时频分析方法及其在地震数据处理中的应用

论文摘要

本论文从线性时频分析理论出发，把短时傅立叶变换、小波变换及S变换（包括广义S变换）用于时频参数的提取，根据时频参数改善地震资料的分辨率、提高地震资料的信噪比、求取瞬时属性参数以及确定薄层的厚度变化。 本论文首先介绍了非平稳信号与时频分析的基本概念和主要数学工具，介绍了各种线性时频分析方法之间的关系和各自的优缺点。 本论文选用小波时频分析方法，使处理后的地震信号有效频带展宽，从而达到提高地震资料分辨率的目的。这种方法的特点在于结合小波多尺度与谱均衡的优点，使小波变换与谱均衡相结合，对不同尺度的分解结果进行谱均衡处理，以达到提高分辨率的目的。最后通过对理论数据和不同地区的野外实际数据处理的效果分析，可以看出，此方法可以使地震资料的有效频带宽度增加。分辨率提高了1-2倍，说明小波谱均衡方法在提高地震资料的分辨率方面是有效可靠的。 在深入分析各种线性时频分析方法特点的基础上，本文提出广义高斯S变换时频滤波。利用广义高斯S变换方法计算每一道数据的时频分析剖面，结合一维频谱分析、F-K分析等方法，在时频剖面上确定时频滤波因子，再利用广义S反变换得到滤波后的地震剖面。通过对实际资料处理，证明本方法在去除井筒波、面波等干扰波方面非常有效。和一维滤波相比，广义S变换时频滤波方法可以消除频率与有效波频率接近的井筒波等干扰波：和F-K滤波相比，广义S变换时频滤波方法可以消除视速度与有效波视速度接近的干扰波。另外，广义S变换的实现既可以在时间域完成，又可以在频率域实现。为了节省运算时间，本论文按照频率域的算法实现。 由于实际资料的频率变化比较复杂，瞬时参数中携带有地下构造和岩性的信息，准确提取瞬时参数具有非常重要的意义。针对同一时刻可能包含有多种频率成分的特点，采用线性时频分析方法来获取瞬时频率参数的大小。本文提出利用线性时频分析方法与非线性时频分析方法相结合来确定信号的瞬时频率，克服了Hilbert变换等方法只能处理不同时刻频率为单一值的不足。 在确定薄层的厚度变化等方面，从薄层谱的理论特征出发，根据薄层的厚度随频谱的变化特征，找出规律。利用薄层反射波在频率域可以指示薄层的厚度变化的性质，本论文

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序言
• 1.1 时频分析概述
• 1.2 时频分析的国内外研究情况
• 1.3 本研究课题的主要目的及内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 时频分析
• 2.1 傅立叶变换
• 2.2 短时傅立叶变换
• 2.3 小波变换
• 2.4 S变换与广义S变换
• 2.5 Wigner-Villa分布
• 2.6 利用各种变换对信号处理后的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 小波变换与S变换在实际数据处理中的应用
• 3.1 利用小波变换提高地震资料的分辨率的原理
• 3.2 利用广义S变换进行时频滤波的原理及过程
• 3.3 小波变换应用效果分析
• 3.4 广义S变换时频滤波效果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 属性参数的提取
• 4.1 利用道积分方法求取波阻抗参数
• 4.2 瞬时属性参数的提取
• 4.3 线性时频方法与非线性时频方法结合提取瞬时频率
• 4.4 本章小结
• 第五章 薄层时频分析
• 5.1 薄层谱特征
• 5.2 影响簿层地震波特征的因素及模型试算
• 5.3 沉积旋回的时频特征
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文的主要贡献
• 6.2 存在的问题及进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士期间已发表的论文