本发明属于陆地油气地震勘探资料信号处理，涉及深层低信噪比地震资料去噪与弱信号增强技术，尤其涉及一种陆地深层地震的自适应非平稳信号分解重构信号增强方法，通过自适应非平稳信号分解重构，实现对陆地深层地震弱信号的去噪与增强。
背景技术：
1、目前，据文献[1]记载，深层油气储层的有效信号经过复杂地层不同程度的衰减，主要体现为地震非平稳弱信号，往往难以识别与提取。通过压制背景噪声、增强非平稳弱信号，能够实现可靠的地质解释。然而，野外采集到的深层地震资料往往被背景噪声污染，尤其是对深层弱信号的信噪比降低较为明显。因此，增强深层地震弱信号和压制背景噪声至关重要。
2、压制地震噪声的方法一般基于有效信号与噪声在统计学、变换域特征或可预测性上的差异。具体方法包括文献[2]中的滤波方法，文献[3]中的变换域，文献[4]中的正交化方法，文献[5]中的降秩方法，以及文献[6]中的深度学习方法。
3、其中，多道奇异值分析(multichannel singular spectrum analysis,mssa)在衰减背景噪声方面具有独特的优势。该方法对背景噪声的压制效果等价于文献[7]中所使用的频率域中的cadzow滤波。文献[8]将奇异谱分析扩展到mssa方法的研究，基于线性同相轴的前提假设，利用相邻地震道的谱相似性以及可预测性来得到低秩汉克矩阵。文献[9]使用mssa同时对叠前3d数据进行去噪和重建。数值实验表明，最终经过mssa处理后的信号子空间仍含有残余噪声。为此，文献[10]在传统的mssa算法中引入了阻尼因子概念，提出了阻尼多道奇异谱分析算法。通过在传统的mssa算法中对奇异值施加阻尼处理，进一步增强了噪声子空间和信号子空间之间的分离程度，去噪效果更好。文献[11]采用用层间聚类法自动确定奇异值个数，进一步提高了阻尼多道奇异值分析实际应用的准确性。
4、上述多道奇异值分解技术类方法的核心在于处理奇异值分解后的奇异值矩阵，但噪声的存在不仅仅污染了奇异值分解后的奇异值矩阵，同时也污染了左本征向量矩阵，因此，以上方法在压制深层地震资料中背景噪声的同时容易损伤深层非平稳有效弱信号，这对于深层勘探是十分不利的。
5、参考文献：
6、[1].李海亮,张丽萍,王海龙，等.利用“两宽一高”地震资料预测深层储层.石油地球物理勘探,2020,55(s1):80-84+7-8.
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8、[3].李林峰,曹玉苹,李哲,等.基于曲波变换-联合双边滤波的二维地震数据随机噪声去除方法研究.石油物探,2023,62(04):633-644.
9、[4].chen yangkang,fomel s.random noise attenuation using local signaland-noise orthogonalization.geophysics,2015,80:1–9.
10、[5].ma haitao,yan jie,li yue.low-frequency noise suppression ofdesert seismic data based on variational mode decomposition and low-rankcomponent extraction.ieee transactions on geoscience and remote sensing,2020,17:337-341.
11、[6].王婧,陈睿,马小琴,等.加权全变分正则化与admm求解的无监督地震数据随机噪声压制方法.石油地球物理勘探,2023,58(04):766-779+800.
12、[7].hu yanglijiang,liu dawei,wang xiaokai,et al.attenuation of themultiple reflection-refraction in 2-d common-shot gather via random-derangement-based fx cadzow filter.ieee geoscience and remote sensingletters,2022,19:1-5.
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15、[10].huang weilin,wang runqiu,chen yangkang,et al.damped multichannelsingular spectrum analysis for 3d random noise attenuation.geophysics,2016,81:261–270.
16、[11].曹静杰,许昌昊,朱跃飞.基于层次聚类多道奇异谱分析的地震数据同时重建与去噪方法.石油地球物理勘探,2023,58(04):818-829.
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种陆地深层地震资料的自适应非平稳信号分解重构信号增强技术，基于非平稳信号分解重构技术(non-stationary signaldecomposition and reconstruction,nssdr)，针对深层地震弱信号非平稳性，本发明能够克服深层地震弱信号的非平稳性，通过对奇异向量矩阵和奇异值矩阵的同步处理，实现有效压制背景噪声同时增强非平稳弱信号的技术效果。
2、本发明的核心是：本发明对多道奇异值分析(multichannel singular spectrumanalysis,mssa)方法进行发展和改进，由于随机噪声会污染原始数据，因此经过奇异值分解后得到的三个矩阵都受到噪声的污染，多道奇异值分解通过截断奇异值方法虽然能够分离噪声子空间与信号子空间，但其局限性在于仅通过限制奇异值的数量并不能完全消除噪声成分。同时考虑到深层弱地震信号非平稳性，通过非平稳信号分解重构技术(nssdr)，对奇异值分解后的左奇异值向量矩阵进行进一步去噪。这种方法不仅更全面地分离了噪声子空间与信号子空间，更使得深层地震弱信号得以凸显。相对于传统的多道奇异值分解技术，本发明的方法在去噪方面表现更为强大，同时有效地保护并相对增强了深层的弱信号。这一改进不仅提高了对随机噪声的抵抗力，也使得深层地震信号的提取更为精确，为深层地震数据的处理提供了更加可靠和高效的方法。
3、本发明的技术方案如下：
4、一种陆地深层地震的自适应非平稳信号分解重构信号增强方法，是一种深层弱信号地震资料的去噪与增强方法，基于非平稳信号分解重构技术，通过对左奇异向量矩阵以及奇异值矩阵同步处理来实现压制背景噪声与非平稳弱信号增强；包括如下步骤：
5、a.获取叠前地震二维数据d(x,t)，其中x代表偏移距或道号方向；t代表时间方向；
6、具体实施时，人工合成测试地震数据最大采样时间为6秒，地震道集为101道。
7、b.通过奇异值分解技术将叠前地震数据d(x,t)进行本征值及向量分解，得到三个本征矩阵，表示为：d(x,t)＝eγg，其中γ代表奇异值矩阵，e和g分别代表左奇异向量矩阵和右奇异向量矩阵；
8、c.设计并利用自适应非平稳信号分解技术对左奇异向量矩阵e进行去噪；
9、c1.设计自适应非平稳信号分解技术，对左奇异向量矩阵e中的所有单列奇异向量e(t)进行频率带宽限制约束；
10、c2.通过约束自适应地将左奇异向量矩阵中单列奇异向量分解成一系列的简谐信号与噪声；
11、c3.对单列奇异向量进行瞬时频率约束，分离出有效信号与噪声；
12、采用单列奇异向量的二阶导数的平方范数的平方估计信号瞬时频率，求得其最小值即为有效信号所对应的频率部分；
13、c4.设置容许噪声误差值，并根据求解出的简谐成分瞬时频率，得到简谐信号；
14、c5.将所得到简谐信号进行累加重构，即保留有效信号所对应的部分；
15、循环以上操作c1～c5，直至遍历所有单列奇异向量，从而得到去噪后的左奇异向量矩阵esingal，即有效信号所对应的左奇异向量矩阵；
16、d.重构地震数据：将去噪后的左奇异向量矩阵esingal与奇异值分解后的奇异值矩阵γ及右奇异向量矩阵g相乘，得到重构后的有效地震数据；
17、通过上述步骤，即实现陆地深层地震的自适应非平稳信号分解重构及信号增强。
18、针对本发明提供的陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，在步骤c2中，具体是将左奇异向量矩阵e中的单列奇异向量e(t)分解成一系列的简谐信号ak(t)cos[2πfk(t)t]+φk(t)与噪声n(t)，表示为：
19、
20、其中k代表第k个简谐成分，k代表的简谐成分个数，ak(t)代表的是第k个简谐成分的瞬时振幅，cos代表的是余弦函数，π代表的是圆周率，fk(t)代表的是第k个简谐成分的瞬时频率，φk(t)代表的是第k个简谐成分的瞬时振幅，n(t)代表的是噪声。
21、针对上述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，在步骤c3中，求取有效信号所对应的频率部分表示为：
22、
23、其中min代表的求取最小值，a″k(t)代表的是第k个简谐成分的瞬时振幅二阶导数，代表的是平方范数。
24、在步骤c4中，具体是将求解出的简谐成分瞬时频率f(t)与单列奇异向量e(t)进行迭代，得到简谐信号，表示为：
25、
26、其中，ε为容许噪声误差值。具体实施时，容许噪声误差值可选取为1×10-6。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果：
28、本发明提供一种陆地深层弱信号地震资料的去噪与增强方法，基于非平稳信号分解重构技术，通过对左奇异向量矩阵以及奇异值矩阵同步处理来实现压制背景噪声与非平稳弱信号增强。与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
29、(一)针对深层地震信号的非平稳性，本发明采用非平稳信号分解重构技术，相较于传统多道奇异值分解方法，避免了在压制背景噪声时对有效信号造成的损伤，提高了数据处理的准确性；
30、(二)本发明通过对经奇异值分解后的左奇异向量矩阵以及奇异值矩阵同步处理，相较于传统多道奇异值分解方法，进一步提高了背景噪声的抑制效果，尤其适用于低信噪比数据的处理。
1.一种陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，针对陆地深层弱信号地震资料，基于非平稳信号分解重构技术，通过对左奇异向量矩阵以及奇异值矩阵进行同步处理，实现压制陆地深层非平稳弱信号的背景噪声与信号增强；包括如下步骤：
2.如权利要求1所述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，步骤c2中，具体是将左奇异向量矩阵e中的单列奇异向量e(t)分解成一系列的简谐信号ak(t)cos[2πfk(t)t]+φk(t)与噪声n(t)，表示为：
3.如权利要求2所述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，步骤c3中，求取有效信号所对应的频率部分表示为：
4.如权利要求3所述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，步骤c4中，具体是将求解出的简谐成分瞬时频率f(t)与单列奇异向量e(t)进行迭代，得到简谐信号，表示为：
5.如权利要求4所述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，容许噪声误差值选取为1×10-6。
6.如权利要求1所述陆地深层地震自适应非平稳信号分解重构的信号增强方法，其特征是，人工合成测试地震数据最大采样时间为6秒，地震道集为101道。
