基于Synchrosqueezing變換的地震資料時頻分析和衰減估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地球物理勘探中的信號處理領域，設及地震資料的時頻分析和地震衰 減估計，具體設及一種基于Sync虹osqueezing變換的地震資料時頻分析和衰減估計方法。
【背景技術】
[0002] 地震信號是復雜的非平穩信號，時頻分析可W用來描述地震信號隨時間的變化規 律，刻畫地震信號的局部特征，從而反映該些特征所對應的地質結構和儲層信息。因此，時 頻分析是地震資料處理與解釋的重要手段。隨著近代信號處理理論的發展，涌現出大量的 時頻分析工具和時頻分析方法，其中很多也被應用在地震信號分析中。
[0003] 地震波經過含氣儲層后，高頻成分衰減迅速，造成地震波在該區域的局部主頻降 低，該種異常可W用來指示碳氨儲層的分布。然而，該異常在原始地震資料上并不明顯，卻 可W在頻率分解的剖面上得到增強。因此，不同的時頻分析工具被用來檢測該種異常。在 該一過程中，時頻分析工具的時間-頻率分辨率就成為該問題的關鍵。
[0004]Fourier變換作為經典的譜分析工具，在地震信號處理的很多方面得到應用， 比如；頻譜分析，噪聲壓制等，它也是目前地球物理軟件中的必備模塊。將整道數據進行 Fourier變換W后，可W得到數據的頻譜分布，但是無法反映出頻率的局域化特征，即無法 刻畫頻率隨時間的變化，而該恰恰是地震信號的一個重要特征。因此，大量的時間-頻率 域聯合分析工具被用在地震信號分析中，時間域上的地震信號經過變換W后被展開到時 間-頻率域，得到的時頻圖反映了頻率成分隨著時間變化的情況。
[0005] 加窗傅里葉變換（WFT)用移動的窗函數截取信號，然后對每個時間窗里面的信號 做化urier變換，得到信號的時間-頻率分布。Partyka等人將加窗傅里葉變換用于墨西 哥灣某區塊=維地震數據體的譜分解，確定薄層的位置和厚度，刻畫地質體的不連續性。 Ma;rfud和Kirlin用加窗傅里葉變換分析薄層調諧效應。
[0006] 加窗傅里葉變換中窗函數的選擇是時間分辨率和頻率分辨率的折中，一旦窗函數 選定，時頻圖的時間分辨率和頻率分辨率也隨之確定。作為典型的非平穩信號，地震信號 的頻率隨著時間不斷變化，需要進行多尺度分析，即用較寬的窗分析信號的緩變成分，用較 窄的窗分析信號的突變成分，加窗傅里葉變換的窗寬度固定，顯然無法勝任多尺度分析的 要求。為了解決該一問題，小波變換應運而生。最早將小波變換作為時間-尺度局域化工 具提出的是地球物理學家Morlet，此后，物理學家Grossmann和Morlet合作，給出了小波 變換的嚴格定義。小波變換通過尺度控制窗函數的寬度，用大尺度獲得寬窗函數，小尺度 獲得窄窗函數，在高低頻具有不同的時間-頻率分辨率，實現了對信號的多分辨率分析。 由于窗寬通過尺度控制，所W信號經過小波變換得到的是時間-尺度分布，稱作小波尺度 譜（scalogram)，尺度和頻率沒有確定的對應關系，依賴于母小波的選擇。化akr油orty和 Okaya將小波變換用于地震信號分析，并與加窗傅里葉變換作對比，展示了其優越性。Siha 等人提出時頻連續小波變換的概念，將小波變換產生的時間-尺度譜轉化為時間-頻率譜， 用于檢測和碳氨儲層相關的低頻陰影和增強細小地質結構的可視性。高靜懷等人研究了地 震資料處理中小波函數的選取問題，提出用匹配地震子波的函數作為基本小波，對地震資 料進行去噪及分頻解釋的方法。高靜懷等人提出=參數小波，并用于薄互層地震資料分析。 Kazemeini等人將小波變換用于德國某區塊的S維數據體分析，結果能夠反映河道的沉積 和油氣的運移。
[0007] 上述加窗傅里葉變換、小波變換均為線性變換，其時間-頻率聯合分辨率受到不 確定性原理的限制。Wigner-Ville分布具有最高的時間-頻率聯合分辨率，也被廣泛用在 地震信號分析中。Li和化eng將Wigner-Ville分布用于地震資料的譜分解，刻畫碳酸鹽儲 層。
[0008] 近幾年，很多學者針對地震信號分析的特點，將已有的時頻分析工具進行推廣和 發展，或者將新的相空間分析工具用于地震信號。2013年，Lu和Liu將一個二維反權積算 子作用于加窗傅里葉變換時頻譜，得到反權積加窗傅里葉變換時頻譜，提高了時頻分辨率， 基于該方法的譜分解被用來刻畫塔里木盆地某區塊的洞穴型的碳酸鹽儲層。2013年，Han 和vanderBaan利用經驗模式分解（EMD)進行地震信號的時頻分析，并用于加拿大某盆地 的白里紀曲流河檢測和細小地質結構的刻畫。
[0009] 但是，傳統的時頻分析方法，如短時傅里葉變換和小波變換等用于地震信號時頻 分析時具有局限性，主要體現在由于時頻原子的影響，導致信號在時頻平面上的能量擴散 和時頻分辨率的下降。
【發明內容】
[0010] 本發明目的在于克服現有技術的不足，提供了一種時頻分辨率高的基于 Sync虹osqueezing變換的地震資料時頻分析和衰減估計方法。
[0011] 為達到上述目的，本發明采用W下技術方案：
[0012] 基于Sync虹osqueezing變換的地震資料時頻分析方法；
[0013]Sync虹osqueezing變換具體包括W下步驟：
[0014] 步驟a;連續小波變換
[001引信號/(0e(R)的小波變換時域和頻域分別表示為；
[0016]
[0017]其中Mt)為基本小波，a和b分別為尺度因子和平移因子，F(W)和W(w) 為f(t)和iD(t)的化urier變換；假設小波函數幾乎沒有負頻率分量，即當《 <0時， W 0 ;
[001引步驟b;FM解調頻率的計算
[0019]
[0020] 步驟c;時間-尺度域到時間-頻率域的映射 [00川 （1)連續形式
[0022]
[0023] 通過公式（7)，在時間-尺度域所有和頻率《對應的小波系數進行組合，在時 間-頻率域重新將能量"擠壓"到頻率《所在的位置；
[0024] 似離散形式
[0025] 進行數值計算時，需要對公式（7)中的尺度a和頻率《進行離散。離散化后的尺 度記為{aj，其中ak>ak_i，尺度間隔為ak-ak_i= (Aa)k;對頻率進行劃分，記為{>i}，其 中〇1> 〇1_1，頻率間隔為〇1-〇1_1=A〇 ;Sync虹osqueezing變換的離散形式表示為；
[002引
（10);
[0027] 地震資料時頻分析方法具體包括W下步驟：
[0028] 步驟1;在S維數據體地震剖面中選取典型道，對該道數據進行 Sync虹osqueezing變換，找出異常區域對應頻率；
[0029] 步驟2;對整個地震剖面進行Sync虹osqueezing變換，提取異常區域對應頻率切 片；
[0030] 步驟3;對整個S維數據體進行Sync虹osqueezing變換，得到頻率數據體，然后提 取一個沿層切片，供地質人員進行地震資料解釋。
[0031] 基于Sync虹osqueezing變換進行地震衰減估計的方法，包括W下步驟：
[0032] 步驟1 ;確定目標層范圍，對目標層附近的=維地震數據體進行頻譜分析，選取合 適的高頻fn和低頻f\;
[0033] 步驟2 ;利用Sync虹osqueezing變換得到高頻的單頻數據體T(X，y, t,fg)和低頻 的單頻數據體T(x，y，t，fL);
[0034] 步驟3;在目標層上方的層位Ha(x，y)附近，將高頻和低頻的幅度差異預先消除； [003引步驟4;估計目標層附近的衰減。
[0036] 進一步，所述步驟1中，高頻fs的幅度和低頻的幅度大致相同。
[0037] 進一步，所述步驟3中，利用公式（14)計算修正因子a(X，y)并做平滑；
[003引
。1)。
[0039] 進一步，所述步驟4中，通過公式（15)估計目標層附近的衰減AS(x，y，t);
[0040]AS(X，y,t) =T(X，y,t, -a(X，y)T(X，y,t,fg)(。）。
[0041] 本發明首次將新的時頻分析工具Sync虹osqueezing變換用于地震資料時頻分 析，該變換通過對變換域系數的重排，獲得一個更加聚集的時頻表示，時頻分辨率大大提 高。將其用于實際地震資料分析和致密砂巖模型含氣性檢測，能夠準確界定儲層的位置，指 示河道與斷層等地質結構，進而有利于進一步的資料解釋和井位確定。
[0042] 本發明還提出基于Sync虹osqueezing變換的地震衰減估計方法，并給出具體實 現流程，對某油田致密砂巖儲層=維數據體的衰減估計結果和鉆井結果有著較好的一致 性，該方法可W幫助地質人員指示含氣儲層，確定鉆井位置。
【附圖說明】
[0043] 圖1為余弦信號的小波變換與Sync虹osqueezing變換圖；
[0044] (a)余弦信號；化）小波變換；（C)Sync虹osqueezing變換；
[0045] 圖2為Sync虹osqueezing變換不意圖；
[0046] 圖3為測試信號和采用不同時頻分析方法的結果；
[0047] (a)測試信號；化）加窗傅里葉變換；（C)小波變換；（d)Sync虹osqueezing變換； [004引圖4為地震剖面；
[0049] 圖5為地震道的時頻分析；
[0050] (a)地震道數據；化）加窗傅里葉變換；（C)小波變換；（d)Sync虹osqueezing變 換；
[0051] 圖6為圖2中地震剖面的30Hz頻率切片示意圖；
[005引（a)小波變換頻率切片；化)Sync虹osqueezing變換頻率切片；
[0053] 圖7為30化數據體的沿層切片示意圖；
[0054] (a)加窗傅里葉變換沿層切片；化)Sync虹osqueezing變換沿層切片；
[0055] 圖8為某致密砂巖儲