分数域时频分析方法及其在非平稳信号处理中的应用研究

论文摘要

近年来随着我国油气资源勘探的不断深入,目标区域的复杂性和隐蔽性对储层预测技术提出了更高的要求。判别储层有无及发育程度的同时,有效储层的识别成为储层预测中的重要环节,储层岩性、流体识别已经成为油气资源勘探中新的挑战。如何通过地震资料直接进行储层流体识别,已成为地震储层预测技术的主流发展方向及勘探地球物理领域的研究热点。地震信号作为一种典型的非平稳信号,在穿越油气层时其高频成分会发生显著的衰减,这为我们利用地震信号的高频衰减特性进行油气预测提供了思路。本文将分数域时频分析技术引入到地震信号的分析与处理中,在获得信号的高分辨率时频分布的基础上提取能够反映信号高频衰减特性的流体属性因子,以期达到提高储层预测精度的目的。本文的主要研究内容如下:（1）对比传统傅立叶变换,研究了分数阶傅立叶变换（FrFT）的基本理论以及数值计算方法,并对其进行仿真和分析;（2）在FrFT的基础上,进一步研究分数阶Gabor变换（FrGT）、分数阶Wigner-ville分布（FrWD）理论,并对其进行了数值仿真与分析;（3）分数域时频分析中的最优阶问题是分数域时频分析方法中必须解决的关键问题之一,本文将从广义时频带宽积出发,来研究如何获取分数域时频分析方法中的最优阶;（4）首次将分数域时频分析方法引入到地震信号的属性分析与储层流体识别中,研究了分数域流体属性因子的提取与分析方法,并在实际应用中取得了良好的效果。（5）利用C及C++语言实现了核心算法,并研制了基于Windows系统、VC++开发环境下的分数域频谱成像及储层流体识别软件模块。对实际地震记录处理的结果中表明,本文提出的思路和方法是可行的,分数域时频分析技术为地震资料的处理和解释开辟了一条新的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 分数域时频分析理论概述
• 1.3 分数域时频分析在非平稳信号处理中的研究现状
• 1.4 地震资料储层流体识别技术研究现状及发展趋势
• 1.5 本论文主要工作和创新点
• 1.5.1 本文的主要研究工作
• 1.5.2 本文的主要创新点
• 第二章 FrFT 理论基础
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 非平稳信号
• 2.1.2 信号的时频分辨率
• 2.1.3 信号的测不准原理
• 2.2 FrFT 的原理
• 2.3 FrFT 的性质
• 2.4 FrFT 数值计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 分数域时频分析方法及主要理论
• 3.1 FrGT 理论
• 3.1.1 经典GT
• 3.1.2 FrGT 的原理
• 3.1.3 FrGT 的性质
• 3.2 FrWD 理论
• 3.2.1 经典WVD
• 3.2.2 FrWD 的原理
• 3.2.3 FrWD 的性质
• 3.3 分数域时频分析中的最优阶问题
• 3.4 FrGT 数值仿真
• 3.5 FrWD 数值仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 分数域地震属性分析与流体属性因子提取
• 4.1 地震波衰减概述
• 4.2 地震波的能量衰减机理
• 4.2.1 Biot 模型
• 4.2.2 Kelvin-Voigt 模型
• 4.2.3 Futterman 模型
• 4.3 分数域流体属性因子的提取
• 4.3.1 分数域谱分解及单频属性
• 4.3.2 分数域能量衰减梯度
• 4.3.3 分数域局部频域特征
• 4.4 本章小结
• 第五章 分数域时频分析在储层流体识别中的应用与分析
• 5.1 应用模块开发中的关键接口设计
• 5.1.1 变换阶次相关接口设计
• 5.1.2 属性提取接口设计
• 5.1.3 单频属性参数设置接口设计
• 5.2 FrGT 域流体属性因子分析
• 5.2.1 分数谱分解应用效果与分析
• 5.2.2 分数域能量衰减梯度应用效果与分析
• 5.2.3 局部频域特征的应用效果与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果