变分模态分解与包络导数算子结合的时频分析方法及溶洞储层预测

深层缝洞型碳酸盐岩储层空间分布散乱且内部结构差异大,利用希尔伯特—黄变换、集合经验模态分解、完备集合经验模态分解等时频分析方法描述储层时存在模态混叠、端点效应等问题。为此,提出了一种联合变分模态分解（VMD）与包络导数能量算子（EDO）的高精度时频分析方法（VMD-EDO）。VMD能够将地震信号自适应、非递归地分解为一系列具有带限性质的固有模态函数（IMF）,在选取包含各频段有效信息IMF的基础上,引入具有良好非负特性与抗噪能力的EDO能量算子,代替希尔伯特变换计算各IMF信号的瞬时振幅与瞬时频率,最终获取的时频分布能够追踪地震信号的能量变化,从而预测缝洞型储层。实际资料应用结果表明,与经典时频分析方法相比,基于VMD-EDO的时频分析方法具有更高的时频分辨率,能有效识别隐藏在宽频地震数据中的能量异常。结合含油气储层“低频能量加强、高频能量衰减”的特点,基于VMD-EDO的时频分析方法具备良好的油气检测能力。     

基于EEMD的高分辨率层序地层划分方法

划分不同级次的层序界面以及识别其内部的沉积旋回类型是层序地层分析的重要基础。测井信号是不同周期的地层旋回信息的叠合,通过时频分析方法可将测井数据内隐藏的地层旋回性信息拓展到不同的频带内,进而进行不同级次层序界面的划分以及旋回类型的判别。利用总体经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法对测井数据进行分解,得到不同频带的本征模态分量,结合Hilbert变换获取各分量的频率特征。最后根据各分量的周期性波动和频率变化特征与不同沉积旋回类型以及各级层序界面之间的对应关系划分地层层序。在东营凹陷沙三段的应用中表明,该方法适用于短期、中期、长期基准面旋回的划分,为高分辨率层序地层划分提供了新思路。     

S变换在高分辨率层序地层学中的应用分析

高分辨率地层对比的关键是识别地层记录的能够代表多级次基准面旋回的多级次的地层旋回。在勘探初期阶段只有地震资料的情况下,时频分析方法能识别较低级次地层层序。S变换在众多时频分析方法中具有的良好的时频聚集性．能提供高质量的时频谱信息,改善地层结构的可视化。利用时频属性特l征,可以较准确地分辨出较低级次的层序细节,判别多级基准面,提高对低级次层序单元的识别精度。基于高分辨率层序地层学的原理,对某地震道进行S变换,分析时频特征、展布规律与组合形式,划分出了2个中期旋回,5个短期旋回,11个超短期旋回。与已知地质情况相符,验证了S变换时频分析划分地层层序的可行性。     

基于CEEMDAN的地震信号高分辨率时频分析方法

希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)作为一种时频分析方法,在含有间断信号的信号中或存在噪声干扰的信号中进行经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)时会产生模态混叠效应,为得到更准确的原始信号分析结果,精确重构原始信号,以自适应噪声的总体集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition of adaptive noise,CEEMDAN)代替EMD并与希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)相结合,构建了一种适应于非线性非平稳信号的高分辨率时频分析方法。采用该方法对模拟信号和实际资料进行了时频分析处理,并与传统的时频分析方法的处理结果进行了对比分析,结果表明基于CEEMDAN的时频分析方法在保证重构信号准确性和稳定性的前提下,可精确地重构原始信号,并获得精确的频谱,从而具有更高的时间和频率分辨率,它既是一种地震资料精细解释的有力工具,也为后续的含油气检测提供了有力的支撑。     

时频域变分模态分解地震资料去噪方法

强噪声干扰、信噪比过低是造成深层地震资料成像不佳的主要因素。为此,提出在时频域内将变分模态分解算法应用于分频地震资料的噪声压制处理的新思路。首先,通过希尔伯特-黄变换（HHT）构建地震数据的解析信号,将地震数据转换到时频域,在时频域进行分频变分模态分解;随后,分析有效信号与噪声在时频切片上的能量分布,在此基础上优选出有效信号模态分量重构时频切片;最后反变换回时空域,达到噪声压制的目的。应用模型数据分析了关键参数对去噪效果的影响;实际资料的应用结果表明该算法可有效压制较强的随机背景噪声,同时对陡倾角的线性干扰也有明显的压制作用。     

鄂尔多斯盆地延安地区本溪组—石盒子组高精度层序地层格架研究

前人对鄂尔多斯盆地上古生界沉积体系和层序地层的认识存在着不同的观点。为消除人工划分地层层序的多解性和不确定性,提高旋回划分、地层对比的精度和准确度,在高分辨率层序地层学理论的指导下,运用地震时频和测井小波分析方法,对位于该盆地东南部延安地区的上古生界本溪组—石盒子组层序地层进行了识别。综合分析野外露头、不同地震频率及单井时频等资料后认为,等时地震反射同相轴具有非频变的特征,共识别出5个等时地震界面。采用不同频率的0°相位Ricker子波与反射系数褶积,建立起合成地震响应正演模型,其中30~50 Hz主频的地震数据能很好地反映长期层序基准面旋回。对测井曲线demy小波进行分析,结合岩心、露头界面及地震等时界面等分析资料,识别出层序地层长期、中期和短期基准面旋回。研究结果表明,该区本溪组—石盒子组可以划分为5个长期基准面旋回、12个中期基准面旋回和22个短期基准面旋回。进而以地震层序框架为约束,开展了井间层序对比分析,建立了等时层序地层格架,为确定该区下一步的油气勘探目标和方向提供了依据。     

基于希尔伯特-黄变换的地震信号时频谱分析

希尔伯特-黄变换（Hilbert—Huang Transform,HHT）是分析非线性、非稳定信号的一种新方法,能清晰地刻画地震信号的时频能量分布。首先将信号分解为有限数量的固有模态函数IMF,再对这些IMF求解瞬时频率,进而获得信号的时频谱。应用理论模型和实际地震道数据进行了试算,并与S变换谱进行了对比,证明该方法比S变换具有更好的时频域刻画能力。对实际二维地震剖面做HHT变换求得希尔伯特谱,提取分频剖面分析认为,HHT瞬时谱具有一定的油气检测能力。     

Hilbert-Huang变换在油气检测和工程物探中的应用

希尔伯特-黄变换一种是针对非线性、非平稳信号的时频分析方法,该方法将信号分解为有限数量的固有模态函数,能清晰刻画信号的时频能量分布。研究将此方法应用于地震信号和浅层工程物探信号,分别做希尔伯特-黄变换,从而得到振幅-频率-时间的三维谱分布,进而提取信号的频率-能量切片和频率-相位切片,验证了希尔伯特-黄变换的时频域刻画能力,并得到了相应的结论。     

地震数据的Hilbert-Huang变换与瞬时属性提取

常规Hilbert-Huang变换法中固有模态函数分量包含太宽的频率范围,且在低频区域会产生错误的频谱特征,不能分离出低能量信号成分,为克服常规方法存在的问题,须将小波分解法与Hilbert-Huang变换法相结合。首先利用小波分解方法将地震数据分解成窄带信号,然后进行经验模态分解,基于小波分解的Hilbert-Huang变换方法充分发挥两种时频分析方法的优势,有利于提高时频分析和瞬时属性提取的精度。将改进的HilbertHuang变换方法应用到模拟信号和实际地震数据处理中,时频分析和地震属性提取结果表明,二维时频谱具有较好的时频分辨率,瞬时地震属性具有明确的物理意义,在断层预测和储层精细描述中具有较高的应用价值。     

基于地震道时频分析的地层结构解析原理和方法

 地震时频分析是通过对地震信号采用多种数学变换，实现从时频域角度对信号的局部特征进行分解，剖析信号细微特征所对应的地层结构。在应用地震时频分析技术过程中，人们对于这项技术能否真正有效地解决实际地质问题存在许多争论。本文从时频原理综合分析的角度出发，对地震道时频谱中各种频率特性参数和时频旋回直接转化成对地层结构逐级、分步的解析方法进行了较深入的探讨。研究认为时频分析原理不仅是对地震数据进行特殊数学变换，实现对信号的分解，而且充分利用了地层厚度的调谐效应及岩性调谐效应；时频谱与地质结构特征之间的良好响应关系为地震地质精细解释提供了直观的依据。     

利用Hilbert-Huang变换提取地震信号瞬时参数

 通过Hilbert变换求取的信号瞬时参数并非对任何信号都有物理意义，此法通常要求被分析信号是窄带或平稳的，而且对噪声很敏感。而实际地震信号既非平稳又含有噪声，若在实际应用中不加考虑地对地震信号进行Hilbert变换以求取瞬时参数，这种情况下求取的瞬时参数将缺乏物理意义甚至失真。Hilbert-Huang变换是一种新的分析非平稳非线性信号的方法，它先将信号进行经验模态分解（EMD），形成有限个固有模态函数（IMF）之和，再对固有模态函数作Hilbert变换求取时频谱，求取的时频谱在时域和频域都具有较高的分辨率。本文将Hilbert-Huang变换应用于地震瞬时参数的提取，实例表明，对地震剖面做EMD可以得到不同时间尺度上的特征，Hilbert谱比传统的时频谱在时间和频率域上的分辨率都要高，强反射层在第1阶IMF瞬时频率剖面上比原瞬时频率剖面上表现得更为明显。     

利用地震资料时频特征分析沉积旋回

地震资料中蕴含了丰富的地下沉积体信息,采用小波变换时频分析技术可以使一维的时间域地震波信号拓展到二维的时间-频率域,从而在频谱图中更清楚地刻画沉积体内部的旋回结构特征。通过建立不同类型的沉积模型,分析了进积、退积、加积沉积环境下,沉积体对应地震信号时频图中的变化规律。实际资料验证表明,时频图中能量团移动方向与岩石物性变化趋势一致。该方法为无钻井地区分析沉积旋回特征提供了一种新的思路和途径。     

应用组稀疏正则化反演的高分辨率自适应Gabor时频分析方法

地震信号频率成分随时间的变化规律(时频特性)对油气检测具有重要意义,且Gabor变换作为最简便的时频分析技术在地震资料解释中得到了广泛应用。然而常规Gabor变换所得时频谱的时间分辨率低,相邻反射子波频谱信息混叠严重,不利于开展高分辨率地震资料解释。为了提高Gabor时频谱的时间分辨率,首先基于Gabor反变换的定义将Gabor时频谱的计算归结为求解反演问题; 然后以相同时刻频谱分入同一组的策略加入组稀疏正则化约束项; 最终利用投影快速软阈值迭代算法实现上述目标函数求解并获得Gabor时频谱。同时,还给出一种利用地震信号瞬时质心频率自适应地构造Gabor时频分析所需高斯窗函数的方法。理论信号实验及实际数据应用表明,该方法可在时间方向上对Gabor时频谱的能量团进行显著压缩,低频端和高频端的时间分辨率获得同步提高,进而在低频和高频剖面上同时清晰揭示薄储层顶、底界面,便于精细对比解释。     

利用改进希尔伯特—黄变换进行地震资料时频分析

为了克服常规希尔伯特—黄变换(HHT)的缺陷,消除常规经验模态分解(EMD)产生的本征模态函数分量(IMF)中混叠的振荡模式,本文运用改进HHT,即通过引进小波包变换,首先将信号分解成-系列窄带信号,然后对这些窄带信号进行EMD获得-些IMF分量,再根据相关系数法,保留需要的IMF分量,去除虚假的IMF分量,最后进行HHT求取瞬时频率,得到改进HHT谱。改进HHT摆脱了小波变换中的海森堡测不准原理的限制,以及常规HHT模态混叠对分析的干扰。虽然改进HHT谱高频成分存在跳跃现象,但都围绕在真实频率值周围,并且较小波时频图的频带窄很多,能够反映信号的真实频率特性。数值模拟与实际地震记录处理结果证明了改进HHT的可行性。     

联合时频分布及其属性的应用

针对地震信号是非平稳信号，本文讨论了非平稳信号理论中的联合时频分布方法及其时频属性。联合时频分布方法把整体频谱推广到局部频率，根据频率随着时间的变化情况，对信号进行有效的分析。由联合时频分布提取的地震属性(平均频率、瞬时带宽、扭度、峰态)可以突破传统的瞬时属性的局限，有效地指示地质层位的变化，可以作为较好的属性应用于地震资料解释中。     

利用时频域极化滤波压制地震面波

把时频分析方法和自适应协方差矩阵方法结合起来,提出了一种压制地震面波的时频域极化滤波方法。该方法在广义S变换时频方法的基础上,构建时频域自适应协方差矩阵,通过特征分析计算时频域瞬时极化参数,设计极化滤波器,实现多分量地震面波压制。其优势在于可以根据信号的瞬时频率将协方差矩阵的分析时窗长度自适应地选择为每个时频点处的波的优势周期,在每个时频点估计特征参数,无须进行插值。模型数据及实际三分量地震数据处理结果表明,该极化滤波方法在压制地震面波方面具有较高的分辨率。     

地震信号线性与非线性时频分析方法对比

基于模拟信号与实际数据，系统分析了地震勘探领域目前流行的多种类时频分析方法的时频分辨率、计算效率和抗噪性能。模拟信号分析表明：线性方法的时频聚集性普遍较低，但计算效率很高，且不受交叉项干扰，其中连续小波变换法抗噪性较强；非线性方法时频聚集性较高，但计算效率普遍低于线性方法，抗噪性能方面平滑伪Wigner-Ville分布法和广义线性调频小波变换法相对稳健。因此，低信噪比情况下宜采用线性方法，信噪比较高时非线性方法时频分辨率更高，可识别薄层，亦有助于揭示地质体空间展布等潜在信息。实际地震资料的短时Fourier变换、连续小波变换、平滑伪Wigner-Ville分布和广义线性调频小波变换法处理结果表明：与线性方法相比，稳健的非线性时频方法可以更细致地刻画储层顶、底反射界面和沉积相带展布等特征。     

Hilbert-Huang 变换在阵列声波测井信号时频分析中的应用

阵列声波信号是典型的非线性、非平稳信号,Hilbert-Huang 变换是一种分析非平稳信号的新方法。该方法是对信号进行经验模态分解,将复杂的信号分解为有限数量的几个固有模态函数（IMF）,从而得到信号的Hilbert 时频谱。将该方法应用于阵列声波测井信号处理上,对声波测井信号进行经验模态分解并得到各阶IMF,对IMF 分量作平滑伪Wigner-Ville 时频分布,通过分析得到干层与水层之间的差异。实践证明了该方法的有效性。