吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 2132-2152.doi: 10.13278/j.cnki. jjuese.20250242

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

地震数据非平稳特征分析综述

刘财,张焱喆,刘洋   

  1. 深部探测与成像全国重点实验室/吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 130026
  • 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-12-30
  • 通讯作者: 刘洋(1979—),男,教授,博士生导师,主要从事非平稳地球物理数据分析、处理以及Madagascar开源地球物理软件平台建设等工作,E-mail: yangliu1979@jlu.edu.cn
  • 作者简介:刘财(1963—),男,教授,博士生导师,主要从事复杂地震波场的正反演理论和技术、高精度地震信号处理技术和地质-地球物理综合研究工作,E-mail: liucai@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家科技重大专项(2024ZD1002704);国家自然科学基金项目(42430801,42474144)

A Review of Analyzing Nonstationary Characteristics in Seismic Data

Liu Cai, Zhang Yanzhe, Liu Yang   

  1. State Key Laboratory of Deep Earth Exploration and Imaging/ College of GeoExploration Science and Technology,
    Jilin University,Changchun 130026,China

  • Online:2025-11-26 Published:2025-12-30
  • Supported by:
    Supported by the National Science and Technology Major Project (2024ZD1002704) and the National Natural Science Foundation of China (42430801, 42474144)

摘要:  大多数地震数据处理方法的开发,旨在解决实际地球物理问题,缺少对数据本质属性的研究。地震数据是一种时-空-频变信息,传统的信号分类方法并不适用于这种数据,当前没有形成地震数据本质属性的定义,这对开发更高精度的地震数据处理技术构成了主要限制。本文基于地震勘探观测系统中地震数据的特殊排序关系和实际非确定性因素,给出地震数据非平稳性的新定义,并且在该定义下给出了地震数据六种代表性非平稳特征(包括随机噪声的统计性,有效信号的振幅压缩性、能量谱预测性、时频谱衰减性、波形相似性及振幅周期性)的性质以及相应七种表征处理技术的进展,如中值滤波、稀疏变换、预测滤波、时频分析、Q值估计与反Q滤波、相似性分析以及混沌系统,这些分析和处理方法有助于实现“三复杂”(复杂地表、复杂构造和复杂岩性)环境下“两宽一高”一体化采集模式对海量复杂地震数据提出的“三高一快”(高保真度和快速计算的条件下实现高信噪比和高分辨率)处理新目标,为高精度地震勘探提供理论和技术支撑。

关键词: 地震数据, 非平稳特征, 表征处理技术, 高精度地震勘探

Abstract:  Most seismic data processing techniques have been designed to solve specific practical geophysical problems, with limited focus on the fundamental properties of seismic data. Seismic data vary simultaneously in time, space, and frequency, making conventional signal classification methods inadequate. Currently, there is no clear definition of the essential attributes of seismic data, which limits the development of advanced processing techniques. Here, we propose a new definition of nonstationarity tailored to seismic data, based on the unique ordering relationships of data in seismic acquisition systems and the presence of practical nondeterministic factors. Under this framework, we identify six representative nonstationary features, including statistical properties of random seismic noise, and amplitude compression, energy spectrum predictability, time-frequency spectral attenuation, waveform similarity and amplitude periodicity of effective signals. To address these features, we review the recent advances in seven corresponding processing strategies, including median filtering, sparse transformation, predictive filtering, time-frequency analysis, inverse Q-filtering with Q (quality factor) estimation, similarity analysis, and chaotic system modeling. These methods support the emerging of “two-wide and one-high” integrated acquisition schemes for massive datasets collected in “three-complex” environments—complex near-surface conditions, structural complexity, and heterogeneous lithologies—and target the “three-high and one-fast” processing goals: high signal-to-noise ratio, high resolution, high fidelity, and fast computation. This work lays the theoretical and technical groundwork for high-precision seismic exploration.


Key words:  , seismic data, nonstationary characteristics, characterization and processing techniques, high-precision seismic exploration

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  • P631.4
[1] 耿鑫, 王长鹏, 张春霞, 张讲社, 熊登. 基于多尺度特征自注意力模型的地震数据重建方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 1001-1013.
[2] 葛康建, 王长鹏, 张春霞, 张讲社, 熊登. 基于粗-细网络模型分步训练的地震数据重建方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1396-1405.
[3] 杨帆, 王长鹏, 张春霞, 张讲社, 熊登.

基于联合加速近端梯度和对数加权核范数最小化的地震数据重建 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1582-1592.

[4] 闫海洋, 周辉, 刘海波, 徐朝红, 孙赞东, 刘昭, 罗敏学. 基于EZW算法的叠前地震数据分频压缩技术[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1238-1238.
[5] 张岩, 刘小秋, 李杰, 董宏丽, . 基于时频联合深度学习的地震数据重建[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(1): 283-296.
[6] 陈毅军, 程浩, 巩恩普, 薛林. 基于Shearlet变换的尺度方向自适应阈值地震数据随机噪声压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1231-1242.
[7] 刘一, 刘财, 刘洋, 勾福岩, 李炳秀. 复杂地震波场的自适应流预测插值方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(4): 1260-1267.
[8] 刘海燕, 刘财, 王典, 刘洋. 基于Facet模型梯度算子一致性的地震数据不连续性识别方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(4): 1286-1294.
[9] 徐明华,李瑞,路交通,蒙杉,龚幸林. 基于压缩感知理论的缺失地震数据重构方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(1): 282-290.
[10] 李海山, 吴国忱, 印兴耀. 形态分量分析在去除地震资料随机噪声中的应用[J]. J4, 2012, 42(2): 554-561.
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[1] 程立人,张予杰,张以春. 西藏申扎地区奥陶纪鹦鹉螺化石[J]. J4, 2005, 35(03): 273 -0282 .
[2] 李 秉 成. 陕西富平全新世古气候的初步研究[J]. J4, 2005, 35(03): 291 -0295 .
[3] 和钟铧,杨德明,王天武,郑常青. 冈底斯带巴嘎区二云母花岗岩SHRIMP锆石U-Pb定年[J]. J4, 2005, 35(03): 302 -0307 .
[4] 陈 力,佴 磊,王秀范,李 金. 绥中某电力设备站场区地震危险性分析[J]. J4, 2005, 35(05): 641 -645 .
[5] 纪宏金,孙丰月,陈满,胡大千,时艳香,潘向清. 胶东地区裸露含金构造的地球化学评价[J]. J4, 2005, 35(03): 308 -0312 .
[6] 初凤友,孙国胜,李晓敏,马维林,赵宏樵. 中太平洋海山富钴结壳生长习性及控制因素[J]. J4, 2005, 35(03): 320 -0325 .
[7] 李斌,孟自芳,李相博,卢红选,郑民. 泌阳凹陷下第三系构造特征与沉积体系[J]. J4, 2005, 35(03): 332 -0339 .
[8] 李涛, 吴胜军,蔡述明,薛怀平,YASUNORI Nakayama. 涨渡湖通江前后调蓄能力模拟分析[J]. J4, 2005, 35(03): 351 -0355 .
[9] 旷理雄,郭建华,梅廉夫,童小兰,杨丽. 从油气勘探的角度论博格达山的隆升[J]. J4, 2005, 35(03): 346 -0350 .
[10] 章光新,邓伟,何岩,RAMSIS Salama. 水文响应单元法在盐渍化风险评价中的应用[J]. J4, 2005, 35(03): 356 -0360 .