信号高阶谱分析及在地震勘探中的应用研究

论文摘要

采用合理有效的方法从地震数据中准确提取出地震子波是地震勘探领域的重要任务，它是地震资料反褶积处理、偏移、特征提取、地球物理解释的基础工作。在现代信号处理中，信号高阶谱的分析方法应用于地震子波的提取，不仅将地震信号的分析由传统的二阶推向了高阶，弥补了二阶统计量方法造成相位信息丢失的不足，使真实的子波从高阶统计量中得到准确有效的恢复，从而提高了地震资料的分辨率；高阶谱分析方法能够有效的抑制实际地震记录中的色噪声，使得有效波更为突出，这是常规的二阶统计量估计方法所无法比拟的。本文基于高阶统计量的分析方法较为透彻的研究和分析了其在地震子波提取中的具体演算过程。文中首先介绍了信号高阶谱及其在地震勘探领域的研究背景、意义和研究现状并提出了一套基于三阶谱子波估计的研究思路，接下来详细研究和分析了高阶统计量的基本理论和特征，结合时延估计在地震勘探中的重要作用，通过算例验证了几种不同的时延估计方法，包括高阶谱时延估计方法，针对地震子波的形成原理和理论模型讨论了几种常用的子波提取方法，由现有子波提取方法存在的弊端引出了一种双谱子波提取方法，并对此方法展开了详细分析，最后通过仿真验证了高阶谱方法尤其是双谱和三谱法在地震子波提取中的可行性，从提取结果可以看出高阶谱方法提取地震子波不需要对子波的相位作任何假设，也不需要对信号的噪声进行某种假设，是一种客观的估计子波的方法。文中把现代信号的高阶谱分析运用到地震子波的提取，合理的运用了高阶谱既含有振幅信息，又含有相位信息这一特征，直接从地震记录的高阶谱中恢复出子波的振幅谱和相位谱，进而重构子波。本文所取得的成果在于分别使用了BMU与BLW算法对不同相位的子波进行了相位恢复。通过对BMU算法进行改进，解决了相位值跃变的问题，使波形尾部邻近点的相位值线性相关，并解决了BMU算法存在的相位模糊的问题，使地震子波得以精确恢复；通过采用传统的自相关方法和高阶谱方法对比分析，充分显示了高阶谱方法的优越性。理论模型的结果表明：高阶谱方法估计子波具有稳定性高、抗噪能力强等优点。从文中的研究，充分展示了高阶谱作为一种数学工具在提高地震阶资料的分辨率的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 高阶统计量的研究现状
• 1.2.2 子波估计的研究现状
• 1.2.3 时间延迟估计的研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文所取得的成果
• 1.5 本文结构
• 第2章 高阶统计分析理论
• 2.1 高阶统计量的定义与性质
• 2.1.1 高阶矩与高阶累积量的定义
• 2.1.2 高阶谱的定义及性质
• 2.1.3 高阶累积量的性质
• 2.2 高斯信号的高阶矩和高阶累积量
• 第3章 高阶统计量时延估计
• 3.1 相关时延估计方法
• 3.1.1 时延估计的互相关估计法
• 3.1.2 时延估计的广义相关估计算法
• 3.2 高阶统计量频域时延估计方法
• 3.3 双谱进行时延估计的应用
• 第4章 地震子波基本理论
• 4.1 地震子波形成原理
• 4.2 地震子波的数学模型
• 4.3 常用地震子波提取方法
• 4.3.1 直接法
• 4.3.2 自相关法
• 4.3.3 利用测井资料求取子波法
• 4.3.4 对数分解法
• 第5章 双谱提取地震子波
• 5.1 双谱法提取子波过程
• 5.2 地震记录的双谱计算
• 5.3 子波振幅谱恢复算法
• 5.4 子波相位谱恢复算法
• 5.4.1 Brillinger 算法
• 5.4.2 Lii-Rosenblatt 算法
• 5.4.3 Bartelt-Lohman-Wirnitzer 算法
• 5.4.4 Matsuoka-Ulrych 算法
• 5.4.5 论文采用的相位恢复算法
• 5.5 子波重构
• 第6章 高阶谱子波提取算例
• 6.1 理论模型选取
• 6.2 地震记录合成
• 6.3 双谱计算
• 6.4 子波恢复
• 6.5 传统方法与双谱法对比
• 6.5.1 最小相位子波恢复
• 6.5.2 混合相位子波恢复
• 6.6 三谱子波估计
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果