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

中图分类号: 

  • 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.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 于 平,李瑞磊,付 雷,郝 雪,张向军,廉国芬. 松辽盆地滨北地区区域构造特征及意义--地震长剖面给出的证据[J]. J4, 2005, 35(05): 611 -615 .
[2] 张原庆, 宋炳忠, 王玉福, 张宁. 鲁西铜石岩体金成矿规律和成矿预测[J]. J4, 2010, 40(6): 1287 -1294 .
[3] 李建平,李桐林,张 辉,徐凯军. 不规则回线源层状介质瞬变电磁场正反演研究及应用[J]. J4, 2005, 35(06): 790 -0795 .
[4] 高松, 宋莹, 王琳,蒋步新. 水体中秋兰姆特效降解菌的筛选及其降解性能研究[J]. J4, 2006, 36(03): 455 -457 .
[5] 张凤君,李 卿,马玖彤,于广菊. 膜蒸馏处理糠醛废水的实验研究[J]. J4, 2006, 36(02): 270 -0273 .
[6] 卢双舫,李吉君,薛海涛,徐立恒. 油成甲烷碳同位素分馏的化学动力学及其初步应用[J]. J4, 2006, 36(05): 825 -829 .
[7] 丁志宏,冯平,毛慧慧. 考虑径流年内分布影响的丰枯划分方法及其应用[J]. J4, 2009, 39(2): 276 -0280 .
[8] 任何军, 刘娜,高松,张兰英,张玉玲,周睿. 假单胞菌DN2对多氯联苯的降解及bphA1核心序列测定[J]. J4, 2009, 39(2): 312 -0316 .
[9] 黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 康志强, 唐萍萍. 半干旱区岩溶碳汇原位监测方法适宜性研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(1): 240 -246 .
[10] 熊晓亮,孙红月,张世华,蔡岳良. 高扬程虹吸保障条件分析与合理管径选择数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(5): 1595 -1601 .