基于U-Net深度神经网络的地震数据去噪研究

张攀龙¹，李尧²，张田涛³，岳景杭¹，董锐³，曹帅¹，张庆松²

1. 山东大学齐鲁交通学院2. 山东大学岩土与结构工程研究中心3. 齐鲁交通发展集团有限公司建设管理分公司

摘 要：在能源和矿产资源开采中,大规模采空区塌陷不仅威胁了矿区工人和设备的安全,同时也制约了矿区的经济效益。当前,地震波反射法是探测隐伏采空区的一种常用方法。但在实际探测过程中获取的地震数据往往含有大量随机噪声,这些噪声会为后续数据处理和成像环节带来较大干扰,因此对数据进行随机噪声压制和去除通常是地震数据处理的首要工作。采用改进后的U-Net深度神经网络作为去噪手段,在输入端除了加入一层含有高斯白噪声的地表激发地表接收的多道地震信号外,另一层则添加深度加权信息以充分挖掘深部反射信号。在中间层,通过压缩通道提取数据特征并通过扩展通道还原数据细节信息,构成由含噪数据到去噪数据的非线性映射,最终输出去噪结果。该网络的数据集由随机生成的大量地质模型正演数据组成,在GPU环境下使用Pytorch进行训练,并将最终结果与传统F-X滤波结果进行对比。结果表明:从多人主观打分评价以及基于结构相似性指标和信噪比指标的客观评价结果来看,采用U-Net深度神经网络得到的数据去噪效果明显优于传统F-X滤波结果。

关键词：地震数据去噪;金属矿采空区探测;深度学习;神经网络;