【摘要】：在地震勘探中,地下介質(zhì)的復雜性導致接收到的地震資料往往是復雜的非線性、非平穩(wěn)信號,分析這類信號的一種有力工具便是譜分解技術(shù)。目前,常用的譜分解方法多是基于傅里葉變換思想發(fā)展起來的傳統(tǒng)方法,如短時傅里葉變換(STFT)、連續(xù)小波變換(CWT)、S變換及廣義S變換等,這些常規(guī)譜分解方法存在諸如選取分解基困難、受Heisenberg測不準原理限制等問題,以致于分析地震信號的效果不是很令人滿意,而且很難滿足高分辨率地震數(shù)據(jù)處理、解釋的需求。Hilbert-Huang變換(HHT)是一種適應于非線性、非平穩(wěn)信號分析的強有力工具,包括經(jīng)驗模態(tài)分解(EMD)和Hilbert變換兩部分,其基本思想是首先應用EMD將非線性非平穩(wěn)信號分解為一系列含有不同頻率分量的被稱為固有模態(tài)函數(shù)(IMF)的子信號,然后對各IMF分量進行Hilbert變換獲得信號的具有明顯物理意義的瞬時屬性,在地震資料的處理和解釋中得到了廣泛的應用。然而,噪音或間歇信號會使得EMD分解發(fā)生嚴重的模態(tài)混疊效應,從而導致分解出的IMF失真,產(chǎn)生假頻。本文對EMD及其改進型算法EEMD和CEEMD進行了研究,并嘗試將最新算法變體CEEMD應用于地震數(shù)據(jù)去噪和砂巖薄儲層的含氣性檢測中。首先,本文介紹了幾種時頻分析方法的原理,包括STFT、CWT、三參數(shù)小波變換、S變換、同步擠壓小波變換(SWT),以及適應于非線性、非平穩(wěn)信號分析的強有力工具HHT,并通過信號測試分析討論了影響其時頻分辨率的因素。然后,本文詳細闡述了EMD的基本原理、篩分迭代過程、性質(zhì)以及存在的問題;針對EMD存在的模態(tài)混疊效應,介紹了一種EMD的改進算法—總體經(jīng)驗模態(tài)分解(EEMD),該方法是一種噪聲輔助分析方法,一定程度上改善了模態(tài)混疊問題,但同時也引入了新的問題,如完備性較差、等;隨后本文研究了EMD的最新算法變體—完備總體經(jīng)驗模態(tài)分解(CEEMD)的原理及實現(xiàn)過程,并通過合成信號測試驗證了CEEMD相對于EMD和EEMD方法的優(yōu)越性,不僅克服了模態(tài)混疊效應,而且能夠提供原始信號的精確重構(gòu)以及相對EEMD較高的計算效率。最后,鑒于CEEMD的優(yōu)越性,本文提出了基于CEEMD的小波閾值去噪方法和CEEMD/HT高分辨率時頻分析方法,并分別在地震數(shù)據(jù)去噪和砂巖薄儲層含氣性檢測中進行了應用研究。在地震去噪中,模擬信號測試和實際地震數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,基于CEEMD的小波閾值去噪不僅能有效壓制隨機噪聲,還能保持有效信號不受損失,是一種相對保幅的去噪方法。在致密砂巖薄儲層含氣性檢測中,CEEMD/HT分頻剖面上對儲層位置的刻畫更加精細、準確,低頻異�，F(xiàn)象更加明顯,同時提取的歸一化地層吸收剖面與瞬時譜分析結(jié)果一致,可以有效、直觀地指示油氣的存在。另一方面,利用CEEMD/HT結(jié)合子波譜擬合方法提取的高、低頻吸收衰減梯度同樣能夠清晰、準確地顯現(xiàn)砂巖含氣層段的位置,刻畫其空間展布。相信CEEMD/HT時頻分析方法可以作為一種薄層精細解釋的有力工具。
【圖文】：

對上式計算求模，則可以得到 STFT 的時頻能量譜 S (t , )，即：2S (t , ) F (t , )(2-4通過 STFT 逆變換可以重構(gòu)原信號：( ) ( , ) ( )jx F t h t e d dt (2-5STFT 存在明顯的時窗缺陷，時窗長度一旦選定便無法調(diào)節(jié)，頻譜分辨率單一，在分析非平穩(wěn)信號時所獲得的時頻圖像聚集性低，能量分布無法充分展示，處理非平穩(wěn)信號的效果較差。圖 2-1 顯示了 STFT 的時窗長度對高斯信號時頻譜特征的影響，從圖中可以看出，若選定較短的時窗寬度，則時間分辨率較高，頻率分辨率較低（圖 2-1(a)）若采用較長的時窗寬度，，則頻率分辨率較高而時間分辨率較低（圖 2-1(c)），可見 STFT的時窗長度受限，頻譜分辨率單一，能量聚焦性也比較低。因此，針對不同的信號選擇合適尺寸的時窗函數(shù)是 STFT 所面臨的問題。

a，t分別是尺度因子和平移因子， ( )為母小波，,( ) ( )a tta 是小波基，它是通過對母小波拉伸和平移得到的，當 a 1時相當于被拉伸， a 1時被壓縮。小波基函數(shù)具有多樣性，在信號分析中常用的有 Morlet 小波、Mexican Hat 小波、Meyer小波和 Ricker 子波等。由于 Morlet 小波的時頻局部性能較好，且復 Morlet 小波是一種高斯包絡(luò)下的復指數(shù)函數(shù)，形式簡單且計算方便，有利于地震瞬時屬性的提取，故在地震資料分析中常常選擇復 Morlet 小波為母小波函數(shù)，其表達式如下所示：221( )cbj f tfbttfe e (2-7)式中，bf 、cf 分別為頻帶寬度、中心頻率，主要用于調(diào)節(jié)復 Morlet 小波的時寬和頻寬性質(zhì)。令 1.5bf ， 1cf ，則其對應的時域波形和 Fourier 振幅譜如圖 2-2 所示：
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P631.4

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本文編號：2666832