[發(fā)明專利]基于短時分數(shù)階傅里葉變換的地震信號時頻分解方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210299230.3
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102798891A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 錢峰;黃佳;胡光岷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于短時分數(shù)階傅里葉變換(Short?Time?Fractional?Fourier?Transform，STFrFT)的地震信號時頻分解方法。

背景技術

在地震勘探中，當?shù)卣鸩ㄔ诘叵陆橘|(zhì)中傳播時，其傳播路徑、振動強度和波形將隨所穿過介質(zhì)的彈性性質(zhì)和幾何形態(tài)發(fā)生復雜的變化。因此，地面將接收到經(jīng)不同路徑傳播的p波、s波和較大振幅的發(fā)散面波以及各種噪聲等信號成分，它們不僅到達時間不同，而且運動學和動力學特征也不同，并且經(jīng)過了多次反射、折射和透射，加之地下介質(zhì)對不同頻率成分的吸收衰減也有差異。因此，地震信號是典型的非平穩(wěn)信號，其頻譜成分及信號的各種統(tǒng)計特性隨時間發(fā)生顯著變化。在地震資料處理中，如何應用信號處理方法，檢測地震信號的振幅、頻率和相位等多種信號特征參數(shù)的不穩(wěn)定變化，對于準確地確定地下界面反射波的到達時間、獲取地震反射界面的位置、提高地震資料分辨率、精細刻畫地下的地質(zhì)構造等，具有非常重要的指導意義。

地震譜分解是指對地震道進行連續(xù)時頻分析獲得地震的頻譜(振幅譜及相位譜)。譜分解技術不僅可以提高地震資料對薄儲層的解釋預測能力,而且能從常規(guī)寬頻地震數(shù)據(jù)體中提取出更豐富的地質(zhì)信息,提高地震資料對特殊地質(zhì)體的解釋識別能力。因此,這項新的地震屬性分析技術一經(jīng)推出便引起業(yè)界廣泛關注,很快就成為地震勘探技術發(fā)展的熱點。

1947年，R.K.Potter等首次提出了一種實用的時頻表示方法-短時Fourier變換(short-time?Fourier?transform,STFT，又名time-dependent?Fourier?transform，或windowed?Fourier?transform)，并將其絕對值的平方稱為“聲音頻譜圖’，此即為后來所說的譜圖(spectrogram)。

20世紀60年代中期，Cohen發(fā)現(xiàn)眾多的時頻分布只是Wigner-Ville分布的變形，可以用統(tǒng)一的形勢表示，習慣稱之為Cohen類時頻分布。之后，Jones等提出的數(shù)據(jù)自適應最優(yōu)核時頻分布等。這類方法實際上是從提高分辨率和抑制交叉干擾項的目的出發(fā)。

1982年，小波變換線性時頻表示，其創(chuàng)造性思想是由法國地球物理學家J.Morlet提出的，后經(jīng)其他幾位法國學者的再塑造，使之成了一種基礎堅實、應用廣泛的信號分析工具。1996年，R.G.Stockwell等人在小波變換的基礎上，提出了S變換。2007年，Yanghua?Wang發(fā)表文章，“通過匹配追蹤方法的地震時頻譜分解”。地震道可以被分解成一系列子波，這里的子波是通過匹配追蹤算法和時頻信號進行匹配計算得到的，每個子波選擇的重復過程需要在大的并且冗余的時頻信號字典中進行。

2008年，陳學華等人對S變換改進后得到一種新的廣義S變換，用于分析和補償?shù)卣鹦盘柕母哳l成分，得到了精細的地震層序識別剖面。實際資料處理表明，它對砂巖油氣藏的成層特征的分析具有分辨率高和高信噪比的優(yōu)點。地震信號的廣義S變換時頻譜分解可作為地震層序識別和解釋的重要補充。

以上這些方法都有它的局限性和適應性,都受實際地震資料和地下地質(zhì)條件的制約,譜分解技術也不例外。

與本發(fā)明相關的現(xiàn)有技術包括：

時頻特征表示的任務是描述信號的頻譜含量在時間上的變化情況，研究并了解時變頻譜在數(shù)學和物理方面的概念，最終目的是建立一種分布，以便能在時間和頻率域上同時表示信號的能量或者強度，并對其進行分析和處理。時頻表示方法按照時頻聯(lián)合函數(shù)的不同分為線性表示和雙線性時頻表示兩種。基于在時間和頻率均局域化的基本函數(shù)（亦稱“時頻原子”或“原子”）分解的線性方法，包括短時傅利葉變換、小波變換等。雙線性時頻表示也稱作二次型時頻表示，主要有Cohen類時頻分布和仿射類（Affine）雙線性時頻分布，其中最著名的是Wigner-Ville分布。此類方法均在分辨率和交叉項干擾之間取得某種折衷。以下將介紹現(xiàn)有相關的時頻分解方法：短時傅里葉變換、魏格納分布。

1：短時傅里葉變換