地质信号的频谱特征与实例

提出了对地质信号进行频谱特征分析的原理和方法：将地质领域中的周期性现象视为地质信号的反映，一个实际地质信号由若干个不同圆频率周期的地质信号叠加而成，而且受到复杂地质作用的干扰(视为嗓音)。采用频谱处理方法可以将实际地质信号分解成背景成分及若干个具圆频率周期的地质信号，并识别出其中的噪音成分。运用米兰科维奇理论和地质信号频谱特征分析原理和方法，对一实际密度测井资料进行处理和分析，表明频谱特征分析方法可以作为地质信号研究的一种手段。     

福建沿海地区场地土对地脉动动力响应的研究

以福建省泉州市区和福州市区场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,通过对这两个地区的地脉动信号的频谱分析获得频谱结构特征,由此来深入研究该地区岩土的动力特性及场地土层的地脉动动力响应。通过场地脉动的测试,利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析。根据实际观测资料研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应的特性。研究不同地基土层构造与地脉动的频率依赖以及频率选择作用。结果表明,地脉动的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因,其中软土层对地脉动的卓越周期有一定的放大作用。     

一种海洋重力测量信号滤波方法的研究

为了有效地消除海洋重力异常测量值中存在的噪声干扰,提高重力异常值测量的精度,采用FIR数字低通滤波技术可以有效的剔除重力异常测量信号中包含的高频噪声成分,最大程度的还原真实重力异常值。本文重点介绍了数字滤波器的原理和设计方法,利用傅里叶变换分析测量信号中所包含的真实重力信号和噪声信号在不同频率下的分布和强度。在对原始重力异常值测量信号进行频谱分析的基础之上,提出利用频率采样的方法设计符合重力信号特点的低通滤波器,并结合已有的重力异常值测量数据对该方法进行实验验证。结果表明,利用该方法设计的滤波器可以有效地剔除高频噪声成分,滤波结果与标准值的误差在0~1 m Gal范围内。     

用小波变换进行IP异常分离

小波变换可以将原始信号分解到不同的尺度上,从而得到信号在不同尺度上的分量值。用小波变换的ＭＡＬＬＡＴ算法通过尺度滤波器和镜像滤波器可方便地完成这种分解。实际上,一个在空间分布的物探数据包含着各种频率成分,由于大地滤波作用,使得低频主要反映深部地质信息,高频主要反映浅部地质信息,因此可以应用小波变换进行异常的分离。对川西北Ｓ工区激发极化（ＩＰ）实测资料的处理结果表明,应用小波变换可以方便地将局部异常和区域异常进行分离,是进行数据分析和资料解释的一种有效方法     

小波分析在磁异常深部信息提取中的应用

小波分析方法具有良好的时频局部化特性,可以将信号分解成各种不同的频率或尺度成分有效地从信号中提取信息.在高精度磁测数据处理中,利用小波多尺度分析法能够将异常精细地分解到多个不同尺度空间上,提取不同尺度和深度的异常特征,并用对数功率谱分析方法来计算其所代表的场源深度,结合地质等信息充分分析异常,以判断深部场源的赋矿信息.     

复信号分析技术在地质雷达预报岩溶裂隙水中的应用研究

对岩溶裂隙水进行及时准确的预报,是当前岩溶隧道设计和施工中亟待研究和解决的关键问题。复信号分析技术能够提取多个参数进行综合判断,基于此优点,尝试将复信号分析技术引入到地质雷达探查水体的研究中。对雷达数据中的水体异常分别从振幅、频率和相位等方面进行综合判断,克服了以往判断依据单一的缺点,为利用地质雷达进行岩溶裂隙水预报提供了一种切实可行的方法。首先,介绍了复信号分析技术的原理,阐述了在地质雷达信号处理中引入复信号分析技术的必要性;然后探讨了基于复信号分析技术的地质雷达预报岩溶裂隙水的可行性,得出了判断水体的依据。最后结合工程实例,对地质雷达数据进行了复信号处理,并对岩溶裂隙水进行了综合判断。与开挖结果对比显示,复信号分析技术的运用较大的提高了岩溶裂隙水预报的准确性和可信性。     

时频域高分辨地震层序识别

地震信号频率随着时间的不稳定变化包含了地下反射层序特征的重要信息,时频分析是检测地震信号局部谱特征的重要工具。为适应实际地震信号处理,对S变换改进后得到一种新的广义S变换,用于分析和补偿地震信号的高频成分,得到了精细的地震层序识别剖面。实际资料处理表明,它对砂岩油气藏的成层特征的分析具有分辨率高和高信噪比的优点。地震信号的广义S变换时频谱分解可作为地震层序识别和解释的重要补充。     

探地雷达信号消噪中的时频谱分解重排算法

为了改善现有的时频域算法对于探地雷达信号消噪效果不佳的现状,本文利用时频谱分解重排算法实现了探地雷达信号的优化消噪处理。由于采用窗口函数对信号进行划分,传统的时频变换方法得到的结果是模糊化的信号时频分布,这使得在时频消噪过程中,如果阈值取不好,信号的有用成份极容易受到损伤。而采用时频谱分解重排算法可以对信号的时频变换结果进行重排,使得信号能量更加集中在真实频率点附近,从而获得更高的分辨率,而且可以显著降低消噪过程中对有用信息损伤的几率。仿真数据和实际资料对比结果表明,时频重排谱分解算法比传统消噪方法具有更好的消噪效果。     

刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法

在实际工程中发现,在强地震动作用下等效线性化方法低估了地表地震动的峰值加速度反应。通过与场地效应竖向台阵观测记录的对比分析证实了这一现象,其主要原因是等效剪应变水平的取值高于高频段实际剪应变水平,从而抑制了土层地震反应中的高频成份。若干分析表明,动力反应过程中土体的剪应变是随频率而变化的,且试验表明土体的刚度和阻尼是与剪应变相关的,据此假设土体刚度和阻尼是与频率相关的。基于这一假设,对传统等效剪应变的选取如何使得土层对基底地震动输入中的高频成分产生滤波效应的原理进行探讨,且通过频率相关的等效线性化方法对该原理进行证明。将该方法应用于Port Island场地效应竖向台阵的分析,并与实际地震动记录进行了对比,结果表明,较之传统等效线性化方法,能更加合理地考虑地震动输入中的高频成分。     

频谱分解在碳酸盐岩储层中的应用研究

本文详细描述了频谱分解技术的原理和方法,利用模型正演模拟分析缝洞储层,对缝洞尺度和裂隙密度变化频谱特征进行分析和总结,得出溶洞尺度、裂缝密度与最大振幅谱呈同向变化趋势,与最大振幅谱对应频率呈反向变化趋势.实际地质资料的应用结果表明该结论对碳酸盐岩缝洞的认识较为有效,而为进一步的碳酸盐岩缝洞型储层研究提供了有效的方法途径.     

地震时频分析技术在滨浅湖沉积层序研究中的应用

以车镇洼陷沙河街组二段为例,根据频率周期连续性和横向收敛特征精细识别滨浅湖沉积不同尺度旋回界面的特征,结合地质和测井信息建立研究区沙二段高精度层序地层格架。应用结果表明:广义S变换频谱纵向连续性好,频率周期性变化对砂层组韵律特征表现较清晰,对中期级别旋回界面较为敏感,短期旋回响应特征识别较为明显。匹配追踪方法解释的频谱反映了不同深度沉积体的优势频率变化规律,匹配追踪分解方法解释的频谱反映了不同深度沉积体的频率变化,可以为层序横向对比提供依据。     

瑞雷面波频散特征的时频分析方法及应用

在非平稳信号的处理中,信号在任一时刻附近的频域特征都很重要,而时频分析就是处理非平稳信号的重要工具。瑞雷面波在传播过程中发生频散,属于典型的非平稳信号。这里用时窗长度为分析频率分量周期五倍的改进短时傅里叶变换,对面波信号进行分析,得到其时频谱图。瑞雷面波的时频谱图反映出面波中各个频率成份到达接收点的时间,由此可计算出各个单色波的相速度,从而求出面波的频散曲线。根据相速度、频率、波长的关系,最终能够求出工程中常用的速度-深度图。     

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。     

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.     

隧道不良地质现象的探地雷达正演模拟与超前探测

探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。     

分时窗功率谱对比技术在河道砂体含油性预测中的应用

基于地震信号频谱特征分析的吸收衰减类属性是当前叠后域含油性预测的主要依据。分析了常规频谱分析技术预测砂体含油性存在的问题,从分析手段及频谱估算方法两方面进行改进,提出了分时窗功率谱对比技术。即在油层集中发育段的上、下分别开时窗,采用ARMA谱估计方法估算地震信号功率谱,进而比较上、下两个时窗功率谱特征的差值,定性反映地层含流体的情况。介绍了分时窗功率谱对比技术的原理、计算步骤、分析方法及技术优势。通过模型试算及在埕北断裂带西翼明化镇组的实际应用表明,该技术灵敏度高,含油性预测效果好。     

基于频谱分析技术预测煤与瓦斯突出带

构造煤与煤与瓦斯突出密切相关,根据构造煤地质特点构建地质模型,依据黏-弹性介质中地震波场吸收衰减理论进行模拟正演。结果表明,构造煤导致高频地震信号衰减,产生频率、振幅等异常。研究区小波傅立叶变换分频解释技术显示:无论是原生煤还是构造煤,其频谱分解技术都可使反射波频率得到拓宽,但其在不同频率上表现出明显差异,且构造煤反射波高频成分衰减强烈;另外煤层厚度的增大,将导致反射波高频成分减少,低频成分增加。通过对研究区过井连线(inline2177)8煤层的频谱分解数据体的解释,确定了构造煤发育区与原生煤(或构造煤欠发育区)范围。根据与钻孔数据的对比,认为8煤层频谱分解的扫描频率在60~70Hz时,其低频分布区域与构造煤范围高度吻合。     

工频干扰信号的时频域压制方法研究

工频干扰噪音是野外采集数据中遇到最多的干扰信号,经常将记录中的有效信号湮没,严重影响了地震数据的质量。虽然工频信号的频率成分和地震数据中有效信号的频率成分非常接近,但工频干扰信号的瞬时频率和相位是不随时间变化的,为一固定的常数,同时其振幅谱也不是时间的函数;而有效信号的瞬时频率、瞬时相位以及瞬时振幅都随时间而变化。基于此差异特征,提出了在时频域内直接从实际地震数据中提取工频干扰信号并将其从数据中剔除的方法。模型数据和野外实际数据测试表明:该方法具有较好的压制效果且对有效信号伤害较少,同时在未知干扰信号的频率分布情况下也能适用。     

微地震监测数据时频域去噪方法

原始微地震监测数据的信噪比相对较低,监测数据品质决定了微地震有效信号的定位精度,提高监测数据信噪比是微地震处理的关键环节。改进S变换对窗函数进行能量归一化处理,解决了常规S变换时频谱中频率定位不准的问题,具有更高的时频分辨率精度。利用改进S变换的良好二维时频域聚焦特性,设计时变的二维时频域滤波器,将时频域去噪方法引入到微地震监测数据的去噪处理中。利用改进S变换对微地震监测数据进行时频分析,能够更加准确地分析不同信号分量的振幅能量以及频率随时间的变化情况,实现微地震有效信号分量与噪声干扰分量的有效分离。通过合成模拟信号和实际井中微地震监测数据的试处理和对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

极低频电磁(WEM)法信号检测试验

极低频电磁方法是近几年来在我国首先发展起来的地球物理新方法,可以应用于资源、能源及深部工程地质勘查中,其特色之处是在高阻区建立近南北方向和近东西方向两个长达上百公里的人工固定发射源,发射大功率电磁信号。2015年11月底发射台建设完成后,首要任务是检测远处记录的极低频电磁信号的强度和有效性,为此,我们在距发射源960 km的华北油田任丘盆地开展了首次信号测试试验:用高精度采集站接收发射信号,然后进行分段频谱分析,获得接收信号的频率谱,通过分析接收信号频谱的强度与信噪比评价发射信号的质量和有效性。在试验正式开始之前,先用10个均匀分布的频率确定最佳发射时间长度,其他频率的发射时间长度通过内插获得,以节省发射时间。通过试验,在离发射源960 km处成功检测到了电磁场有效信号。当东西方向天线发射频率高于0.353 78 Hz和南北方向天线发射频率高于1.4151 Hz时,与发射源方向一致的电磁场分量的信噪比都大于3,认为信号可靠可测。这次试验初步认定建成的发射台能够发射有效信号,可允许在全国各地进一步实施各种检测和联调试验研究。