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．     

基于频谱分解的碳酸盐岩储层识别

频谱分解技术是将地震信号从时间域转换到频率域,分析频率对不同尺度地质体的振幅、相位响应特征的一项技术.频谱分解能够得到高于传统分辨率的解释结果,提高刻画储层分布的能力.本文详述了短时傅里叶变换、连续小波变换和S变换的数学原理及适用性:短时傅里叶变换使用固定时窗,不能根据信号的变化调整分辨率,只适合分析分段平稳或近似平稳的信号;连续小波变换使用移动的、尺度可变的小波作为时窗,具有多分辨率特点,但是实际中选择能反映信号特征的小波函数不易;S变换使用频率的倒数来调节时窗,具有多分辨率特征,对数据处理的适应性较强.将这三种方法分别应用于碳酸盐岩储层发育区,利用靠近地震主频的35 Hz分频剖面,分析了不同时窗大小的短时傅里叶变换效果,不同类型小波的连续小波变换效果,并对比了不同频谱分解算法对储层的描述精度.通过分析得出分频剖面比常规地震剖面更有利于储层识别,且S变换效果最好.     

地磁数据分析的一些思考

通过若干实例,本文讨论了地磁数据分析中的一些方法.这些方法包括时间序列的多项式拟合,相关性分析,频谱分析和小波分析等.在Matlab和AutoSignal软件下实现了以上方法,并基于这些方法研究了地磁场形态和地磁现象的频谱特征.我们分析了Surlari观测台（余纬45.3°,经度26.3°）的地磁时间序列,并与Ottawa（余纬44.6°,〖JP2〗经度284.5°）,Canberra（余纬125.3°,经度149.3°）, Kakioka（余纬53.8°,经度140.2°）,Vernadsky〖JP〗（余纬155.3°,经度295.7°）等台站的结果进行了对比分析,讨论了Fourier变换时间窗和小波基函数选取的影响,有限长时间序列引起的边缘效应,以及小波尺度和Fourier频率的关系等问题.我们采用谱分析和小波分析处理了2007年两个台站的地磁数据,研究了地磁场形态和地磁现象的频谱特征,并讨论了Fourier变换和小波变换的优缺点.     

带有低通滤波的广义S变换在探地雷达层位识别中的应用

同其它分析时变信号的方法相比,S变换具有独特的优点.但是S变换的时窗函数形式固定,限制了其在信号分析和处理中的应用.针对这一问题,本文对S变换进行了改进和推广,在S变换的时窗函数中引入调节参数,同时将低通滤波函数融入其中,提出了一种广义S变换.通过调节参数大小来调节广义S变换的时间分辨率和频率分辨率,从而使该变换具有很强的适用性.本文使用该变换对实测探地雷达数据进行了层位识别研究,取得了较好的效果.     

北京及其周围地区尾波Ｑ值分布特征的研究c

使用北京遥测台网数字化记录资料，根据尾波的单次散射模型，采用在频率域里求尾波能量谱密度的方法，并且按固定时间窗分别计算Q值，处理了1989和1990年两年中20个台站69个地震的数据，研究了北京地区尾波Q值随空间、频率和延续时间的不同以及这些不同的Q值随时间的变化．结果表明，尾波Q值与时间窗的取定以及频率的变化表现出较强的依赖关系．假定QC=Q0f时，对应于15——30、30——60、60——90 s三个时间窗，Q0的平均值分别为48，115和217，的平均值分别为0.89，0.91和0.74．同时，本文为北京地区尾波Q值的日常检测提供了基础的软件．      

频谱成像技术在稠油热采地震监测中的应用

频谱成像技术可有效的描述地质反射层厚度的非连续性和岩性的非均质性,其在理论上主要是依据薄层反射的调谐原理,过去通常采用以离散傅里叶变换为基础的算法,但是,该方法存在着明显的局限性,因为估算的地震振幅谱的重要特征是所选时窗长度的函数.如果所选时窗过短,振幅谱会与变换窗函数褶积,失去频率的局部化特征,而且过短的时窗会使子波的旁瓣呈现为单一反射的假象.增加时窗长度,会改善频率的分辨率.但如果所选时窗过长,时窗内的多个反射会使振幅谱以槽痕为特征,很难分清单个反射的振幅谱特征.由于在实际运用中,以傅里叶变换相关的算法的时窗问题,难以选择好时窗长度,而且无法定量分析时窗长度产生的偏差,因而会使振幅谱的估算产生偏差.以小波变换为基础的时频分析技术成了非平稳性信号的重要分析工具,在很多实际应用中已取代了傅里叶变换的分析方法.以小波变换为基础的瞬时谱分析技术能得到精确的时频分析结果,同时避免了时窗问题.它反映出了储层在纵向上时间及厚度上变化情况和横向上的地质不连续性的信息,因此能使解释人员快速而有效地描述储层特征的空间变化.     

地震信号多尺度分解及弱震相的提取

地震波携带着地球内部(包括震源和介质)的信息,这些信息是研究地球物理及地震的重要依据之一。并以频率、相位、振幅、时间等物理量特征,如何提取这些信息就显得至关重要。傅里叶变换实现了信号从时域到频域的变换,揭示了波列中各频率成分的能量分配,但丢失了时间这一重要信息。Gabor变换对傅氏变换作了推进和发展,通过加窗和平移的方法实现了时域局部化,但由于窗口一经选定,对所有频率的信号都固定不变,无法对高频和低频成分同时获得高分辨率,在许多研究中受到局限。1984年,法国地球物理学家Morlet提出了小波分析的概念和理论,后经许多科…     

同步挤压广义S变换在南海油气识别中的应用

受窗函数的影响,短时傅里叶变换、小波变换、S变换等传统时频分析方法的分辨率不高.为了提高信号时频变换分辨率,发展了同步挤压小波变换算法;该算法将信号的时频谱值向其中心频率位置挤压,改善了信号时频分析结果,使得信号时频分辨率得到了很大的提升.但由于传统算法时窗固定,处理缺乏灵活性;因此,本文对S变换窗函数进行扩展,提出了同步挤压广义S变换.通过自适应窗函数挤压信号在S域的时频谱值,提高了算法的灵活性和时频分析聚焦能力.运用同步挤压广义S变换对南海某工区实际地震数据进行分频处理,结果显示含油气层能量随着频率的增加而逐渐衰减.因此,使用同步挤压广义S变换对地震数据进行分析处理,不仅可以对储层含油气性进行准确的检测,还可以对地层进行精确的标定.     

基于复正则化非稳态回归Wigner-ville分布谱分解及其应用

谱分解是应用于油气藏描述的一种有效方法.谱分解方法如短时傅里叶变换、连续小波变换、S变换等因使用预先选定的窗函数和基函数限制了其时频分辨率.对于双线性Wigner-Ville分布(WVD)谱分解,其在计算时频分布不要求选定窗函数,时间和频率分辨率均很高,但存在交叉噪声.在本文中,我们提出利用迭代反演方法计算WVD谱分解.其关键思想是,利用复正则化非稳态回归技术拟合解析地震道和它的傅里叶分量,并且将时变的傅里叶系数定义为WVD时频分布.理论合成数据表明,基于复正则化非稳态回归WVD谱分解方法有较高的时间频率分辨率,并且能有效地压制交叉噪声.最后,我们将本文方法应用于三维实际地震数据进行河道检测.     

基于广义S变换的大地电磁测深数据处理

S变换是一种优于短时傅里叶变换和小波变换的时频分析方法.采用广义S变换进行大地电磁场时间序列频谱分析,一方面能够提高对电磁噪声成分的时间定位能力,便于实现电磁噪声的滤波处理;另一方面可以增加频谱系数的个数,从而改善大地电磁阻抗张量元素的统计特性.本文从广义S变换和大地电磁测深数据处理方法的原理出发,给出了采用叠加窗函数的离散广义S变换形式,讨论了广义S变换窗口宽度比例因子、窗口宽度与可提取频谱系数个数之间的关系,定义了利用离散广义S变换时频谱计算大地电磁场分量功率谱公式;在此基础上,研究了基于S变换时谱频的大地电磁测深数据ROBUST处理方法.最后,通过实测资料进行方法检验,结果表明本文方法比短时傅里叶变换处理效果更好,并且有利于识别和压制电磁噪声.     

The optimal fractional Gabor transform based on the adaptive window function and its application

We designed the window function of the optimal Gabor transform based on the time-frequency rotation property of the fractional Fourier transform. Thus, we obtained the adaptive optimal Gabor transform in the fractional domain and improved the time-frequency concentration of the Gabor transform. The algorithm first searches for the optimal rotation factor, then performs the p-th FrFT of the signal and, finally, performs time and frequency analysis of the FrFT result. Finally, the algorithm rotates the plane in the fractional domain back to the normal time-frequency plane. This promotes the application of FrFT in the field of high-resolution reservoir prediction. Additionally, we proposed an adaptive search method for the optimal rotation factor using the Parseval principle in the fractional domain, which simplifies the algorithm. We carried out spectrum decomposition of the seismic signal, which showed that the instantaneous frequency slices obtained by the proposed algorithm are superior to the ones obtained by the traditional Gabor transform. The adaptive time frequency analysis is of great significance to seismic signal processing.     

Gabor变换参数对信号时频分辨率的影响

窗函数的衰减系数和采样间隔究竟对地球物理信号时频分辨率造成多大的影响,如何才能更好地消除这种影响,是该文的主要出发点。提高分辨率是信号时频分析处理的关键,在地球物理数据处理和属性参数提取等方面具有重要作用和广泛应用。该文研究了Gabor变换窗函数衰减系数选择正确与否和采样间隔对信号分辨率的影响。参数选择不当,不仅降低信号时频谱的分辨率,甚至要丢失信号。在用Gabor变换作时频分析时,通过模拟计算预先给出最佳窗函数和最佳参数范围是十分必要的。文中还给出了常规地震信号最佳采样间隔的范围和选择、处理方法。     

Effects of Gabor transform parameters on signa time-frequency resolution

In this paper, it is described that the time-frequency resolution of geophysical signals is affected by the time window function attenuation coefficient and sampling interval and how such effects are eliminated effectively. Improving the signal resolution is the key to signal time-frequency analysis processing and has wide use in geophysical data processing and extraction of attribute parameters. In this paper, authors research the effects of the attenuation coefficient choice of the Gabor transform window function and sampling interval on signal resolution. Unsuitable parameters not only decrease the signal resolution on the frequency spectrum but also miss the signals. It is essential to first give the optimum window and range of parameters through time-frequency analysis simulation using the Gabor transform. In the paper, the suggestions about the range and choice of the optimum sampling interval and processing methods of general seismic signals are given.     

瞬变电磁场资料的联合时-频分析解释

本文充分利用瞬变电磁（TEM）信号包含的信息,采用联合时-频分析方法解释了TEM资料。文章选取了Wigner-Ville分布和Gabor展开的联合时-频分布（或表示）,将一维时间域信号拓展到时-频二维平面上,不仅将不同地电断面的响应成功地分开来,而且所显示的信号特征与地层电性结构之间有着明确的物理意义,从时间和频率两个方面同时描述了瞬变涡流场在地层中的激发和衰减的过程。利用时间窗数据和频率窗数据所进行的联合时-频反演,缩小了拟合差,提高了定量解释精度。     

Detection and extraction of orientation-and-scale-dependent information from two-dimensional GPR data with tuneable directional wavelet filters

The Ground Probing Radar (GPR) is a valuable tool for near surface geological, geotechnical, engineering, environmental, archaeological and other work. GPR images of the subsurface frequently contain geometric information (constant or variable-dip reflections) from various structures such as bedding, cracks, fractures, etc. Such features are frequently the target of the survey; however, they are usually not good reflectors and they are highly localized in time and in space. Their scale is therefore a factor significantly affecting their detectability. At the same time, the GPR method is very sensitive to broadband noise from buried small objects, electromagnetic anthropogenic activity and systemic factors, which frequently blurs the reflections from such targets.This paper introduces a method to de-noise GPR data and extract geometric information from scale-and-dip dependent structural features, based on one-dimensional B-Spline Wavelets, two-dimensional directional B-Spline Wavelet (BSW) Filters and two-dimensional Gabor Filters. A directional BSW Filter is built by sidewise arranging s identical one-dimensional wavelets of length L, tapering the s-parallel direction (span) with a suitable window function and rotating the resulting matrix to the desired orientation. The length L of the wavelet defines the temporal and spatial scale to be isolated and the span determines the length over which to smooth (spatial resolution). The Gabor Filter is generated by multiplying an elliptical Gaussian by a complex plane wave; at any orientation the temporal or spatial scale(s) to be isolated are determined by the wavelength. λ of the plane wave and the spatial resolution by the spatial aspect ratio γ, which specifies the ellipticity of the support of the Gabor function. At any orientation, both types of filter may be tuned at any frequency or spatial wavenumber by varying the length or the wavelength respectively. The filters can be applied directly to two-dimensional radargrams, in which case they abstract information about given scales at given orientations. Alternatively, they can be rotated to different orientations under adaptive control, so that they remain tuned at a given frequency or wavenumber and the resulting images can be stacked in the LS sense, so as to obtain a complete representation of the input data at a given temporal or spatial scale.In addition to isolating geometrical information for further scrutiny, the proposed filtering methods can be used to enhance the S/N ratio in a manner particularly suitable for GPR data, because the frequency response of the filters mimics the frequency characteristics of the source wavelet. Finally, signal attenuation and temporal localization are closely associated: low attenuation interfaces tend to produce reflections rich in high frequencies and fine-scale localization as a function of time. Conversely, high attenuation interfaces will produce reflections rich in low frequencies and broad localization. Accordingly, the temporal localization characteristics of the filters may be exploited to investigate the characteristics of signal propagation (hence material properties). The method is shown to be very effective in extracting fine to coarse scale information from noisy data and is demonstrated with applications to noisy GPR data from archaeometric and geotechnical surveys.     

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.     

子波相位不准对叠前波形反演的影响（英文）

子波是影响反演结果的关键因素之一。不正确的子波相位会改变目标函数的形态,导致反演结果收敛不到真实的位置,最终引起解释结果发生偏差甚至错误。基于两个简单模型,在忽略所有其它影响因素前提下,本文研究了子波依赖于频率的相位变化对叠前波形反演的影响,并对反演误差进行量化分析。实验结果表明,即使给定子波与真实子波有较高的相似性,依赖于频率的子波相位误差仍可能导致反演结果严重偏离真解。对给定子波进行常相位旋转可以在一定程度上提高反演结果的精度,但却无法完全校正子波相位不准的影响。而且子波相位不准为反演引人的是系统误差而非随机误差,很难采用统计性方法予以消除,从根本上限制了叠前反演的精度。     

桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析方法

理论计算及实测资料表明,反射波法基桩动测激振信号近似为半周期正弦波,不同激振方式产生的桩顶速度脉冲信号宽度不同,相应频率成分也就不同。桩身内阻尼对不同频率谐波的幅值衰减及频散规律不同,使得不同激振方式产生的复合脉冲在同一桩中会有不同变化规律,为了使不同激振方式测试资料具有可比性,应采用相同频带进行对比。为此利用小波分析的时-频特性,通过对测试信号进行时频分解,就桩身内阻尼对不同频带信号的吸收系数及波速的影响规律进行了研究。对实测资料分析的结果表明,预制桩不同频带信号波速变化不大,但衰减系数随频率增大近似线性增加。     

从瞬变电磁测深数据到平面电磁波场数据的等效转换

中心回线源装置的瞬变电磁场是一种涡流场,在地下主要以扩散形式传播.平面电磁波在地下介质中传播时具有反射、折射等电磁学特性,为了借鉴平面电磁波场测深成熟的解释方法,文中开展了从瞬变电磁涡流场测深数据到平面波场数据的快速等效转换的研究.通过大量的理论模型的正演计算、曲线对比,误差统计,对瞬变电磁场、平面波场在地下传播机制特性的分析,建立了一种由瞬变电磁测深视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换的时间-频率等效对应关系.利用这一关系式,把扩散场数据快速转换成等效平面波场测深数据. 为进一步进行瞬变电磁拟平面波成像解释打下理论基础.