修正S变换与常规时频分析方法的对比

地震信号往往是非线性、非平稳信号,基于平稳信号理论的常规傅里叶变换方法不能刻画任一时刻的频率成分,而时频分析技术能同时展示信号在时间域和频率域的局部化特征。修正S变换作为一种较新的时频分析方法,是针对S变换窗函数相对固定、时频分辨率不能调节的问题提出的。通过对修正S变换与常规时频分析方法如短时傅里叶变换(STFT)、小波变换(WT)和S变换的对比,分析了修正S变换在时频分析方法中的作用。根据合成信号以及实测地震记录的时频分析可知:修正S变换较常规的时频分析方法具有更好的时频分辨率和能量聚集性,更有利于对非平稳信号的处理。     

基于广义S变换的地震资料信噪分离方法

基于S变换具有良好的时频聚焦性和分时分频性,将可灵活选取窗函数的广义S变换引入到地震信号去噪处理中,系统研究了广义S变换在地震资料信噪分离中的应用。首先对地震数据进行广义S变换,然后对含噪频率剖面选取适当阈值压制噪声干扰,提取有效信号,最后重构得到去噪后的记录。经合成记录和实际地震资料处理实验证明,该方法能有效地进行信噪分离,提高地震剖面信噪比和分辨率。     

自适应核时频分析方法的改进及应用

提高地震信号的时频分辨率是时频分析研究的重点,传统的线性时频分析方法(短时傅里叶变换、小波变换、S变换)时频分辨率不高,而双线性时频分析方法(如魏格纳分布)时频分辨率高,但存在严重的交叉项干扰。自适应核时频分析方法,属于双线性时频分布,计算过程中采用随时间变化的最优核函数,在保证高分辨率的前提下,压制信号模糊域的交叉项干扰,提高了时频谱的可读性。对比了四种时频分析方法对于线性调频信号的分析效果,并将聚焦性更好的自适应核方法应用于实际资料,并利用改进的自适应核时频分析方法在瞬时属性提取和谱分解识别断层的应用中进行了初步试验,计算效率明显提高且取得良好的效果。     

短时傅立叶变换和广义S变换用于提取面波频散曲线效果对比研究

瑞雷面波勘探作为一种无损原位检测方法,已越来越多的应用于岩土工程测试与环境工程中,其中频散曲线的提取则是得到面波速度的重要一步。这里将短时傅里叶变换与广义S变换两种线性时～频分析方法用于瑞雷面波的频散曲线提取,并加以对比分析它们的应用效果。通过理论模型与实际地震记录分析得出:①短时傅里叶变换只能对浅部能量较强的高频部份的瑞雷面波的频散曲线提取效果较好,而对低频能量较弱的部份提取效果则不佳;②广义S变换通过λ和p两个参数的引入,使其能根据信号频率的高低自动调解窗函数的形态与大小,具有多分辨的特性,使其同时对高频、低频的瑞雷面波信号有更好的处理效果,从而有利于提高瑞雷波的勘探深度。     

广义S变换时频分析在广域电磁法数据处理中的应用

广义S变换是一种可逆的局部时频分析方法,是短时傅里叶变换和小波变换的延伸和推广。利用广义S变换对广域电磁时间序列数据进行分析,除了可以划定噪声区域便于实施滤波去噪之外,还可以提高数据频谱分析精度。针对广域电磁数据特点,基于广义S变换提出了适合广域电磁法的广义S变换处理流程,进行了信号的仿真实验。同时,也对广域电磁法实测数据进行了处理,高信噪比数据的处理结果证实了广义S变换的有效性和准确性。强干扰数据处理的结果表明,获取的信号质量比基于傅里叶变换的传统方法有明显提高。处理效果表明,提出的方法适用于广域电磁法数据处理。     

常用时频分析方法的瞬时Teager主能量储层检测对比研究

地震谱分解技术能够从地震数据中提取丰富的地质信息,当层位中含有储层时,能量衰减就会出现“高频衰减,低频共振”的异常现象,瞬时Teager主能量这一地震属性能增强这种能量衰减异常现象,更有效地突出油气区域。首先利用测试信号对比分析了短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换的时频聚集性;然后利用短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville变换、平滑伪Wigner-Ville变换获得实际数据的时频表示,再利用时频表示计算地震数据的单频瞬时Teager能量和瞬时Teager主能量,并比较了不同时频分析方法的瞬时Teager主能量在储层预测方面的性能。研究结果表明基于平滑伪Wigner-Ville变换的瞬时Teager主能量储层预测效果最好,可以有效地区分储层和岩石层。     

基于广义S变换的地层吸收补偿

广义S变换是一种新的非平稳信号时频分析方法。广义S变换的反变换与傅立叶变换有直接的联系,是无损变换;线性变换保证其不存在交叉项;时频分辨率与信号的频率有关;基本小波不必满足容许性条件;尺度性质使得广义S变换有很好的频率聚集能力。基于广义S变换的特点和优势,进行地层吸收补偿。通过对实际二维叠后地震数据进行地层吸收补偿处理,结果表明,提高了地震反射层的分辨率,改善了地震资料的品质,而且无需知道地层的Q值。      

非平稳地震信号匹配追踪时频分析

根据三步法匹配追踪原理实现了基于雷克子波的地震信号自适应分解,在此基础上,讨论了利用匹配子波进行地震信号时频表征的方法。由于常规匹配追踪时频是以Wigner-Ville分布为基础,得到的时频信息有限,因此给出了一种基于可调窗口的短时傅氏变换时频表示方法,进而又利用各匹配子波的复谱,引入一种新的时频表示方法,不仅与Wigner-Ville方法具有同等的分辨率和能量聚集特性,而且保留了原信号的最基本时频特征,不存在交叉项和窗口截断效应。通过与短时傅氏变换和S变换时频特征的对比发现,匹配追踪时频表征和瞬时谱参数具有更高的分辨率。实际数据的应用也表明,匹配追踪分解非常适用于非平稳特征的地震信号的时频分析。     

广义S变换时频域滤波在MT数据处理中的应用

短时傅里叶变换是建立在稳态信号基础之上,它仅能提供信号的频域信息,对信号的时间分辨能力差。这影响了它在大地电磁测深数据处理中的应用效果。S变换是一种优于短时傅立叶变换的时频分析方法,能够提供信号时-频域信息。利用S变换对大地电磁测深数据进行时频分析,有助于实现大地电磁测深数据噪声的时频-域滤波,从而提高大地电、磁分量数据的频谱分析精度。从广义S变换理论出发,分析了各类波形噪声的时-频域特征及其对大地电磁测深数据的影响。针对大地电磁测深数据处理特点,利用广义S变换得到时频谱,采用时频比值和门槛值方法,研究适合压制电磁噪声的时频滤波器和滤波方法。对实际大地电磁测深数据的处理结果表明这个方法提高了阻抗张量的估算质量,验证了该方法的有效性。     

基于窗口理论的时频分析方法研究

通过对比短时Fourier变换、连续小波变换、S变换、广义S变换等时频分析方法发现,从窗的维度看,它们具有统一的内积形式,差别在于窗函数中σ(f)的取值。通过分析相应方法中σ(f)随信号频率的变化规律,以及随之产生的时窗与时频分辨率问题,解释广义S变换的相对优越性。将广义S变换应用于四类薄互层模型,研究薄互层时频特性与地质特性的对应关系,指导地层旋回方向的预测。     

广义S变换在地震勘探中的研究进展

广义S变换是目前比较新的一种非平稳信号分析的时频分析方法,其特点和优势为广义S变换的反变换与傅立叶变换有直接的联系,保证其是无损变换;线性变换保证其不存在交叉项;时频分辨率与信号的频率有关;基本小波不必满足容许性条件;尺度性质使得广义S变换有很好的频率聚集能力。基于这些特点和优势,在地震勘探中已经有了广泛的应用,如利用广义S变换进行瑞利面波频散分析、时频域波场分离与去噪、沉积相旋回以及地震波初至识别等。笔者总结了应用中比较有代表性的广义S变换类型,并结合实例,阐述了该方法在地震勘探中的研究进展。     

局部时频变换域地震波吸收衰减补偿方法

地震信号在地下传播时会受到地层吸收衰减的影响,从而降低了地震资料的分辨率。因此地震波吸收衰减补偿是地震资料处理中的一项重要环节。本文研究的地层吸收衰减补偿方法主要基于局部时频变换(LTFT),该方法能够调节选取谱分解的频率范围和频率采样间隔,解决了短时傅里叶变换固定时窗和小波系数无法提供波形频率的精确估计值问题,适用于非平稳地震信号的时频分析。在求取地层Q值的方法中,频谱比值法具有高效简单的特点,有着广泛的应用范围。本文假设地下介质为层状变Q模型,使用局部时频变换将信号转换为时频域,通过频谱比值法求出各层的Q值,最后根据Kolsky衰减模型来补偿地震信号。理论模型测试和实际资料处理的结果表明,本文提出的方法能够有效恢复衰减信号,提高地震资料的分辨率。     

含可变因子的广义S变换及其时频滤波

含可变因子的S变换是一种新型的时频分析工具,比传统的S变换和Mansinha提出的广义S变换更具实用性。可变因子的引入使得高斯窗函数的宽度随频率发生变化时具有目的性,而不是简单地随着频率的增大而变窄。该变换可以有针对性的改善局部频段(特别是低频段和高频段)的频率分辨率及时间分辨率。以此变换为基础,提出了一种时频滤波方法,通过对人工合成地震记录的滤波,证明了该滤波方法的有效性。      

基于广义S变换的透射槽波埃里相识别

透射槽波勘探是查明煤矿工作面地质情况的重要物探方法之一,其频散曲线埃里相识别的合理性直接关系到后续工作面层析成像的准确性。目前,S变换已被广泛应用到频散分析中,然而由于S变换窗函数固定,其应用效果受到限制,为进一步提高频散曲线埃里相的识别精度,本文将窗函数可调的广义S变换引入到频散曲线的分析中。对广义S变换的窗函数采用时间半高宽进行分析,窗函数时间半高宽在给定频率范围内越宽,其时间分辨率低;频率分辨率增高,窗函数宽度越窄,则时间分辨高、频率分辨低。给出了时间半高宽与广义S变换参数的关系式,可根据实际情况定量调节时频分辨率。计算表明,在合理选择广义S变换参数的前提下,广义S变换能有效提高时频分辨率,改善频散曲线埃里相特征,利于解释人员准确拾取透射槽波埃里相。     

基于重排Gabor 变换的高分辨率谱分解

地震信号是随机信号,频率成分随着时间变化而变化。Gabor 变换是加窗傅里叶变换的一种,被广泛用于信号的时频分析,但分辨率有限。本文引入一种基于能量重排的Gabor 变换,在时频平面上对能量关于其重心进行重排,提高了时频分析的分辨率。通过理论算例和实际数据证明,重排后的 Gabor 变换谱分解在烃类检测中有更好的时频分辨率,分层更准确,更精细地指示了烃类的存在。     

时频分析法在检测混凝土构件质量中的应用

时频分析是近年发展起来的一种新的数学分析方法,这里应用时频分析的方法分析混凝土构件质量。对于混凝土构件的高频地震数据,利用自编的MATLAB程序进行短时傅里叶变换,提取各时窗的主频,然后用SURFER绘制时间-频率等值线图。在利用时频分析方法对混凝土模型和实际资料进行处理后的结果表明,应用时频分析方法可以极大地提高分辨率和实用性。     

基于同步挤压改进短时傅立叶变换的分频蚂蚁追踪在断裂识别中的应用

在地球物理领域,时频分析方法在资料处理过程中占据着愈发重要的位置;运用分频属性检测断层、裂缝等应用广泛;因此,寻求更高精度的时频分析方法一直是地震信号处理领域所追求的目标。改进短时傅立叶变换方法由于窗函数的限制导致时频分析结果准确度不理想,为了更大限度地提升时频分辨率,对改进短时傅立叶变换后的时频谱进行挤压,发展了同步挤压改进短时傅立叶变换;根据合成信号结果可知,同步挤压改进短时傅立叶变换其时频汇聚程度更加明显,在刻画信号的时频特征上更有优势。理论表明,地震数据高频成分可以对微小的次生裂缝进行精确的雕刻,而蚂蚁追踪技术是检测裂缝、断层信息的有效手段。因此,本文基于高分辨的时频分析方法,并结合蚂蚁追踪技术对三维数据体进行裂缝预测,结果表明:该方法可以更好地勾勒出微小裂缝以及伴生褶皱,识别精度与传统蚂蚁追踪算法相比有了明显的提高,同时也证实了该方法在实际应用中可行且有效。     

复小波频谱分析方法及在储层预测中的应用

针对短时窗傅立叶变换频谱分析方法存在窗函数选取不确定、分辨率固定、频谱分析精度较低等问题,采用了复小波分析方法对地震信号进行时频分析,选择复Morlet小波作为分析小波,对地震信号进行复小波变换,并将尺度域转换到频率域,获得了不同频率的时频特征水平切片;用理论模型说明了复小波频谱分析精度明显高于傅立叶变换的频谱分析.对新疆某油田实际资料的处理结果表明,复小波频谱分析能细致地反映储层的分布、位置及形态,其效果优于短时窗傅立叶变换方法.     

地震信号广义时频分析及其数值实现

基于分数阶Fourier变换的信号时频分析称为广义时频分析,将其引入地震信号处理中,是对现有基于传统变换时频分析方法的广义化拓展。这里着重数值实现,探索基于分数阶Fourier变换的时频分析,并应用了其在物探技术中新思路和比较的优势。在分数阶Fourier变换基本定义的基础上,数值实现离散分数阶Fourier变换;研究三类广义时频分析方法及其数值实现;针对地震信号,以伪Wigner分布为例,展示广义时频分析效果。经研究表明:实现的数值算法正确有效;地震信号新的广义时频分布能量更加集中,时频分析的聚焦度和信息特征更加清晰。由此可见,广义时频分析为地震信息特征分析、预测和提取提供新的视角和工具,值得进一步研究和推广。     

基于含可变因子广义S变换的瑞雷面波频散曲线提取方法

面波频散曲线的提取是面波资料处理的关键.鉴于S变换和广义S变换不能全时段兼顾频率分辨率和时间分辨率的缺点,提出了含可变因子广义S变换进行瑞雷面波频散曲线的提取方法.可变因子的引入使得高斯窗函数的宽度随频率发生变化时具有目的性,而不是简单地随着频率的增大而变窄.该方法可以有针对性地改善局部频段(特别是低频段和高频段)的频率分辨率及时间分辨率.通过理论模型和实际资料试算表明:含可变因子广义S变换提取面波频散曲线的方法具有可行性和实用性.