地震数据时频分析与分频处理.pdf

第 卷第 期 年 月 勘探地球物理进展 , , 文章编号 一 一 一 地震数据时频分析与分频处理 蔡希玲 , 吕英梅 中国石 油天然气集团公 司东方地球物理公 司研究院 , 河北啄州 摘要 在地震数据处理过程中 , 时频分析技术可较好地描述信号和噪声的频率随时间变化的规律 , 即时频分析可 以细致地刻画数据中各类波的时频结构和性质 , 其重要性在于能直观地识别 、 检测和分类数据 , 因此 , 可采取有 针对性的措施 , 以提高每一个步骤的处理精度 。 简述了时频分析的方法原理 , 介绍了适应于地震数据分析的窗 函数的选取方法 , 并展示了分频噪声压制的应用效果 , 说明分频处理是提高数据处理保真度的有效方法 。 关键词 时频分析 时频谱图 窗函数 噪声检测 分频处理 中图分类号 文献标识码 地震波在地下介质中传播时 , 近地表的非均质 性和地层的非完全弹性导致地震波的弹性能量不 可逆转地转化为热能而耗散 , 激发产生的原始地震 子波在传播过程中不断地变化着 。 子波的形变程 度和形变速度受近地表的衰减 、 岩石的吸收 、 透射 损失及散射等因素的制约 , 加上采集过程中各种噪 声的干涉 , 使得仪器接收到的地震数据是多种因素 影响的复合体 。 因此 , 野外采集到的地震信号无论 在时间上还是在空间上都是典型的非平稳信号 。 长期以来 , 。盯 变换是地震信号分析的主 要工具 , 但对于非平稳信号 , 分析存在以下 局限 ① 变换假定信号在整个时间轴是平 稳的 , 在时间域和频率域互换时 , 只能反映信号的 总体特征 ② 盯 变换可对信号进行时域或频 域分析 , 但无法准确描述非平稳信号 的时变特 征 一 〕 。 因此 , 分析和处理纵 、 横 向均非平稳的地 震数据需要有相应的工具 。 本文介绍一种时频分 析方法 , 可细致地分析地震信号的时变特性 , 揭示 地震数据的内涵 , 因此便于实现地震数据的精细处 理 —分频处理 。 文中展示分频处理在噪声衰减 方面的应用效果 , 说明分频处理能够改善去噪结果 的保真度 , 进而提高数据处理精度 。 谱图〔〕 。 设地震信号 , 其频谱为 动 。 用频率窗 函数 动给频谱 动加窗 , 并且取时间变换 , 即 。盯 逆变换 。 用下面的方程定义短频时间变换 。 , 、 、。 , , 。 , , 、 , , , 凡 ‘ , 一忘 创“ ‘ ‘田 ‘ ’ “ 一 ‘ ’山“ ‘’ 建立时间窗函数 与频率窗函数 动 的 关系式 , 即 厂 , , 、 。 , , ‘ 月 气田 , 一 厉舜」 ”、‘ , ‘ 一 “石 时频分析方法原理 时频谱图 短时 盯 变换是研究非平稳信号较常用 的方法 。 在短时 变换中 , 我们强调研究在 时间 上的频率特性 。 同理 , 也可以要求在某一特 定的频率范围内研究信号时间特性 。 当要求估计 某一频率的时间特性时 , 取短的频率和长的时间 , 以这种方式对信号进行时一频域的分析 , 计算时频 那么 , 田 尸 田 ‘ 短时 变换除了相位因子 一 “ 之外和短频 时间变换是一样的 。 无论是短时 盯 变换还 是短频时间变换都可 以用来定义联合时频分布 。 也就是 , 。 一 , 。 “ 一 凡 “ 该式表明 , 时频谱图可以用来研究在某一特定 频率的时间特性 。 可通过选择窄的 或等效 地取宽的 来进行 。 对于一个地震道 , 应用上述方法可产生 一个二维时频谱图 , 动 , 对于二维地震数据 , 时 频分析的结果为三维数据体 。 时间窗函数的选取 时频分析中窗函数的选择有多种方式 , 可根据 所解决问题的实际情况选择适当的窗函数 。 如在 频率域可选择三角窗 、 汉 明窗等 , 在时间域选择 子波及 子波等 。 我们根据地震 数据的特征和实际处理中应用的习惯 , 选择带通子 收稿日期 一 一 改回日期 一 一 。 第一作者简介 蔡希玲 一 , 女 , 高级工程师 , 长期从事地震数 据分析和处理方法研究工作 。 勘探地球物理进展 第 卷 波和俞氏子波作为窗函数 。 带通子波 图 。 是地震数据处理中最常 用的子波之一 , 具有效果直观 、 应用方便灵活的特 点 , 低截频和高截频分别为 五 和 介 的理想带通子 波的表达式为 二九 二 一 儿 二几 一 兀儿 二 一 二 二 。。 , 一 毛 。 二儿‘一 , 。 二了 , 「 九 , , , 八 下尸丁一一卜下二 一 气叮 夕 一 ‘ 、 一 兀 少 二 “ 介 一 二五 、产曰一﹄口石另了 、 实 际 应 用 中常对理 想 子 波进 行 处 理 , 子波 · 一 二 , 」 式中 , 九一人 , 几一九 分别为频率域低截频和高截 频处的斜坡带 。 图 带通子波及其频谱 和俞氏子波及其频谱 俞氏子波困