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。     

S变换在地震资料处理中的应用及展望

S变换是近年来发展起来的一种具有高时频分辨率的信号处理方法,它的时频分辨率与信号的频率有关,反变换简单,基本小波不必满足容许性条件,并且不存在交叉项.广义S变换弥补了S变换的一些不足,具有更高的频率聚集能力.本文总结了实际应用中具有代表性的几种广义S变换类型,并结合实例从4方面内容综述了S变换在地震资料处理中的应用:应用S变换和广义S变换在时频域滤波去噪以提高信噪比,压制面波和拾取初至波;通过检测频率和振幅等地震波属性信息研究地层中地质体和精细构造,提高地震波的主频进行地震高分辨分析;进行地层吸收衰减补偿和地层品质因子Q值的求取;以及瑞利面波频散分析和面波频散曲线的提取.本文介绍的结果及其他很多应用均表明S变换和广义S变换是地震资料处理中的一个有效手段.但是,目前S变换多应用于勘探地震学中,我们在文章最后分析展望了S变换在天然地震学中的潜在应用.     

基于等效加权模型的单步延拓反Q滤波方法研究及应用

通过建立等效加权模型并进行单步向上延拓反Q滤波,减弱目前常规Q值模型对反Q滤波效果的限制,达到进一步提高地震记录分辨率的目的.目前,常规Q值模型包括常Q模型和层状模型,常Q模型与复杂的地下情况相差较大,导致地震波能量衰减补偿效果较差;而基于层状模型进行反Q滤波则会导致噪声逐层放大,降低地震记录信噪比.基于等效加权模型进行单步向上延拓反Q滤波,可以有效补偿地震波振幅衰减并校正相位畸变,在保持信噪比的同时提高地震记录分辨率.通过模型测试,基于等效加权模型进行单步向上延拓反Q滤波,可以在有效压制噪声的同时增强能量衰减补偿效果;实际资料应用的结果表明:该方法不仅能有效补偿深层能量衰减,并且能较好的压制环境噪声,在提高地震资料分辨率的同时保持了信噪比.     

一种改进的广义稳定反Q滤波方法

由于地层的黏弹性和非均质性,地震波在传播过程中振幅衰减,相位畸变,导致地震资料分辨率和信噪比降低.反Q滤波是补偿地层衰减的一种常用方法.常规的反Q滤波方法的振幅补偿算子只与时间、频率有关,其振幅补偿频带范围、强度固定不变,不能够根据地震记录的自身特点灵活地进行振幅补偿.基于此,本文在广义稳定反Q滤波法的基础上,提出了一种改进的广义稳定反Q滤波方法.新方法提出了一种新的稳定因子,并通过参数p对振幅补偿算子进行了优化.其振幅补偿算子与地震资料信噪比、走时、频率、品质因子相适应,可以更加精确地对振幅进行补偿.理论数据测试和实际地震资料应用均表明,新方法在振幅补偿和噪声压制上优于广义稳定反Q滤波法,其处理后的地震资料振幅恢复保真度、分辨率和信噪比更高,对储层预测和精细解释工作具有重要意义.     

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.     

两种抗噪反Q滤波方法对比及应用

本文就两种抗噪反Q滤波方法进行了讨论,其中对比了考虑时频域信噪比的反Q滤波方法和基于变稳定因子的反Q滤波方法.与稳定的反Q滤波方法相比,这两种方法可以抑制噪声,提高反Q滤波后地震数据的分辨率和信噪比.然而,它们基于不同的方法原理,并且在处理效果上存在一定的差异.为了探究反Q滤波方法抑制噪声的关键问题,回顾了方法的原理,对比和讨论这两种方法的差异,并通过理论模型数据和实际地震数据进行了比较.测试结果表明,反Q滤波方法抑制噪声的关键在于有效控制振幅补偿的频带范围.就算法而言,考虑时频域信噪比的反Q滤波方法可根据地震数据的信噪比水平选择不同的频带补偿范围,具有较强的灵活性,但需要先计算出地震数据的时频域信噪比;而基于变稳定因子的反Q滤波方法具有更加简单的算法,其振幅补偿规律本身即具有一定的噪声压制能力,避免了计算时频域信噪比.当选取合适的参数,二者的振幅补偿频带范围接近时,这两种抗噪反Q滤波方法可以得到相似的处理效果.     

基于时频二次谱的提高地震资料分辨率方法（英文）

提高地震资料的分辨率是地震数据处理流程中的重要环节,对后续的精细构造解释起到重要作用。传统的提高分辨率方法大都假设地震资料是稳态的并且噪声水平不随空间发生变化,而实际情况不满足这一假设,导致提高分辨率处理后的效果达不到预期要求。针对这一问题,本文提出了一种基于时频二次谱的提高地震资料分辨率方法。首先,文中提出了基于S变换的时频二次谱,并结合模型论述了时变子波和反射系数在时频二次谱中的特征及其可分离性;其次,依据时变子波和反射系数在时频二次谱中的特征差异,构建了二维滤波器在地震记录的时频二次谱中提取时变子波的振幅谱;再次,文中研究了噪声环境中时变提高分辨率算子设计方法,并提出了依据时频谱能量强弱相对关系自适应确定频带拓宽范围的时变提高分辨率算子设计,进行提高分辨率处理;最后,文中对该方法进行了模型和实际数据的试处理,并与传统谱模拟方法和Q补偿方法的处理结果进行了对比分析,对比结果表明:本方法不需要估计Q值,提高分辨率能力不受震源子波频带的限制,在兼顾信噪比的前提下能够充分提高不同时间局部的地震数据的分辨率。     

一种自适应增益限的反Q滤波

地层的Q吸收会造成地震波振幅衰减、相位畸变,分辨率和信噪比明显降低.反Q滤波可消除由于地层Q吸收造成的振幅衰减和相位畸变,从而提高地震资料的分辨率;但反Q滤波振幅补偿的数值不稳定性问题会严重降低地震资料的信噪比,并产生很多假象.截止频率法和稳定因子法反Q滤波振幅补偿方法虽可控制数值非稳定性问题,但振幅补偿函数的增益限为一个时不变的常数,且与地震数据动态范围无关,其经常会压制深层地震波的高频成分,反而降低地震资料的分辨率;因此,本文在研究截止频率法和稳定因子法的基础上,结合地震数据的动态范围对地震记录分辨率的影响,提出了一种自适应增益限的反Q滤波振幅补偿方法,其增益限和稳定因子都是时变的,且都自适应于地震数据有效频带的截止频率.合成数据和实际数据试算表明,本文的自适应增益限的反Q滤波方法可恢复地震信号有效频带范围内的能量,且能较好地控制数值非稳定性问题,最终获得高分辨率和高信噪比的地震数据.     

地震资料Q值估算与反Q滤波研究综述

反Q滤波是地震资料处理中提高成像分辨率的重要方法.设计和应用反Q滤波时,建立一个既简便又符合地下介质实际情况的Q数学模型和较准确地估算地下品质因子Q值是关键.前人对Q值估算和反Q滤波的研究取得了很多进展.本文简述了常用Q数学模型的理论基础,重点概括了各类Q值估算方法,分类介绍了各种反Q滤波补偿方法,预测了Q值估算和反Q...     

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.     

广义S变换及其在大地电磁测深数据处理中的应用

广义S变换是一种优于短时窗傅立叶变换和小波变换的时频分析方法,利用广义S变换能够准确定位大地电磁资料中存在的噪声,通过定义时频窗对噪声进行滤除,从而明显提高阻抗视电阻率与相位的估算质量.本文基于S变换和大地电磁测深资料处理的基本原理,研究了基于广义S变换的大地电磁测深资料的处理流程和方法.对理论模拟信号及实测大地电磁场时间序列数据的处理,证实了方法的有效性.     

基于S变换的软阈值滤波在深地震反射数据处理中的应用

深地震反射原始单炮数据是非平稳的弱能量反射信号,信噪比较低.如何提高信噪比一直是深地震反射数据前处理中的一大难题.S变换是一种适用于分析非平稳信号的时频变换方法.同其他分析时变信号的方法相比,S变换的基本小波不必满足小波在时间域均值为零的容许性条件,它的时频分辨率与分析信号的频率有关,且其在时间域的积分可以得到傅里叶频谱,其反变换也简单.因此,S变换容易表示深地震反射信号复杂的时频特性.本文在S变换的基础上,利用软阈值滤波方法对深地震反射数据进行处理,实验结果表明,该方法有效地提高了信噪比,压制了有效频带范围内的混频干扰,突出了弱反射信号,使得波组信息更加丰富,有利于连续追踪有效反射波组和识别薄地层,特别是提高了深部Moho界面反射层位的分辨率,为深地震反射剖面后续处理和准确解释奠定了基础.     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

An efficient and self‐adaptive approach for Q value optimization

The time‐invariant gain‐limit‐constrained inverse Q‐filter can control the numerical instability of the inverse Q‐filter, but it often suppresses the high frequencies at later times and reduces the seismic resolution. To improve the seismic resolution and obtain high‐quality seismic data, we propose a self‐adaptive approach to optimize the Q value for the inverse Q‐filter amplitude compensation. The optimized Q value is self‐adaptive to the cutoff frequency of the effective frequency band for the seismic data, the gain limit of the inverse Q‐filter amplitude compensation, the inverse Q‐filter amplitude compensation function, and the medium quality factor. In the processing of the inverse Q‐filter amplitude compensation, the optimized Q value, corresponding gain limit, and amplitude compensation function are used simultaneously; then, the energy in the effective frequency band for the seismic data can be recovered, and the seismic resolution can be enhanced at all times. Furthermore, the small gain limit or time‐variant bandpass filter after the inverse Q‐filter amplitude compensation is considered to control the signal‐to‐noise ratio, and the time‐variant bandpass filter is based on the cutoff frequency of the effective frequency band for the seismic data. Synthetic and real data examples demonstrate that the self‐adaptive approach for Q value optimization is efficient, and the inverse Q‐filter amplitude compensation with the optimized Q value produces high‐resolution and low‐noise seismic data.     

利用广义S变换进行等效Q值扫描分析

本文首次给出了一种利用扫描分析技术与广义S变换时频分析工具相结合求取介质品质因子（Q值）的方法,与传统的Q值估计方法不同,该方法用一系列等效Q值对叠前衰减数据进行粘性补偿偏移,将偏移后的共反射点道集叠加,利用广义S变换求取补偿后叠加道的时频谱和傅立叶峰值频率,以浅层强反射界面子波时频谱为参考,它他深度处地层子波的时频谱特征与之进行比较,当谱宽和峰值频率达到一致作为正确Q值选定标准,确立了宏观介质的等效Q值分析新方法.     

Improving the resolution of seismic traces based on the secondary time–frequency spectrum

The resolution of seismic data is critical to seismic data processing and the subsequent interpretation of fine structures. In conventional resolution improvement methods, the seismic data is assumed stationary and the noise level not changes with space, whereas the actual situation does not satisfy this assumption, so that results after resolution improvement processing is not up to the expected effect. To solve these problems, we propose a seismic resolution improvement method based on the secondary time–frequency spectrum. First, we propose the secondary time-frequency spectrum based on S transform (ST) and discuss the reflection coefficient sequence and time-dependent wavelet in the secondary time–frequency spectrum. Second, using the secondary time–frequency spectrum, we design a twodimensional filter to extract the amplitude spectrum of the time-dependent wavelet. Then, we discuss the improvement of the resolution operator in noisy environments and propose a novel approach for determining the broad frequency range of the resolution operator in the time–frequency–space domain. Finally, we apply the proposed method to synthetic and real data and compare the results of the traditional spectrum-modeling deconvolution and Q compensation method. The results suggest that the proposed method does not need to estimate the Q value and the resolution is not limited by the bandwidth of the source. Thus, the resolution of the seismic data is improved sufficiently based on the signal-to-noise ratio (SNR).     

Properties of an improved Gabor wavelet transform and its applications to seismic signal processing and interpretation

This paper presents an analytical study of the complete transform of improved Gabor wavelets (IGWs), and discusses its application to the processing and interpretation of seismic signals. The complete Gabor wavelet transform has the following properties. First, unlike the conventional transform, the improved Gabor wavelet transform (IGWT) maps time domain signals to the time-frequency domain instead of the time-scale domain. Second, the IGW’s dominant frequency is fixed, so the transform can perform signal frequency division, where the dominant frequency components of the extracted sub-band signal carry essentially the same information as the corresponding components of the original signal, and the subband signal bandwidth can be regulated effectively by the transform’s resolution factor. Third, a time-frequency filter consisting of an IGWT and its inverse transform can accurately locate target areas in the time-frequency field and perform filtering in a given time-frequency range. The complete IGW transform’s properties are investigated using simulation experiments and test cases, showing positive results for seismic signal processing and interpretation, such as enhancing seismic signal resolution, permitting signal frequency division, and allowing small faults to be identified.     

时频域相位滤波在远震接收函数噪声压制中的应用

宽频带地震观测数据中有效信号和干扰噪声经常发生混频效应,常规的频率域滤波方法很难将二者分离.地震波信号属于时变非平稳信号,时频分析方法能够同时得到地震波信号随着时间和频率变化的振幅和相位特征,S变换是其中较为高效的时频分析工具之一.本文以S变换为例,提出了基于相位叠加的时频域相位滤波方法.与传统叠加方法相比,相位叠加方法对强振幅不敏感,对波形一致性相当敏感,更加利于有效弱信号信息的检测.时频域相位滤波方法滤除与有效信号不相干的背景噪声,保留了相位一致的有效信号成分,显著提高了信噪比.运用理论合成的远震接收函数数据和实际的宽频带地震观测数据检验结果显示该方法较传统的带通滤波方法相比,即使在信噪较低且混频严重条件下,时频域相位滤波方法的滤波效果依然很明显,有助于识别能量较弱的有效信号.