广义S 变换窗函数的分析和改进

地震信号是一种非线性、非平稳的信号,用时频分析技术处理地震信号,可以最大化地保留原始信息,也可以较为精确地分析数据时间和频率特征。现阶段应用于地震数据处理方面的时频分析方法有很多种,该文在对S变换和广义S变换方法进行对比分析的基础上,对广义S变换的窗函数进行了详细分析研究,结果表明窗函数的控制参数可以简化。文中给出了实际资料的计算结果,简化后的变换方法其效果与广义S变换一致。 更多还原     

广义S变换地震高分辨率处理方法研究

广义S变换能根据实际地震信号的频率分布特点和时频分析的侧重点灵活地调节窗函数随频率的变化趋势,加快或减慢窗时宽随频率的变化速度,使窗函数的振幅呈现多种非线性变化特征,更好地适应具体信号的分析和处理。在广义S变换实现时引入窗函数库、弦函数库、快速傅里叶反变换,使运算简洁、易行、高效,通过选取合适的参数组合,对得到的时频谱进行能量重新分配、重构,得到高分辨率地震信号。理论模型和实际资料处理结果表明,该方法能够有效增强地震信号时域和频域的分辨率,使地震剖面的构造特征和岩性特征更为清晰。     

改进型W变换方法及其应用

低频信息是地震勘探和储层表征的重要依据。由于传统时频分析方法难以描述低频区域的时频特征，因而严重影响了储层表征的精度。W变换方法通过构建包含时变主频的窗函数，可以清晰地刻画低频区域的时频分布，但是，面对高时间分辨率的储层表征需求，单参数控制的W变换不能很好地调整时频分辨率。为此，提出了改进型W变换(MWT)的时频分析方法，可以更为灵活地调整时频分辨率。首先，设计了一个新的斜率参数，结合原有尺度因子，得到包含双参数组合的窗函数。接着，替换原W变换的窗函数获得时间域的改进方法，并将改进型W变换由时间域转换到频率域，实现简单、高效时频变换。与W变换的比较表明，改进型W变换方法利用斜率参数和尺度因子可以更加精细地控制时频分辨率。单子波和子波组合的合成记录实验证明了该方法可以灵活地调整时频分辨率。实际工区数据应用结果表明，改进型W变换方法通过选取合适的参数集，可以在油井储层区域对应出现较为明显的低频异常现象，可以更好地用于储层表征。     

基于广义S变换的地震资料谱分解技术研究

谱分解技术一般采用短时Fourier变换和连续小波变换。短时Fourier变换的分析时窗是恒定的,不随频率的变化而自动调节,连续小波变换的尺度与频率的关系并不确定。广义S变换具有优良的时频聚集性和时频分辨率,它综合了短时Fourier变换和连续小波变换的一些优点,而克服了它们的不足,同时通过调节时窗宽度因子可以获得更好的时频分辨率。研究将其应用于地震资料的谱分解中,给出了基于广义S变换的谱分解业务流程,并对实际地震资料进行了分析。结果表明该方法是可行的。     

基于S变换的地震相分析技术

为全面准确地描述地震相特征，在地震相分析中引入了时频分析技术，如短时窗傅里叶变换、Cabor变换、小波变换等。之后发展起来的S变换时频分析方法综合了短时窗傅里叶变换和小波变换的优点，具有线性化、无损可逆性以及高时频分辨率等特性。阐述了S变换的基本理论，并利用S变换对理想的地震序列模型以及实际地震资料进行了地震相分析。通过对地震相特征的连续性以及振幅和频率变化特征的分析发现，对于规模较小的地震相体，在时间剖面上很难识别其层序内的地震相特征（特别是频率）随旅行时的变化情况，但在S变换的时频域内可以被清楚地体现出来。因此，在进行沉积环境识别时，可以利用S变换来提供有效地震信息。     

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。     

基于连续小波变换的时频域地震波能量衰减补偿

为提高地震资料的分辨率,对地层吸收衰减进行补偿是地震资料处理的一项重要内容。大地滤波算子是时间、频率和品质因子的函数,因此也可以在时频域内进行衰减补偿。相对于固定时窗的短时傅里叶变换(STFT)和Gabor变换,小波变换对于处理非平稳地震信号具有更好的局部时频分析能力。利用基于一维连续小波变换的时频分析方法(time-frequency continuous wavelet transform,TFCWT)和基于Kolsky衰减模型的大地滤波算子,在时频域内实现了地震波能量的衰减补偿。理论模型和实际资料试算结果表明,相较于小波域(时间-尺度域)内的衰减补偿方法,基于一维连续小波变换的时频域地震波能量补偿方法能够更好地补偿深层衰减地震信号,提高地震资料的分辨率。     

基于广义S变换的吸收衰减补偿方法

探讨了利用广义S变换代替短时Fourier变换或连续小波变换，进行吸收衰减补偿的方法。对短时Fourier变换、连续小波变换、S变换和广义S变换进行了分析和比较，给出了基于广义S变换的吸收衰减补偿方法。该方法的实现步骤是：①用广义s变换对高信噪比的叠加地震信号逐道进行时频分析；②在每个时间点，根据地层吸收特点提取各个频率的能量吸收衰减因子；③用加权方法对每个时间所对应的各个频率的广义S变换系数进行补偿，使各个频率在不同时间的能量相同；④将所有时间各个频率加权补偿的结果重构回地震记录，实现对地层吸收的补偿。模拟结果表明，广义S变换时频分析方法能够提高信号时频分布的分辨率。对实际二维地震数据的试算结果表明，基于广义S变换的吸收衰减补偿方法能较好地对地层吸收进行补偿，提高地震资料的分辨率，改善地震资料的品质。     

基于Lucy-Richardson算法和广义S变换的Q值提取

品质因子Q能够定量衡量地震波的衰减。当地层厚度较薄时,常规的时频分析方法很难满足Q值估计的精度要求,其稳定性差。为此,将Lucy-Richardson算法与广义S变换相结合,推导出了新的谱比法品质因子估算公式。该方法引入高斯窗函数的尺度调节因子λ和p调节时窗函数的宽度和幅值,将广义S时频谱与高斯窗的Wigner-Ville分布代入Lucy-Richardson算法中,再利用对数谱比值与一个新定义的参数γ进行拟合,得到Q值。利用复杂模拟信号验证了Lucy-Richardson算法-广义S变换的分辨率及聚集性,然后利用粘弹性层状模型进一步验证了该方法提取Q值的准确性。实际地震资料的应用结果表明,基于Lucy-Richardson算法-广义S变换提取的Q值能准确区分含油气区域和围岩,与井资料吻合良好。     

基于可调因子Gabor小波变换的地震高分辨处理方法

时频分析是利用地震资料识别薄层的重要方法之一,常规的时频分析方法受到固定时窗、窗函数等因素影响。为此,采用一种基于可调因子Gabor小波(Tunable Factor Gabor Wavelet, TFGW)的连续小波变换(Continuous Wavelet Transform, CWT)(简称TFGW-CWT)的时频分析方法对地震资料进行处理。该方法采用具有可调因子的Gabor小波进行变换,然后使用最小绝对值投影方法组合每个可调因子的连续小波系数,降低邻近频率的交叉干扰,提高局部时频分辨率。进一步采用非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization, NMF)对时频数据体降维,得到一个低秩的特征数据结构关系体,减少了高维空间的数据冗余,凸显了高频信息,达到提高地震资料分辨率的目的。模拟记录和实际资料处理结果证实了该方法的有效性,可为薄层检测提供一种新的技术手段。     

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。     

基于广义S变换的吸收衰减分析技术在油气识别中的应用

广义S变换克服了小波基函数变化趋势固定不变的缺陷,具有较好的时频分析效果和较高的灵活性。将广义S变换引入到地震波吸收衰减分析中,应用最小二乘谱模拟方法消除地层反射系数对子波振幅谱的影响,突出含油气储层在地震记录上的响应;引入“低频增加、高频衰减”(LFR&HFA)面积差值法使得含油气储层的影响占主导地位,提高了油气识别的准确性。物理模型和实际地震资料的应用验证了上述方法的可行性;应用上述方法对实际地震资料进行油气识别,取得的结果与实际钻井结果吻合,证明了上述方法的实用性。     

小波变换用于地震测井信号的多分辨率分析

本文讨论了短时窗傅里叶变换时频分辨率的缺点，介绍了小波变换的基本概念及多分辨率分析方法，然后和小波变换的多分辨率特性对地震和测井信号进行了时频分析和处理，实验结果表明，小波变换的多分率分析对于分析处理具有时变谱特性的非平稳信号是一种新的有效方法。     

时频域谱模拟反褶积方法研究

由于地层的吸收衰减作用,地震波在传播过程中不断衰减,振幅谱有效频带变窄,降低了地震剖面的分辨率。 经窗函数能量归一化后的广义 S 变换能在保持时间分辨率不降低的前提下,提高频率域的分辨率。将改进广义 S 变换与谱模拟反褶积方法相结合,克服了傅里叶变换中复杂的时窗大小问题,能更好地适应地震信号是平稳信号的假设条件。 通过模型试算和实际地震资料处理,有效地提高了地震资料的分辨率,以及薄储层的识别和精细储层的描述能力,验证了该方法的可行性。     

基于广义S变换地震高分辨率处理方法的改进及在流花11-1油田的应用

相比较早的小波变换和傅氏变换,广义S变换具有更好的时频局部性,但也存在低频信息易损失、弱反射层易丢失等问题.对基于广义S变换的地震高分辨率处理方法进行了改进,提出了新的处理思路.这种基于广义S变换的高分辨率处理技术,在提取并补偿高频信号的同时,也对低频信号进行了有效的保持.该项技术在流花11-1油田取得了良好的应用效果.     

基于广义S变换的吸收衰减梯度检测

利用时频分析可以对地震波进行时频分解,进而获得地震波高频段吸收衰减梯度,用于油气检测。然而当地震记录中高频干扰较强时,高频段时频谱的吸收衰减梯度并不能很好反映真实的吸收衰减情况。本文提出利用目前时频分辨能力较高的广义S变换求取地震波低频段时频谱的衰减梯度,并与高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:基于广义S变换的低频吸收衰减梯度可以与高频吸收衰减梯度相互佐证,更可靠地指示油气的存在。     

煤系地层地震强反射剥离方法研究及低频伴影分析

煤系地层具有低速、低密度的特点,导致地震剖面上出现强反射同相轴,淹没煤层上、下含油气目的层反射信息,低频伴影现象也被掩盖,无法利用此现象直接进行油气检测。文中提出层位及子波约束匹配追踪的煤层强反射剥离方法,可以高效地剥离三维数据体中的煤层强反射,并利用广义S变换时窗可变的特性,在两个调整参数控制下根据频率分布特点灵活调整窗函数,对地震道进行时频分析,比较煤层强反射剥离前、后的时频特性。模型测试和实际资料处理表明,用文中方法剥离强反射后,在储层下方发现明显的伴影异常,应用效果良好。