基于Hilbert-Huang变换的地震瞬时属性提取方法及应用(英文)

希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)是一种新的适合非平稳和非线性信号的分析方法,由于地震信号一般呈现出非平稳与非线性特性,因此HHT非常适合地震信号的分析。本文首先介绍了HHT中关于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的实现过程,在此基础上分析了几种基于EMD获得本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)来计算瞬时频率的算法,其中利用了两个采样间隔瞬时频率的平均来计算瞬时频率,较好地反映了地震信号频率成分随时间变化的特征。将该方法应用于四川东北部某地区海相碳酸盐岩地层三维地震叠后偏移数据处理,提取"三瞬"地震属性,与传统的希尔伯特变换提取的"三瞬"地震属性进行对比,结果表明基于HHT的"三瞬"地震属性结果具有更高的分辨率,IMF2的瞬时相位能够较好地刻画台地边缘生物礁相,IMF2的瞬时频率亦具有较好的分带性。将IMF2的"三瞬"地震属性与钻井等资料结合分析,能够更好地识别沉积相的分布。     

小波变换与地震信号特征分析

地震波的瞬时信号,如瞬时振幅、瞬时频率及瞬时相位等,是研究地球介质的重要参数。根据小波定义,对Morlet 小波进行了修正,并对修正后的小波形态进行了深入讨论。理论分析表明,小波变换效果受到整形参数、小波长度、中心频率、频带宽度及小波个数等参数的制约,特别是整形参数与小波中心频率及频带之间关系对小波变换起到决定性作用。在地震波信号的实际处理中,可选取恰当的整形参数,同时采用合适的小波中心频率以避免小波变换对信号产生的遗漏和冗余。文中给出了实际地震记录处理的示例。     

基于双树复小波包变换的地震信号分析方法

尝试性地将一种双树复小波包变换方法应用于地震信号分析中 .复小波包变换综合了实小波包变换与连续复小波变换各自的优点 ,不但能提取信号的相位信息 ,而且选取与被分析信号相频特性相匹配的复小波包 ,可以对信号产生更好的“聚焦”作用 .本文描述了一种双树复小波包变换算法 ,并给出了模拟信号及实际地震记录的分析实例 .研究结果表明 ,双树复小波包变换是分析具有非线性相位地震信号的一种较为有效的方法 .     

基于双树复小波包变换的地震信号分析方法

尝试性地将一种双树复小波包变换方法应用于地震信号分析中. 复小波包变换综合了实小波包变换与连续复小波变换各自的优点，不但能提取信号的相位信息，而且选取与被分析信号相频特性相匹配的复小波包，可以对信号产生更好的聚焦作用. 本文描述了一种双树复小波包变换算法，并给出了模拟信号及实际地震记录的分析实例. 研究结果表明，双树复小波包变换是分析具有非线性相位地震信号的一种较为有效的方法.      

CEEMD高分辨率时频分析方法研究与应用

希尔伯特黄变换(HHT)利用经验模态分解将地震信号分解为一系列平稳信号,并通过地震复数道构建瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率,从而更具有物理意义.CEEMD方法是一种新的EMD分解方法,解决了常规EMD方法中的"模态混叠"现象,基于CEEMD的时频分析方法能够为储层提供更加精细的刻画能力.模型数据和实际数据的处理结果表明,基于CEEMD的HHT方法,在时频谱方面比常规时频分析方法具有更高的分辨率,对储层的描述能力更为精确.     

希尔伯特-黄变换地震信号时频分析与属性提取

地震信号属于非线性和非平稳信号,传统的分析方法主要包括短时傅立叶变换、小波变换和Cohen类时频分布等等;希尔伯特-黄变换是分析非平稳信号的新方法,该方法的关键部分是信号的经验模态分解,通过经验模态分解,复杂的信号可以分解为有限的数量很少的几个固有模态函数,从而可以得到信号的希尔伯特时频谱;将该方法应用于单个的地震道数据,可以对地震道进行经验模态分解并得到希尔伯特谱,应用于地震剖面,可以得到意义更加明确的瞬时频率和瞬时振幅等地震属性,模型试算和实际应用表明了该方法的有效性.     

基于经验模态分解的地震瞬时属性提取

传统复地震道方法提取的地震瞬时属性存在物理意义不明确、对噪声敏感等不足,本文探讨基于经验模态分解的地震瞬时属性提取方法,得到不同尺度下的地震瞬时属性,由此得到的瞬时频率在数值上与地震主频对应较好.将该方法提取的属性应用到海上地震数据中,显示出较好的效果.     

复数子波匹配追踪算法识别薄层砂体

针对东营凹陷滩坝砂岩薄砂体的预测识别问题,研究了复小波匹配追踪方法.从地震信号morlet小波分解及重构分析入手,讨论了重构地震信号时关于频率、振幅、相位及时移参数的选取方法及其具体的选取变量.并就关键的振幅参数,研究了改善的计算方法.常规的匹配追踪算法扫描地震信号的所有时间点和频率.在本文中,为了改善时频分辨率,采用局部扫描主频和子波的时间延迟.在具体实现过程中,采用计算地震信号的平均瞬时频率和地震信号的瞬时包络处的时间,做为采样频率和时间采样点,得到与地震信号最佳相关的子波.对研究的方法从理论模型和实际资料进行了论证分析,证明理论上正确合理,实际应用效果显著.     

地震属性技术在四维地震监测中的应用

四维地震(4D seimic)主要是指利用重复三维地震测量资料进行油藏动态监测。在油田开发过程中,由于储层特性变化所引起的地震振幅异常、频率变化以及反射同相轴下拖现象等均可作为注蒸汽波及范围四维地震监测的良好识别标志。由于叠后地震资料中常常存在动校正速度不准、动校正拉伸畸变、剩余静校正误差、以及CDP道集中各道波形的差异性等多方面的问题,这会对叠后地震资料所反映出的四维地震异常特性产生影响,造成解释结果的差异性和不确定性。为此,本文尝试开展叠前地震属性反演研究,利用瞬时频率、瞬时频率梯度、能量衰减85%时的频率、最大振幅频率、最大振幅、总能量等多种衰减属性的叠前剖面及其差值剖面来定性解释四维地震实验区的注入蒸汽在剖面上的反映。     

基于振幅和瞬时频率的震相自动识别方法

为了充分反映地震信号振幅增大和频率改变的特征,发展了一种以振幅和瞬时频率比乘积为特征参量的震相自动识别方法。谐波信号和有限实际地震记录的应用表明,本方法具有较高的识别精度。     

Detection and analysis of LNAPL using the instantaneous amplitude and frequency of ground‐penetrating radar data

This paper reports the results of using the ground‐penetrating radar (GPR) method to detect light non‐aqueous phase liquids (LNAPL) floating on the water table in an area where the thickness of LNAPL present ranges from a few centimetres to several decimetres. To understand the GPR response in this context, GPR theoretical models are calculated using information from the literature and hydrogeological field data. The study revealed that in the case of LNAPL floating on the water table in a static condition, there is an increase in the reflection amplitude from the water table due to the decrease in the capillary fringe. Nevertheless the amplitude of reflection from the water table can discriminate the contaminated from the non‐contaminated zone. Apart from an analysis of the real traces, the analysis of some attributes of the complex trace, instantaneous amplitude, phase and frequency, are also good tools to detect hydrocarbons floating on the water table. Such attributes, depending on both the signal frequency and the hydrocarbon thickness, can also give information about the thickness of the hydrocarbon layer. It is concluded that analysing the lateral variations in signal amplitude of the real trace and in the amplitude, phase and instantaneous frequency of the complex signal permits the delimiting of the area polluted by the hydrocarbon.     

基于反射地震记录变子波模型提高地震记录分辨率

本文给出了地震记录变子波模型的一种近似数学表达式．基于该表达式研究了反射系数序列不满足白噪假设和子波在地下传播时发生变化这两种情况下地震道谱的组成及结构,讨论了谱白化及反褶积方法在这两种情况下效果不佳的原因．然后基于变子波模型,提出了一种新的提高地震记录分辨率的方法：第一步,用自适应于地震记录的Gabor分子窗把地震记录恰当地划分成若干片断,每段内信号近似平稳,然后将地震记录变换到时间-频率域;第二步,在变换域对每个分子窗内信号的振幅谱进行处理以拓宽频带;最后把处理后的时间-频率域函数反变换回时间域得到提高分辨率后的结果．本文提出的方法具有能较好地适用于反射系数不满足白噪假设的情况及提高分辨率后的地震记录能较好地保持原地震记录的相对能量关系等优点,模型和实际资料算例结果均表明,本文方法在拓宽地震资料频带及保持地震记录局部能量相对关系方面均明显优于谱白化方法．     

稀疏时频分解方法的研究与运用（英文）

Gabor变换和S变换是常用的时频分析工具。根据测不准原理,它们的时频分解结果无法在时间域和频率域同时具有很高的分辨率。为了提高非平稳信号时频分解结果的分辨率,本文提出瞬时频率分布函数（IFDF）并利用它表达非平稳信号。当非平稳信号时频成分的分布满足测不准原理对信号可分辨的要求时,瞬时频率分布函数的支集和短时Fourier变换的小波脊支集是同一个集合。利用IFDF的该特征,本文提出一种迭代算法（Sparse-STFT）实现了信号的稀疏时频分解。该算法在每次迭代过程中利用残留信号的短时Fourier变换结果的脊支集更新信号的时频成分,每次迭代得到的时频成分的叠加结果即为最终的稀疏时频分解结果。文中的数值实验证明了Sparse-STFT可以有效地提高非平稳信号时频分解结果的分辨率。最后,本文将该方法应用于地震数据面波的压制中,取得了理想的处理结果。     

地震勘探信号时频分析方法对比与应用分析

针对地震勘探信号,对非平稳信号时频分析几种适效方法:短时Fourier变换、小波变换、S变换、Wigner分布、平滑伪Wigner分布、锥形核时频分布、AOK(adaptive optimum kernel,自适应最优核函数)分布等进行对比与应用研究.在阐明各种方法基本原理的基础上,进行数值分析与应用研究.首先对非平稳地震勘探模拟信号进行试算及时频属性提取,结合各类方法的信号表示理论,在时频局部化的精度和交叉项抑制等方面对计算结果进行对比分析;进一步应用于实际二维地震数据,提取瞬时频率和瞬时带宽等时频属性,进行比较研究.研究表明:对于地震勘探信号,就本文涉及的几种时频分析方法而言,AOK分布是时频局部化精度最高、交叉项抑制最好、时频匹配最优的方法,值得在地震勘探信号分析和地震属性提取、频谱分解等应用中深入研究和应用.     

Improved structural interpretation of legacy 3D seismic data from Karee platinum mine (South Africa) through the application of novel seismic attributes

Seismic detection of faults, dykes, potholes and iron-rich ultramafic pegmatitic bodies is of great importance to the platinum mining industry, as these structures affect safety and efficiency. The application of conventional seismic attributes (such as instantaneous amplitude, phase and frequency) in the hard-rock environment is more challenging than in soft-rock settings because the geology is often complex, reflections disrupted and the seismic energy strongly scattered. We have developed new seismic attributes that sharpen seismic reflections, enabling additional structural information to be extracted from hard-rock seismic data. The symmetry attribute is based on the invariance of an object with respect to transformations such as rotation and reflection; it is independent of the trace reflection amplitude, and hence a better indicator of the lateral continuity of thin and weak reflections. The reflection-continuity detector attribute is based on the Hilbert transform; it enhances the visibility of the peaks and troughs of the seismic traces, and hence the continuity of weak reflections. We demonstrate the effectiveness of these new seismic attributes by applying them to a legacy 3D seismic data set from the Bushveld Complex in South Africa. These seismic attributes show good detection of deep-seated thin (∼1.5 m thick) platinum ore bodies and their associated complex geological structures (faults, dykes, potholes and iron-rich ultramafic pegmatites). They provide a fast, cost-effective and efficient interpretation tool that, when coupled with horizon-based seismic attributes, can reveal structures not seen in conventional interpretations.     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量;叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.     

PHASE AND GROUP TIME SECTIONS AND POSSIBILITIES FOR THEIR USE IN SEISMIC INTERPRETATION OF COMPLEX MEDIA*

Interpretation problems are discussed for a new class of models for complex seismic media, called heterogeneous models formed by inclusions (HMI). Examples of such models in geology are destructive deformation zones, tectonic raptures, complex folds, magmatogene formations, fronts of metamorphism and of phase transition, etc., which are of importance in interpretation of seismic data. The wavefields in such media have a complicated interferential character and should be considered as complex wave groups characterized by their phase and group properties. To study the phase and group characteristics of such wavefields, a method of construction and comparative analysis of so-called phase and group sections is introduced. This method is based on a transformation of the wavefield (seismogram) into a normalized seismogram (cos of the phase) and a perigram (a low cut version of the trace envelope). The group sections obtained on the perigrams represent zones of energy concentration and give stable estimates of the average characteristics of model structure. The phase sections are obtained on the normalized seismograms and represent primarily, the inner structure of the model. The method was applied to both synthetic and field data. The results of the combined analysis of the phase and group sections show that in many cases there are significant differences between them. On the basis of this analysis, several types of seismic objects may be distinguished which can serve as a basis for seismic interpretation.