下包络曲线的平均值，最后用原始信号减去该平均值得到新的信号，如果新的信号不满足IMF的条件，则重复上述步骤，直至上述两个条件被满足，最终实现对信号的自适应分解。

本公开实施例利用经验模态分解方法结合求取本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，并利用绝对值和来确定目标本征模态函数IMF分量，来压制积分噪声，可以更好的保留地震信号中的原始特性，尤其是低频有效信号，同时能有效降低噪声的干扰。

以下参照附图描述本公开实施例的方案。

本公开示例性实施例提供一种地震信号重构方法，参见图1，图1示出了根据本公开示例性实施例的一种地震信号重构方法的流程图，该地震信号重构方法，包括：

S101，基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；

S102，根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

S103，基于各绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；

S104，基于目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

本公开实施例通过利用经验模态分解方法来分解含噪地震信号，通过求取本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，并利用绝对值和来确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，既可以压制积分噪声，且能有效保护低频有效信号，避免损伤低频有效信号。

含噪地震信号可以用v'(t)表示，此处，含噪指包含积分噪声，考虑到当前大部分地震资料处理及解释方法是基于速度域形成的，含噪地震信号指包含积分噪声的速度域地震信号。

基于经验模态分解方法可以将包含积分噪声的速度域信号v'(t)分解为若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量，具体可参照下述计算式：

其中，imf_i(t)表示第i个本征模态函数IMF分量，N是本征模态函数IMF分量的个数，res(t)表示残余分量。残余分量指积分噪声对应的分量。

在计算每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和时，可以定义第i个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和为imf_sum(i)，则

其中，T表示时窗长度，abs()为取绝对值函数。因为分量的模态向量是时间的函数，所以就计算时窗长度内分量的模态向量的绝对值和。

在本公开的一些实施例中，基于各绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，可以包括：基于各绝对值和，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量；根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及若干个本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，示例性的，可以计算每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和。在计算得到每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和后，可以从中确定最小绝对值和(即绝对值和最小值)，根据该最小绝对值和，确定与其对应的本征模态函数IMF分量。

如，由所有imf_sum(i)即[imf_sum(1)imf_sum(2)…imf_sum(N)]构成i的函数y(i)，y(i)是多个imf_sum(i)的组合或集合，此时，可以通过argmin(y(i))来确定最小绝对值和，argmin(y(i))表示产生最小输出时的那个变量i。

确定最小绝对值和对应的本征模态函数IMF分量后，再结合最小绝对值和对应的本征模态函数IMF分量以及若干个本征模态函数IMF分量，来确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，进行地震信号重构。

在本公开的一些实施例中，参照图2，地震信号重构方法还可以是：

S201，基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；

S202，对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率进行排序得到分量序列；

S203，根据若干个本征模态函数IMF分量，计算每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

S204，基于各绝对值和，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量；

S205，根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、若干个本征模态函数IMF分量以及分量序列，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；

S206，基于目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

其中，S201、S203与前述S101、S102类似，在此不再赘述。

针对S202，排序方式可以是由高频到低频进行排序，即对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率进行由高频到低频排序得到分量序列，通过排序得到分量序列，能便于目标本征模态函数IMF分量的进一步确定。

需要说明的是，排序方式也可以是由低频到高频进行排序，本公开实施例不做限定。

在本公开的一些实施例中，参照图3，上述S205根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、若干个本征模态函数IMF分量以及分量序列，确定重构信号的目标本征模态函数IMF分量，具体可以为：

S301，根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及分量序列，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号；

S302，根据第一目标序号，确定第一目标个数M；

S303，根据第一目标个数M以及分量序列，确定目标本征模态函数IMF分量。

第一目标个数M指用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量的个数。本公开实施例通过分量序列以及最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号，来选择合适的M，能更为准确的重构速度域地震信号。

需要说明的是，S202对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率进行排序得到分量序列的过程可以在S204步骤之后，如先确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量，然后再去对原来的若干个本征模态函数IMF分量进行排序，根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号，来确定目标本征模态函数IMF分量的个数。一般的，第一目标个数M小于本征模态函数IMF分量的总个数。

在一种可行的方式中，若排序方式是由高频到低频进行排序，第一目标个数M可以等于最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号的值。即M＝argmin(y(i))；当然，还可以是小于第一目标序号的值，即1＜M≤argmin(y(i))；还可以是M∝argmin(y(i))，但小于本征模态函数IMF分量的总个数。经过发明人测试，采用最简单的计算方式即M＝argmin(y(i))时，可以有效压制积分噪声，并有效保护低频有效信号，因此，本公开一些实施例中，根据第一目标序号，确定第一目标个数M具体可以为，第一目标个数M为最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号的值。

当然，若排序方式是由低频到高频进行排序，则第一目标个数M可以是本征模态函数IMF分量的总个数减去最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号的值。即第一目标个数M与由高频到低频作为正向方向来确定的第一目标序号具有相关性。

以下均以由高频到低频的排序方式进行说明。

示例性的，参照图4，图4示出了根据本公开示例性实施例的地震信号重构方法在求解第一目标个数时的示意图，其中，横坐标表示每一个本征模态函数IMF分量在分量序列中的序号，纵坐标表示每一个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，从图中可以看出，第6个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和最小，因此第一目标个数M可以取值为6。

在本公开的一些实施例中，根据第一目标个数M以及分量序列，确定目标本征模态函数IMF分量，包括：从分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，作为目标本征模态函数IMF分量，其中，第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向。即从由高频到低频排列的分量序列中选取前M个本征模态函数IMF分量，作为目标本征模态函数IMF分量，即imf₁(t)、imf₂(t)、imf₃(t)、……、imf_M(t)。继续参照图4对应的情形，则为频率由高频到低频的排序的前6个本征模态函数IMF分量作为目标本征模态函数IMF分量。

确定目标本征模态函数IMF分量后，再基于目标本征模态函数IMF分量，对地震信号进行重构。用v(t)表示重构后的速度域地震信号，则可以表示为：其中，M为第一目标个数，在一种实施例中，也可以为最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的目标序号的值。

图5示出了利用本公开实施例的地震信号重构方法后，在压制积分噪声前后的单炮以及积分噪声，该图中，水平方向上的“1 1”代表炮号，“1 21 41”代表道序号，竖直方向上表示时间，单位为毫秒，图(5a)表示压制积分噪声前单炮，图(5b)表示压制积分噪声后单炮，图(5c)表示积分噪声，从图中可以看出，压制积分噪声后，单炮信噪比在2s-7s都明显提高，且在噪声中不存在有效信号。说明该方法能够有效地压制积分噪声及保护有效信号。

结合图6和图7，图6示出了利用现有技术的高通滤波法及本公开实施例的方法压制积分噪声的结果，图(6a)为高通滤波法对应的结果图，图(6b)为本公开实施例的方法的结果图，从图中可以看出，现有技术和本公开实施例这两种方法在一定程度上均可有效压制积分噪声，且单炮面貌记录上差异不大。图7示出了两种方法的频谱曲线，其中曲线L2为高通滤波法压制积分噪声的频谱曲线，曲线L1为执行本公开实施例的方法压制积分噪声的频谱曲线，可以明显看出，采用本公开实施例的方法相比现有高通滤波法能够更有效地保护低频信号。

本公开示例性实施例利用经验模态分解方法结合求取本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，并利用绝对值和最小值来确定目标本征模态函数IMF分量的个数，并根据分量序列来选取用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，不仅有效的压制了积分噪声，还有效的保护了低频有效信号；在确定目标本征模态函数IMF分量的个数时，方式简单，容易使用，开发成本低。

在本公开的一些实施例中，根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，还可以是：确定若干个本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于残余分量的频率上限的第一低频本征模态函数IMF分量；计算每一个第一低频本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和。

具体的，利用傅里叶变换计算每个本征模态函数IMF分量的频谱，并求解各个本征模态函数IMF分量的主频，此处，主频是指频谱极大值所对应的频率。假设每个本征模态函数IMF分量的频谱以imF_i表示，各本征模态函数IMF分量的主频以DF_i表示。

基于积分噪声低频强振幅的特征，积分噪声的频率范围一般为0～F_L，其中，F_L表示积分噪声对应的分量的频率的上限。

在若干个本征模态函数IMF分量中，查找IMF分量的主频DF_i<F_L的本征模态函数IMF分量，作为第一低频本征模态函数IMF分量，此处，第一低频本征模态函数IMF分量一般会有多个，假设有J个第一低频本征模态函数IMF分量，则进一步计算这J个第一低频本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和。

此时，基于各绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，可以包括：在多个第一低频本征模态函数IMF分量中，计算相邻的第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差；根据绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量；根据第一目标低频本征模态函数IMF分量、若干个本征模态函数IMF分量中主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

计算相邻的第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差，以计算第j个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与第j+1个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差作为示例，即：

Δ＝|imf_sum(j)-imf_sum(j+1)|；其中，j为大于1的自然数。

再结合预设阈值，进一步确定第一目标低频本征模态函数IMF分量，具体的，根据绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量，可以包括：响应分量序列中当前第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与当前第一低频本征模态函数IMF分量的下一个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差大于预设阈值，选取频率高于当前第一低频本征模态函数IMF分量的频率的第一低频本征模态函数IMF分量作为第一目标低频本征模态函数IMF分量。

此处，不难理解的是，当前第一低频本征模态函数IMF分量的上一个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与当前第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差小于或等于预设阈值。

示例性的，如分量序列中第j个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与第j+1个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差大于预设阈值，其中，j为大于1的自然数，分量序列为对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率从高频到低频进行排序得到的；则选取频率大于第j个第一低频本征模态函数IMF分量的第一低频本征模态函数IMF分量作为第一目标低频本征模态函数IMF分量，即在分量序列中，选取第j个第一低频本征模态函数IMF分量之前的第一低频本征模态函数IMF分量作为第一目标低频本征模态函数IMF分量，此处第一目标低频本征模态函数IMF分量不包含第j个第一低频本征模态函数IMF分量。

预设阈值跟分量的振幅有关，可以根据每个分量的振幅和，对所述预设阈值进行设定，示例性的，预设阈值K可以为500～800，需要说明的是，当Δ＞K，则认为分量中包含积分噪声的分量，因此在针对当前第一低频本征模态函数IMF分量，计算相邻分量的绝对值和的绝对值差时，当Δ_j＞K(为Δ_j为imf_sum(j)与imf_sum(j+1)的绝对值差)，Δ_(j-1)＜K(为Δ_(j-1)为imf_sum(j-1)与imf_sumj的绝对值差)时，则选择当前第一低频本征模态函数IMF分量之前的所有第一低频本征模态函数IMF分量作为第一目标低频本征模态函数IMF分量，即选择第j-1个第一低频本征模态函数IMF分量、第j-2个第一低频本征模态函数IMF分量等。

如本征模态函数IMF分量以及残余分量从高频到低频排序得到的分量序列[imf₁(t)、imf₂(t)、imf₃(t)、……、imf₁₂(t)]中，第一低频本征模态函数IMF分量包括imf₈(t)、imf₉(t)、imf₁₀(t)、imf₁₁(t)、imf₁₂(t)，其中，两相邻第一低频IMF分量的绝对值和的绝对值差Δ₈、Δ₉、Δ₁₀均＜K，Δ₁₁＞K，则说明imf₁₁(t)以及之后的imf₁₂(t)都包含积分噪声，选取第一低频本征模态函数IMF分量中的imf₈(t)、imf₉(t)、imf₁₀(t)作为第一目标低频本征模态函数IMF分量。最后，再结合IMF分量中主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，来确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，即根据[imf₁(t)、imf₂(t)、imf₃(t)、……、imf₇(t)]，以及第一目标低频本征模态函数IMF分量imf₈(t)、imf₉(t)、imf₁₀(t)，作为目标本征模态函数IMF分量，来重构信号。

通过以上方式，可以有效去除积分噪声，得到第一目标低频本征模态函数IMF分量，再结合本征模态函数IMF分量的主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，得到目标本征模态函数IMF分量，进而执行地震信号重构。

本公开实施例考虑到积分噪声低频强振幅的特征，则分量中包含积分噪声的分量主要集中的低频段的IMF分量中，因此在计算绝对值和时，针对IMF分量主频小于或等于残余分量的频率上限的IMF分量，作为第一低频本征模态函数IMF分量，再进一步计算相邻第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差，来判断积分噪声的分量所处频率段，能简化计算方式，有效压制积分噪声，并有效保护低频有效信号。

在本公开的一些实施例中，在利用最小绝对值和的方式得到第一目标个数M后，也可以不直接选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，作为目标本征模态函数IMF分量，而是在确定M后，再进一步对选取的M个本征模态函数IMF分量进行进一步的低频的筛选。

具体的，根据第一目标个数M以及分量序列，确定目标本征模态函数IMF分量，还可以包括：

从分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，得到筛选本征模态函数IMF分量；第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向；

确定筛选本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于残余分量的频率上限的第二低频本征模态函数IMF分量；

根据绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第二目标低频本征模态函数IMF分量；

根据第二目标低频本征模态函数IMF分量、筛选本征模态函数IMF分量中主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定目标本征模态函数IMF分量。

如此，可以进一步验证第一目标个数M的确定的合理性。

从M个本征模态函数IMF分量中确定第二低频本征模态函数IMF分量、计算相邻的第二低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差以及根据绝对值差确定第二目标低频本征模态函数IMF分量的具体方式与前述第一目标低频本征模态函数IMF分量的确定方式类似，在此不再赘述。

考虑到实际生产中，会同时采用加速度型检波器和速度型检波器来接收地震数据，而为了更加真实可靠地对比不同类型检波器的地震响应特征等，需将不同数据域的地震数据转换到相同的数据域，主要是将加速度域转换到速度域。

在本公开的一些实施例中，地震信号重构方法还包括：

获取加速度域地震信号；

将加速度域地震信号转变为速度域地震信号，得到含噪地震信号。

具体的，将加速度域地震信号转变为速度域地震信号，包括：

利用傅里叶变换将加速度域地震信号从时间域变换到频率域，得到加速度域频域信号；

根据加速度域频域信号，得到速度域频域信号；

对速度域频域信号进行傅里叶逆变换，得到速度域地震信号。

首先，利用傅里叶变换将加速度域地震信号从时间域变换到频率域，假设加速度域地震信号x(t)的傅里叶变换为X(jω)，速度域地震信号v(t)的傅里叶变换为V(jω)，随机的积分噪声n(t)的傅里叶变换为N(jω)，ω为角频率，则：

求解V(jω)的傅里叶逆变换即可得到速度域地震信号：

其中，A为振幅。

假设有：

则：

其中，v'(t)即为包含积分噪声的速度域地震信号，即含噪地震信号。

本公开实施例在将地震信号从加速度域转换到速度域时，首先对加速度域地震信号做傅里叶变换，使得在时域中的积分运算在频率域转为除法运算，得到频率域表达的速度域地震信号，然后再做傅里叶逆变换得到时间域的速度域地震信号，转换过程中不存在常数项，但是同样会由于噪声而产生积分误差，即积分噪声。利用上述方式将加速度域地震信号转换到速度域地震信号时，低频部分会放大，最明显的是2Hz以下，有时5Hz以下的也可能会，所以积分噪声表现出来能量强、振幅特别大、频率低的特征，计算其绝对值和会比较大，通过求取绝对值和，并利用最小绝对值和或相邻低频IMF分量的绝对值和的绝对值差的方式来确定目标本征模态函数IMF分量，可以有效的压制积分噪声，并有效的保护低频有效信号。

本公开示例性实施例还公开了一种地震信号重构装置，参照图8，包括：

信号分解模块801，用于基于经验模态分解方法对含噪地震信号进行分解，得到若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量；

计算模块802，用于根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

目标分量确定模块803，用于各绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量；

重构模块804，用于基于目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803，用于基于各绝对值和，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量；根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及若干个本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在本公开的一些实施例中，信号分解模块801，还用于：

对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率进行排序得到分量序列；

目标分量确定模块803，还用于根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、若干个本征模态函数IMF分量以及分量序列，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803具体用于：

根据最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量以及分量序列，确定最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量在分量序列中的第一目标序号；

根据第一目标序号，确定第一目标个数M；

根据第一目标个数M以及分量序列，确定目标本征模态函数IMF分量。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803根据第一目标个数M以及分量序列，确定目标本征模态函数IMF分量，包括：

从分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，作为目标本征模态函数IMF分量，其中，第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向。

在本公开的一些实施例中，计算模块802，还用于确定若干个本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于残余分量的频率上限的第一低频本征模态函数IMF分量；计算每一个第一低频本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803，还用于在多个第一低频本征模态函数IMF分量中，计算相邻的第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差；根据绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量；根据第一目标低频本征模态函数IMF分量、若干个本征模态函数IMF分量中主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803，还用于响应分量序列中当前第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和与当前第一低频本征模态函数IMF分量的下一个第一低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差大于预设阈值，选取频率高于当前第一低频本征模态函数IMF分量的频率的第一低频本征模态函数IMF分量作为第一目标低频本征模态函数IMF分量，其中，分量序列为对若干个本征模态函数IMF分量以及残余分量基于频率从高频到低频进行排序得到的。

在本公开的一些实施例中，目标分量确定模块803，还用于从分量序列中选取第一排序方向上的M个本征模态函数IMF分量，得到筛选本征模态函数IMF分量；第一排序方向为频率由高频到低频的排序方向；确定筛选本征模态函数IMF分量中，本征模态函数IMF分量的主频小于或等于残余分量的频率上限的第二低频本征模态函数IMF分量；计算相邻的第二低频本征模态函数IMF分量的绝对值和的绝对值差；根据绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第二目标低频本征模态函数IMF分量；根据第二目标低频本征模态函数IMF分量、筛选本征模态函数IMF分量中主频大于残余分量的频率上限的本征模态函数IMF分量，确定目标本征模态函数IMF分量。

在本公开的一些实施例中，地震信号重构装置，还可以包括：信号获取模块，用于获取加速度域地震信号；将所述加速度域地震信号转变为速度域地震信号，得到所述含噪地震信号。

在本公开的一些实施例中，信号获取模块将所述加速度域地震信号转变为速度域地震信号，包括：

根据所述加速度域频域信号，得到速度域频域信号；

本公开实施例提供的地震信号重构装置的相关内容与前述地震信号重构方法相对应，其未尽事宜具体可参照前述地震信号重构方法的相关描述，在此不再赘述。

本公开示例性实施例还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器。所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序在被所述至少一个处理器执行时用于使所述电子设备执行根据本公开实施例的方法。

本公开示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序在被计算机的处理器执行时用于使所述计算机执行根据本公开实施例的方法。

参考图9，现将描述可以作为本公开的服务器或客户端的电子设备900的结构框图，其是可以应用于本公开的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图9所示，电子设备900包括计算单元901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储设备900操作所需的各种程序和数据。计算单元901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。

电子设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906、输出单元907、存储单元908以及通信单元909。输入单元906可以是能向电子设备900输入信息的任何类型的设备，输入单元906可以接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置和/或功能控制有关的键信号输入。输出单元907可以是能呈现信息的任何类型的设备，并且可以包括但不限于显示器、扬声器、视频/音频输出终端、振动器和/或打印机。存储单元904可以包括但不限于磁盘、光盘。通信单元909允许电子设备900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据，并且可以包括但不限于调制解调器、网卡、红外通信设备、无线通信收发机和/或芯片组，例如蓝牙TM设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设备和/或类似物。

计算单元901可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元901的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元901执行上文所描述的各个方法和处理。例如，在一些实施例中，地震信号重构方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到电子设备900上。在一些实施例中，计算单元901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行地震信号重构方法。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

如本公开使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims

1.一种地震信号重构方法，其特征在于，包括：

根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和；

基于所述目标本征模态函数IMF分量，执行地震信号重构。

2.根据权利要求1所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述基于各所述绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

3.根据权利要求2所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述根据所述最小绝对值和所对应的本征模态函数IMF分量、所述若干个本征模态函数IMF分量以及所述分量序列，确定重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

根据所述第一目标序号，确定第一目标个数M；

5.根据权利要求4所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述根据第一目标个数M以及所述分量序列，确定所述目标本征模态函数IMF分量，包括：

6.根据权利要求1所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述根据若干个本征模态函数IMF分量，计算多个本征模态函数IMF分量的模态向量的绝对值和，包括：

7.根据权利要求6所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述基于各所述绝对值和，确定用于重构信号的目标本征模态函数IMF分量，包括：

8.根据权利要求7所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述根据所述绝对值差和预设阈值，确定用于重构信号的第一目标低频本征模态函数IMF分量，包括：

9.根据权利要求4所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述根据第一目标个数M以及所述分量序列，确定所述目标本征模态函数IMF分量，包括：

10.根据权利要求1所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取加速度域地震信号；

11.根据权利要求10所述的地震信号重构方法，其特征在于，所述将所述加速度域地震信号转变为速度域地震信号，包括：

根据所述加速度域频域信号，得到速度域频域信号；

12.一种地震信号重构装置，其特征在于，包括：

13.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储有计算机程序的存储器，

所述处理器调用所述计算机程序使所述处理器执行权利要求1-11中任意一项所述的方法。

14.一种存储有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序用于使所述计算机执行根据权利要求1-11中任意一项所述的方法。