مجله ژئوفیزیک ایران

مجله ژئوفیزیک ایران

بهبود تضعیف نوفه تصادفی در داده‌های لرزه‌ای با استفاده از فیلتر نقطه بیشینه زمان – فرکانس تطبیقی وزن‌دهی شده با توان هرست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود
2 شهرک امام، بولوار آیت الله کاشانی، از سمت مسجد المهدی،
10.30499/ijg.2026.599938.1807
چکیده
داده‌های لرزه‌ای معمولاً با نوفه‌های تصادفی همراه‌اند که می‌توانند کیفیت پردازش و تفسیر داده‌ها را کاهش دهند و شناسایی رویدادهای بازتابی را دشوار سازند. فیلتر نقطه بیشینه زمان–فرکانس یکی از روش‌های کارآمد برای تضعیف این نوفه‌هاست، اما عملکرد آن به انتخاب طول پنجره وابستگی زیادی دارد. پنجره‌های بلند معمولاً نوفه را مؤثرتر کاهش می‌دهند، ولی ممکن است موجب تضعیف دامنه سیگنال و کاهش تفکیک‌پذیری رویدادها شوند. در مقابل، پنجره‌های کوتاه‌تر به حفظ جزئیات سیگنال کمک می‌کنند، اما ممکن است در حذف نوفه کارایی کمتری داشته باشند. بنابراین، استفاده از یک طول پنجره ثابت نمی‌تواند در همه بخش‌های داده، تعادل مطلوبی میان کاهش نوفه و حفظ سیگنال ایجاد کند. در این پژوهش، روشی تطبیقی برای فیلتر نقطه بیشینه زمان–فرکانس بر پایه نمایه هرست محلی ارائه می‌شود. نمایه هرست به‌عنوان شاخصی برای سنجش پایداری و میزان همبستگی زمانی داده‌ها به کار می‌رود؛ مقادیر بالاتر آن به وجود ساختارهای همدوس‌تر و مقادیر پایین‌تر به رفتار تصادفی‌تر نسبت داده می‌شوند. در الگوریتم پیشنهادی، ابتدا خروجی فیلتر با پنجره‌های کوتاه و بلند محاسبه می‌شود. سپس این خروجی‌ها با استفاده از ضرایب وزنی وابسته به نمایه هرست محلی ترکیب می‌گردند تا طول مؤثر پنجره با ویژگی‌های محلی داده سازگار شود. کارایی روش با استفاده از داده‌های مصنوعی و یک رکورد لرزه‌ای دوبعدی صحرایی ارزیابی و با فیلتر نقطه بیشینه زمان–فرکانس دارای پنجره ثابت و روش تحلیل طیف تکین مقایسه شد. نتایج نشان می‌دهند که روش پیشنهادی ضمن تضعیف نوفه تصادفی، دامنه سیگنال و پیوستگی رویدادهای بازتابی را به‌خوبی حفظ می‌کند و در مقایسه با روش‌های مبنا، توازن مناسب‌تری میان کاهش نوفه و صیانت از اطلاعات لرزه‌ای فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Enhancing Random Noise Attenuation in Seismic Data Using a Hurst Exponent-Weighted Adaptive Time-Frequency Peak Filter

نویسندگان English

Amin Roshandel Kahoo 1
Mohammad Radad 2
1 Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics Engineering, Shahrood University of Technology
2 اولین ساختمان چهارطبقه، سمت راست، واحد ۷
چکیده English

Seismic data are often contaminated by random noise, which reduces the signal-to-noise ratio (SNR), obscures weak reflections, and complicates interpretation and inversion. Effective noise attenuation is essential for improving the quality and reliability of seismic analysis. The Time-Frequency Peak Filter (TFPF) is an effective method for suppressing random noise without requiring prior knowledge of wavelet phase or an explicit velocity model. However, conventional TFPF uses a fixed analysis-window length, creating a trade-off between noise suppression and signal preservation. A long window can attenuate noise effectively but may distort reflection amplitudes, weaken high-frequency components, and reduce the resolution of closely spaced events. A short window preserves local signal details more effectively but can leave substantial residual noise. Because these characteristics vary throughout a seismic record, a fixed window may not be suitable for all regions.



This study proposes an adaptive TFPF framework guided by the local Hurst exponent, which measures long-range dependence and temporal persistence. Coherent seismic reflections generally show greater continuity and persistence, whereas random noise tends to exhibit less predictable behavior. The local Hurst exponent is estimated using an optimized sliding-window scheme, allowing the method to track changes in data characteristics across the record. A transitional-zone correction is also applied to address ambiguity in areas where signal and noise coexist or where local estimates fall between clearly signal-dominated and noise-dominated values. This correction supports a smoother response as local data characteristics change.



Instead of classifying data through a rigid binary threshold, the proposed method combines the outputs of short- and long-window TFPF operations using locally weighted blending. The weights vary according to the local Hurst estimates. In regions with coherent reflections and higher persistence, the blend favors the short-window output to preserve reflection amplitudes, high-frequency content, and waveform details. In regions with more random behavior, it gives greater weight to the long-window output to strengthen noise attenuation. This gradual combination is designed to reduce abrupt transitions, blocky artifacts, and discontinuities between neighboring regions.



The method was evaluated using synthetic datasets and a two-dimensional field seismic record. Synthetic tests at different SNR levels assessed noise attenuation and signal preservation under varying contamination conditions. Results showed improved output SNR and effective suppression of random noise, while difference sections indicated limited leakage of the desired signal. Application to the field record demonstrated that the method reduced random noise while preserving the structural continuity, dip, and relative amplitudes of subsurface reflections. Mean amplitude spectra were also analyzed to assess changes in frequency content, indicating that essential broadband information was maintained.



Overall, local-Hurst-guided adaptive TFPF adjusts the contribution of short- and long-window filtering according to local data characteristics. The results suggest that this approach can improve the balance between random-noise attenuation and preservation of important seismic attributes, supporting subsequent interpretation and inversion. Its performance depends on reliable local Hurst estimation and appropriate analysis-window parameters. Nevertheless, the synthetic and field tests demonstrate its potential as a practical approach for seismic data denoising while retaining features needed for geological interpretation and further quantitative analysis.

کلیدواژه‌ها English

Adaptive denoising
Time-frequency peak filtering
Local Hurst exponent
Random noise
Singular spectrum analysis
Seismic data processing

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 08 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 02 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 12 مهر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 12 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 12 مهر 1405