Wigner-Ville分布及其在地震衰减估计中的应用

地震信号的衰减一般是在频域内利用信号功率谱的统计性质进行表征。但是,传统的基于傅立叶变换的功率谱估计方法的分辨率较低,使得衰减估计的精度较低。Wigner-Ville分布是一种重要的Cohen类时频分布,它具有一系列的优良性质,如时频边缘分布性质、好的时频聚集性等。这些性质对信号的时频分析具有重要意义。因此,Wigner-Ville分布为地震信号的衰减估计提供了新的手段。本文首先介绍了Wigner-Ville分布以及能够减少或消除交叉项影响的平滑Wigner-Ville分布,然后,提出了一种基于Wigner-Ville分布的衰减估计方法。在这一方法中,利用Wigner-Ville分布得到的瞬时能量谱中高频段的能量下降速率度量衰减。将这一方法应用到塔中地区奥陶系礁滩相碳酸盐岩储层预测,结果表明,基于Wigner-Ville分布的衰减能够有效地检测出礁滩相带和泻湖区域之间衰减特性的差异。     

STFT与WVD在地震波时频分析中的应用

地震波是一种非平稳信号,传统的傅里叶变换已不适用,时频分析方法能在时间—频率域给出非平稳信号不同时刻的频率分布特征。Wigner-Ville分布(WVD)对非平稳信号具有较好的时频聚集性,但因其为双线性变换,会产生严重的交叉干扰项。短时傅里叶变换(STFT)是一种线性变换,不存在交叉项干扰,但时频聚集性较差。考虑到二者优点,在对地震波进行时频分析时,采用短时傅里叶变换和Wigner-Ville分布的联合算法,既有效抑制了Wigner-Ville分布交叉项干扰,又保持了较高的时频聚集性。通过3种方法,对模拟信号和实际数据处理结果进行对比分析,发现联合算法对获取地震波信号的时频特征和纵波到时检测,具有更好效果。     

时频域油气储层低频阴影检测

为了准确刻画地震信号的局部层次结构,实现高效率的三维地震资料瞬时谱分解,检测油气储层的低频阴影,构造了广义S变换.广义S变换通过引入两个参数,改造S变换的小波函数,使其小波能根据信号处理的具体应用需要而调整.模型信号的仿真发现,广义S变换具有更加优越和灵活可调的时频聚集性能.文中分析了低频阴影的机理,并利用广义S变换对三维实际地震资料进行了瞬时谱分解,它不仅能检测油气储层的低频阴影,而且可以刻画油气储层的岩性边界和空间展布,减小油气储层检测的多解性.     

谱分解在含气检测中的应用

由于含气砂岩的非均质性,地震波在经过含气砂岩时高频能量衰减强,低频能量衰减弱.从而在储层的下方可能出现低频强振幅的阴影区.因此,可用时频分析直接对储层的含气性进行检测.时频连续小波变换是对连续小波变换方法的改进.变换的结果是时频域,不需要尺度-频率的转换;且时频分辨率高.本文将它用于储层含气性检测.     

常用时频分析方法在数字地震波特征量分析中的应用

地震波属于非平稳信号,传统的傅立叶变换因缺乏信号局域性的信息而无法对非平衡信号进行全面描述.对此时频分析是有力的分析工具.本文简介了短时傅立叶变换(STFT)、S变换、CWD分布、ZAM分布四种时频分析方法,通过对算例及实际地震信号的分析,总结出这四种时频分析方法在分辨地震波中的应用效果及优缺点.     

几种时频分析方法比较

地震信号由于各种原因,往往是一种非线性、非平稳信号,基于平稳信号理论的常规傅立叶变化方法不能刻画任一时刻的频率成分.时频分析能同时保留时间与频率信息,目前已经出现了很多时频分析方法.本文介绍了Hilbert变换、Hilbert-Huang变换、正弦曲线拟合、雷克子波匹配、短时傅立叶变换、小波变换、S变换以及Cohen类这八种方法,并从时间分辨率、频率分辨率,以及对多频率成份信号适应能力等各方面阐述了各种方法的优缺点,对其中的一些方法结合了理论记录进行了试算,进一步阐述了这些方法的长处和不足之处.     

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。     

几种时频分析方法的比较和实际应用

地震信号往往是非线性非平稳的,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。本文研究4种时频分析方法:短时傅里叶变换(STFT)、小波变换、广义S变换和Wigner-Ville分布。在理论上运用雷克子波模拟地震记录进行时频分析对比,发现广义S变换具有相对较好的时频聚焦性以及较好的交叉项抑制性。为了验证这一理论,我们分别在两个工区做了实际的地震实验,分析并阐述4种时频分析方法的优缺点,同时也验证广义S变换的优越性。      

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.     

谱图重排的谱分解理论及其在储层探测中的应用

谱分解理论是把单道地震记录分解为连续的时频谱平面,是地震资料处理和解释的重要技术之一.由于谱分解方法的多解性,所以同一道地震记录因为分解方法不同,得到的时频谱是不一样的.短时傅里叶变换,小波变换,S变换和匹配追踪算法都是对信号开窗分析,这些方法都受到不确定性原理的限制.Wigner-Ville变换避开了不确定性原理的限制,但是交叉项的存在限制了本方法的使用.本文利用谱图重排的时频分析方法(RSPWV)对合成的单道地震记录和实际的地震资料进行了分析.与短时傅里叶变换和匹配追踪算法的比较得出:此方法具有较高的时频分辨率,能够很好地识别气层.     

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.     

地震分倒频处理技术

为刻画地震信号的局部层次特征,提高复杂地质体的地震分辨率,本文利用倒谱变换能够提高分辨率的特点,结合短时傅里叶变换,构造了倒时-频变换算法,并提出地震分倒频处理技术.文中对地震分倒频处理技术的公式推导、算法设计、分倒频处理技术提高地震纵向分辨率的机理进行了详细研究.设计出了适合三维地震资料处理的软件,并从理论上阐述了地震分倒频处理技术能够提高地震分辨率.利用倒时-频变换对多分量线性调谐信号模型做倒时-频分析,可以得到良好的时频分辨率.实际三维地震资料计算表明,该方法能够提高地震纵向分辨率,且计算效率高,适合大规模三维地震资料的处理.     

低震级地震与人工爆破记录的时频分析

时频分析是为了对非平稳信号进行分析而引入的,可以给出某一时间点或小时间段内的频谱信息.典型的时频分析方法有短时傅里叶变换、小波变换和希尔伯特黄变换等.由于短时傅里叶变换计算速度较快,而且对本研究里的地震信号具有不错的分辨率,利用短时傅里叶变换对地震和爆破信号进行分析.     

S变换的时频分析特性及其改进

地震信号具有非线性、非平稳的特性,用时频分析的方法处理地震信号,可以最大限度的保留原始信息,也可以较为精确地分析数据的时间、频率特征.现阶段应用于地震数据处理的时频分析方法主要有:短时傅里叶变换,小波变换和匹配追踪算法等等.S变换是近几年发展起来的一种新的时频分析方法.S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点,具有相...     

基于时频能量重排的改进小波变换谱分解

小波变换作为一种具有多分辨率特征的时频分析方法已被地球物理学家广泛应用,受不确定性原理影响,其时频分辨率有限.能量重排小波变换通过对小波变换能谱向其局部重心进行重新分配,进一步提高了时频谱图的精度.拟合信号和实际地震数据表明,利用该方法能够更准确地刻画信号的时频特征,有助于获得更好的解释效果.     

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.     

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.     

四分量钻孔应变干扰特征时频域研究

时频分析是分析应变数据的主要方法,采用小波变换和S变换,对山西代县和繁峙地震台的四分量钻孔应变仪受雷电、大风干扰的观测数据进行时频分析.结果发现,通过秒采样数据时频谱来识别雷电信号的能力优于分钟值数据,分钟值数据时频特征用来反应大风干扰信号的能力优于秒值数据;S变换在高、低频部分的时间分辨率均优于小波变换.通过小波变换...     

同步提取三参数小波变换及其在储层含气性检测中的应用

随着我国石油勘探程度的不断加深,非常规油气藏逐步成为了油气勘探的重点.由于致密砂岩具有低孔、低渗、非均质性强等特性,因此迫切需要高精度时频分析后处理方法对该类气藏进行有效表征.本文提出了一种同步提取三参数小波变换(Synchroextracting Three-Parameter Wavelet Transform, SETPWT)新方法,该方法具有小波变换多尺度多分辨率的特性,通过改变三个参数来调节小波基的主频、带宽及相位,灵活匹配多种类型的合成信号以及地震子波;与传统时频分析方法相比,同步提取三参数小波变换在三参数小波变换结果的基础上引入同步提取算子(Synchronous Extraction Operator, SEO),通过SEO提取与信号理想时频谱高度相关的时频信息,去除多余能量,从而实现非平稳信号的高精度时频表征.合成信号算例表明,同步提取三参数小波变换的分辨率不但明显高于常用时频变换,同时具有优于同步提取变换(Synchroextracting Transform, SET)的抗噪性能;将同步提取三参数小波变换应用到地震资料含气性检测中,进一步验证了该时频算法在致密砂岩...     

高精度频率衰减分析技术及其应用(英文)

本文从含流体孔隙介质中的地震波场的衰减理论出发,对常规的频率衰减分析技术中的"低频阴影"和"频率衰减梯度"分析方法进行了改进,提出了一种高精度的频率衰减分析技术。首先,通过引入三参数小波变换和时频聚焦准则,发展了一种基于自适应三参数小波变换的高精度时频分析方法,其不仅具有很高的时—频分辨率(有利于"低频阴影"分析),而且其频谱只有一个峰,旁瓣比较小(有利于"频率衰减梯度"分析)。其次,采用基于最小二乘法的Nelder-Mead非线性算法对频谱的衰减部分进行拟合计算,可以准确地计算衰减系数,提高了"频率衰减梯度"的计算精度。实际资料的计算结果表明,本文提出的综合"低频阴影"和"频率衰减梯度"方法的频率衰减分析技术能够有效地圈定碳酸盐岩鲕滩储层的发育区域,且两种方法具有很好的一致性,有效地提高了储层预测的可靠性,从而降低了勘探风险。