基于广义S变换研究地震地层特征

将S变换引入到地震地层研究中,用广义S变换代替短时Fourier变换或连续小波变换,用于地震数据频谱分解和提取地震旋回特征.为此,首先研究了S变换的性质及其与短时Fourier变换、连续小波变换的比较,进一步给出广义S变换的特点,说明其如何获得更高分辨率.同时,对前述方法进行数值实现,模型数据试算结果表明算法的正确和有效性.在上述工作基础上,本文首次提出用广义S变换进行地震频谱分解和研究地震旋回,给出实现策略及2D实际地震数据试算结果,证明方法的有效性,为进一步实用化奠定理论和方法基础.     

联合广义S变换和压缩感知提高地震资料分辨率

提高地震资料的分辨率是获得高分辨率地震剖面的基础,常规的处理方法对于提高地震资料分辨率虽有一定的效果,但却十分有限,难以达到资料解释的要求.对此本文将广义S变换理论与压缩感知理论相结合,提出了一种新的叠后地震资料处理方法.实现步骤为:将叠后地震数据进行广义S变换;利用压缩感知理论构建L1/2范数最优化模型;半阈值迭代法求得最优稀疏解得到更精确的时频域信息;能量重新分配补偿时频域弱信号能量;广义S反变换得到处理后的地震信号.理论模型和实际资料处理表明,与常规广义S变换提高分辨率处理相比,本文方法处理结果具有更好的效果,地震资料分辨率有了明显提高.     

广义S变换与薄互层地震响应分析

Stockwell等人提出的S变换虽然与Fourier谱能保持直接联系，然而，由于S变换中的基本小波不适用于地震资料处理. 为此本文采用两个步骤对S变换加以推广，得到两种新变换（统称为广义S变换）. 首先， 用带有4个待定参数的调幅简谐波来代替S变换中的基本小波,定义广义S变换1，给出对应的逆变换；然后，以第一步中的基本小波的线性组合为新的基本小波，定义广义S变换2，并构造其逆变换公式. 最后，分别使用S变换及广义S变换对几种典型的薄互层模型进行分析计算. 结果表明，后者比前者有更强的探测能力， 后者可准确地确定厚度为1/8波长的薄互层中波阻抗界面位置，但前者却不能. 文中还用实际资料处理的结果，证明了广义S变换方法的有效性.     

广义S变换地震信号时频分析

广义S变换继承和发展了S变换的优点,其引入了λ、p两个参数,对S变换中固定的基本小波进行了推广和扩展,使得其时窗更灵活多变,在一定程度上提高了非平稳信号分析处理的时频分辨率。通过线性调频信号模拟测试对比,证实了广义S变换的信号聚焦能力明显优于S变换,能够更好地刻画信号的局部特性。最后,以某区二维单炮地震数据为例进行了地震信号的广义S变换时频分析,取得了良好效果。     

基于快速傅里叶方法的地震前兆振幅谱分析

利用FFT方法,对地电、地磁、形变及重力等前兆时间序列信号进行分析,结果显示,宝昌地震台及乌加河地震台地电两测向日均值时间序列存在3个主要谐波分量,其中周期近一年的分量物理意义明确.FFT方法在精确确定前兆时间序列中的干扰信息周期时具有较好的效果.     

基于广义S变换的地震与爆炸识别

为了进一步增强区域台网针对天然地震与人工爆炸事件的识别能力,本文利用广义S变换方法,围绕河北省三河采石场爆破以及周边发生的天然地震波形记录展开研究,总结了地震与爆炸在时频谱中的差异性。研究表明,受震源机制影响,天然地震时频谱图的频带范围更宽广,能量团分布也较人工爆炸更为复杂。为了消除震中距的影响,本文将求解的时频谱保存为规格相等的灰度图像,通过滑动窗口计算图像的灰度一致性得到新的识别判据?谱图二阶矩。对三河地区已知地震和爆炸事件的测试表明,谱图二阶矩对单台波形记录的识别率可达91%,多台求取平均值之后的识别率超过98%,因此该判据具有良好的应用前景。      

叠前地震资料提高分辨率处理方法及应用

对于隐蔽性油气藏和复杂构造油气藏,地震反射资料难以满足精度要求,需要开展地震资料提高分辨率处理.为此,使用反Q滤波、广义S变换、谱整形技术及谱白化技术等方法处理了涠西南地区叠前地震资料,并且分析了四种提高分辨率方法的应用效果.结果表明,四种方法都能提高主频、拓宽频带,其中反Q滤波的效果最好,广义S变换效果次之.反Q滤波结果中波组的低频和中高频能量分配合理,并且在中高频段反Q滤波结果的信噪比明显高于其它三种方法.此外,使用不同Q值对反Q滤波结果影响比较大.随着Q值增加,主频和带宽都稍有降低的趋势,但是信噪比提高了.当Q值大于200.0时信噪比改善的空间已经很小,这时再提高Q值,换来的只是主频降低和带宽缩小.     

利用EMD和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法

本文首先分析了地震波在黏弹介质的传播规律,基于黏弹介质地震波动方程总结了时变子波振幅谱和相位谱的关系,从而得出结论,准确估计子波相位谱初值和不同时刻的子波振幅谱是实现时变子波准确提取的必要条件.在此基础上,针对传统方法限制子波振幅谱形态且受限于分段平稳假设的问题,提出了一种利用EMD（Empirical Mode Decomposition）和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法,根据子波对数振幅谱光滑连续而反射系数对数振幅谱振荡剧烈的特点,采用EMD方法将不同时刻地震记录的对数振幅谱分解为一组具有不同振荡尺度的模态分量,通过滤除振荡剧烈分量、重构光滑连续分量提取时变子波振幅谱;再应用子波振幅谱和相位谱的关系提取时变子波相位谱,将分别提取的振幅谱和相位谱逐点进行合成,最终实现时变子波的准确提取.本文方法不需要求取Q值,适用于变Q值的情况,具有良好的抗噪性能.数值仿真和叠后实际资料处理结果表明,相比传统的分段提取方法,利用本文方法提取的时变子波准确度更高,研究成果对提高地震资料分辨率具有重要意义.

     

广义S变换域有色噪声与信号识别方法

为研究广义S变换域有色噪声与信号识别问题,首先推导白噪声在S变换和广义S变换下平均功率谱的统计规律,白噪声的平均功率谱与频率呈线性关系. 然后从理论上定性分析一般的有色噪声功率谱的分布特性,得出在广义S变换域有色噪声的功率谱服从自由度为2的χ2分布的规律, 并用Monte Carle方法进行了验证. 在上述工作基础上,本文提出了利用噪声和有效信号统计特性的差别,在广义S变换域中区分噪声和信号的方法,并用模型数据证明了方法的有效性.     

基于改进的广义S变换的低频阴影检测

Goloshubin G M,Korneev V A.Seismic low-frequency effects from fluid saturated reservoir[J].70th Annual Meetmg,Society of Exploration Geophvsicists.Expanded Abstracts,2000.1671～1674.

Korneev V A,Goloshubin G M,Dalev T M,et al.Seismic low-frequency effects in monitoring fluid-saturated reservoirs[J].Geophysics,2004,69(2):522～532.

Stockwell R G,Mansinha L,Lowe R P.Localization of the complex spectrum:the S transform[J].IEEE Transactions on Signal Processing,1996,44(4):998～1001.

高静怀,陈文超,李幼铭,等.广义S变换与薄互层地震响应分析[J].地球物理学报,2003,46(4):526～532.Gao J H,Chen W C,Li YM,et al.Generalized S transform and seismic response analysis of thin interbeds[J].Chinese J.Geophys.(in Chinese),2003,46(4):526～532.

高静怀,汪文秉,朱光明,等.地震资料处理中小波函数的选取研究[J].地球物理学报,1996,39(3):392～400.Gao J H,Wang W B,Zhu G M,et al.On the choice of wavelet functions for seismic data processing[J].Chinese J.Geophys.,1996,39(3):392～400.

陈学华,贺振华,黄德济,等.时频域油气储层低频阴影检测[J].地球物理学报,2009,52(1):215～221.Chen X H,He Z H,Huang D J,et al.Low frequency shadow detection of gas reservoirs in time-frequency domain[J].Chinese J.Geophys.(in Chinese),2009,52(1):215～221.

齐春燕,李彦鹏,彭继新,等.一种改进的广义S变换[J].石油地球物理勘探,2010,45(2):215～218.Qi C Y,Li Y P,Peng J X,et al.An improved generalized S-transform[J].OGP,2010,45(2):215～218.

张固澜,熊晓军,容娇君,等.基于改进的广义S变换的吸收衰减补偿[J].石油地球物理勘探,2010,45(4):512～515.Zhang G L,Xiong X J,Rong J J,et al.Stratum absorption/attenuation compensation based on improved generalized S-transform[J].OGP,2010,45(4):512～515.

Liu Y.Seismiclow frequency shadowsfor gas sand reflection[J].68th Annual meeting,Soceity of Processing (in Chinese),2008,24(1):28～31.

朱光明著.垂直地震剖面法[M].北京:石油工业出版社,1988.Zhu G M.Vertical Seismic Profiling[M].Beijing:Petroleum Industry Press,1988.

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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.     

中国东北2次中强地震谱振幅相关系数研究

利用谱振幅相关系数法对发生在我国东北地区的2次中强地震进行研究。结果显示,1999年辽宁岫岩5.4级地震前震序列谱振幅相关系数平均值为0.90,2013年吉林前郭5.8级震群谱振幅相关系数平均值为0.88,表明二者均表现出较强的震源机制相似性,具有发生强震的背景条件,与已有研究结果一致。此外,岫岩5.4级地震余震序列的谱振幅相关系数有所下降。值得注意的是,前郭震群序列前期相关系数维持在高值,5次强震发生后其值有下降的趋势,表现出震源机制相似性的减弱,这对中强震群后续趋势的判定具有一定的启发意义。     

二阶同步挤压S变换及其在地震谱分解中的应用

同步挤压S变换是一种处理非平稳信号的新时频变换方法,通过"挤压"信号的S变换结果,可以得到高分辨率的时频谱.但是,当信号的相位随时间呈非线性变化时,同步挤压S变换计算出的瞬时频率会出现误差,并造成时频谱分辨率降低.为了改善其对于该类信号的时频分析效果,我们利用时间和频率的二阶偏导数对瞬时频率计算式进行修正,提出二阶同步挤压S变换.合成信号处理结果表明,二阶同步挤压S变换的分辨率不但明显高于常用时频变换,在信号瞬时频率随时间呈二次或正弦变化的情况下,其时频挤压效果也好于同步挤压S变换.我们将二阶同步挤压S变换应用到天然气地震勘探资料的谱分解当中,结果表明,二阶同步挤压S变换可以很好地检测到与天然气相关的谱异常.因此,二阶同步挤压变换对于地震解释是一种很有潜力的方法.     

基于褶积原理和改进广义S变换的震动波衰减补偿试验研究

为了恢复震动波能量在传播过程中产生的衰减损耗,提出基于褶积原理求取品质因子Q的方法与改进广义S变换相结合的反Q滤波法。通过震动波衰减补偿模型试验,对试验数据进行改进广义S变换的时频特性分析,得出了信号的能量分布情况以及时间频率对应关系;采用基于褶积原理求取品质因子的方法,得到时变Q值;对试验数据进行反Q滤波处理,使震动波能量得到了补偿。结果表明本文提出的反Q滤波法提高了对震动波能量衰减补偿的效果,拓宽了地震资料的频带,提高了地震资料分辨率,有利于进行高分辨率地震勘探、深部信号增强和油气藏预测工作的开展。     

多重熵Kq和g（λ）谱的研究

应用分形理论中的多重分形和广义维的推导方法,导出了围绕Ｋ熵附近的涨落谱ｇ（λ）,同时描述了广义熵Ｋｑ和多重动态谱的计算方法,特别是利用实际观测数据探讨地震孕育非线性动力演化过程的复杂性,最后讨论了对地震问题的某些应用。     

云南鲁甸6.5级地震序列的谱振幅相关系数变化特征

使用云南数字地震台网记录的波形资料,计算了云南鲁甸MS6.5地震序列的谱振幅相关系数。8月3日19时至8月4日5时,谱振幅相关系数由序列的最小值持续升高至最大值,期间发生了4次4级余震,表明震源机制逐渐趋于一致,4级地震发生在谱振幅相关系数波动相对较大的阶段。其后谱振幅相关系数一直维持在0.82的高值状态,8月17日距离鲁甸地震震中110 km的同一构造区永善发生MS5.0地震,表明谱振幅相关系数高区域应力水平较高。     

陕西及周邻地区几个地震丛序列的震源谱振幅相关研究

选取自2008年汶川地震以来山西霍州、陕西宁强、宁夏银川及甘肃古浪地区附近发生4个中小地震丛集,采用谱振幅相关分析法计算了各个地震丛序列的谱振幅相关系数随时间的变化,分析了各序列地区发生强震的危险性。结果表明,山西霍州序列谱振幅相关系数较高,表明霍州地区附近应力水平较高,后续发生强震的危险性较大。其余3个地区附近地震丛序列谱振幅相关系数较低,表明这3个地区应力水平不高,后续发生强震的危险性较小。     

注水诱发地震的谱振幅相关系数及视应力研究

以四川自贡和长宁两个注水地区为例,基于区域测震台网记录的数字地震波形资料和观测报告,分析注水诱发地震的谱振幅相关系数特征及其与当地加压注水数据的关系,并结合表征绝对应力水平的视应力综合分析研究自贡和长宁地区的应力状态。结果表明,自贡和长宁地区注水诱发地震的谱振幅相关系数均在高值波动,其均值分别为0.89和0.90,且变化过程与加压注水数据具有很好的相关性。分析认为加压注水对局部区域应力场产生扰动影响,使地下浅层裂隙呈优势取向排列,引发的中小地震震源机制表现出较好的相似性,但其视应力结果显示研究区域的应力水平并不高。     

基于广义S变换、经验模态分解叠前去噪方法的比较

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中的关键性问题.基于广义S变换、经验模态分解的时频域地震去噪技术具有时变、分频和高保真特性,可有效处理非平稳地震信号,但二者在去噪原理、去噪效果、保真度、计算效率等方面尚存差异.对比分析表明:两种算法在提高地震信号信噪比的同时,可保持地震信号的保真度,保护陡倾角反射界面能量;基于广义S...     

基于改进的广义S变换的低频吸收衰减梯度检测

本文利用一种改进的广义S变换对地震波进行时频分解,求取地震波低频段时频谱的吸收衰减梯度,并与利用传统的广义S变换得到的高频段及低频段的吸收衰减梯度进行对比,以期更好地指示油气.理论推导、数值模拟及实际应用结果表明:基于改进的广义S变换的低频吸收衰减梯度可与传统的广义S变换得到的高频吸收衰减梯度相互佐证,更好指示油气.