基于Synchrosqueezing变换的地震资料时频分析和衰减估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地球物理勘探中的信号处理领域，设及地震资料的时频分析和地震衰 减估计，具体设及一种基于Sync虹osqueezing变换的地震资料时频分析和衰减估计方法。
【背景技术】
[0002] 地震信号是复杂的非平稳信号，时频分析可W用来描述地震信号随时间的变化规 律，刻画地震信号的局部特征，从而反映该些特征所对应的地质结构和储层信息。因此，时 频分析是地震资料处理与解释的重要手段。随着近代信号处理理论的发展，涌现出大量的 时频分析工具和时频分析方法，其中很多也被应用在地震信号分析中。
[0003] 地震波经过含气储层后，高频成分衰减迅速，造成地震波在该区域的局部主频降 低，该种异常可W用来指示碳氨储层的分布。然而，该异常在原始地震资料上并不明显，却 可W在频率分解的剖面上得到增强。因此，不同的时频分析工具被用来检测该种异常。在 该一过程中，时频分析工具的时间-频率分辨率就成为该问题的关键。
[0004]Fourier变换作为经典的谱分析工具，在地震信号处理的很多方面得到应用， 比如；频谱分析，噪声压制等，它也是目前地球物理软件中的必备模块。将整道数据进行 Fourier变换W后，可W得到数据的频谱分布，但是无法反映出频率的局域化特征，即无法 刻画频率随时间的变化，而该恰恰是地震信号的一个重要特征。因此，大量的时间-频率 域联合分析工具被用在地震信号分析中，时间域上的地震信号经过变换W后被展开到时 间-频率域，得到的时频图反映了频率成分随着时间变化的情况。
[0005] 加窗傅里叶变换（WFT)用移动的窗函数截取信号，然后对每个时间窗里面的信号 做化urier变换，得到信号的时间-频率分布。Partyka等人将加窗傅里叶变换用于墨西 哥湾某区块=维地震数据体的谱分解，确定薄层的位置和厚度，刻画地质体的不连续性。 Ma;rfud和Kirlin用加窗傅里叶变换分析薄层调谐效应。
[0006] 加窗傅里叶变换中窗函数的选择是时间分辨率和频率分辨率的折中，一旦窗函数 选定，时频图的时间分辨率和频率分辨率也随之确定。作为典型的非平稳信号，地震信号 的频率随着时间不断变化，需要进行多尺度分析，即用较宽的窗分析信号的缓变成分，用较 窄的窗分析信号的突变成分，加窗傅里叶变换的窗宽度固定，显然无法胜任多尺度分析的 要求。为了解决该一问题，小波变换应运而生。最早将小波变换作为时间-尺度局域化工 具提出的是地球物理学家Morlet，此后，物理学家Grossmann和Morlet合作，给出了小波 变换的严格定义。小波变换通过尺度控制窗函数的宽度，用大尺度获得宽窗函数，小尺度 获得窄窗函数，在高低频具有不同的时间-频率分辨率，实现了对信号的多分辨率分析。 由于窗宽通过尺度控制，所W信号经过小波变换得到的是时间-尺度分布，称作小波尺度 谱（scalogram)，尺度和频率没有确定的对应关系，依赖于母小波的选择。化akr油orty和 Okaya将小波变换用于地震信号分析，并与加窗傅里叶变换作对比，展示了其优越性。Siha 等人提出时频连续小波变换的概念，将小波变换产生的时间-尺度谱转化为时间-频率谱， 用于检测和碳氨储层相关的低频阴影和增强细小地质结构的可视性。高静怀等人研究了地 震资料处理中小波函数的选取问题，提出用匹配地震子波的函数作为基本小波，对地震资 料进行去噪及分频解释的方法。高静怀等人提出=参数小波，并用于薄互层地震资料分析。 Kazemeini等人将小波变换用于德国某区块的S维数据体分析，结果能够反映河道的沉积 和油气的运移。
[0007] 上述加窗傅里叶变换、小波变换均为线性变换，其时间-频率联合分辨率受到不 确定性原理的限制。Wigner-Ville分布具有最高的时间-频率联合分辨率，也被广泛用在 地震信号分析中。Li和化eng将Wigner-Ville分布用于地震资料的谱分解，刻画碳酸盐储 层。
[0008] 近几年，很多学者针对地震信号分析的特点，将已有的时频分析工具进行推广和 发展，或者将新的相空间分析工具用于地震信号。2013年，Lu和Liu将一个二维反權积算 子作用于加窗傅里叶变换时频谱，得到反權积加窗傅里叶变换时频谱，提高了时频分辨率， 基于该方法的谱分解被用来刻画塔里木盆地某区块的洞穴型的碳酸盐储层。2013年，Han 和vanderBaan利用经验模式分解（EMD)进行地震信号的时频分析，并用于加拿大某盆地 的白里纪曲流河检测和细小地质结构的刻画。
[0009] 但是，传统的时频分析方法，如短时傅里叶变换和小波变换等用于地震信号时频 分析时具有局限性，主要体现在由于时频原子的影响，导致信号在时频平面上的能量扩散 和时频分辨率的下降。
【发明内容】
[0010] 本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种时频分辨率高的基于 Sync虹osqueezing变换的地震资料时频分析和衰减估计方法。
[0011] 为达到上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0012] 基于Sync虹osqueezing变换的地震资料时频分析方法；
[0013]Sync虹osqueezing变换具体包括W下步骤：
[0014] 步骤a;连续小波变换
[001引信号/(0e(R)的小波变换时域和频域分别表示为；
[0016]
[0017]其中Mt)为基本小波，a和b分别为尺度因子和平移因子，F(W)和W(w) 为f(t)和iD(t)的化urier变换；假设小波函数几乎没有负频率分量，即当《 <0时， W 0 ;
[001引步骤b;FM解调频率的计算
[0019]
[0020] 步骤c;时间-尺度域到时间-频率域的映射 [00川 （1)连续形式
[0022]
[0023] 通过公式（7)，在时间-尺度域所有和频率《对应的小波系数进行组合，在时 间-频率域重新将能量"挤压"到频率《所在的位置；
[0024] 似离散形式
[0025] 进行数值计算时，需要对公式（7)中的尺度a和频率《进行离散。离散化后的尺 度记为{aj，其中ak>ak_i，尺度间隔为ak-ak_i= (Aa)k;对频率进行划分，记为{>i}，其 中〇1> 〇1_1，频率间隔为〇1-〇1_1=A〇 ;Sync虹osqueezing变换的离散形式表示为；
[002引
（10);
[0027] 地震资料时频分析方法具体包括W下步骤：
[0028] 步骤1;在S维数据体地震剖面中选取典型道，对该道数据进行 Sync虹osqueezing变换，找出异常区域对应频率；
[0029] 步骤2;对整个地震剖面进行Sync虹osqueezing变换，提取异常区域对应频率切 片；
[0030] 步骤3;对整个S维数据体进行Sync虹osqueezing变换，得到频率数据体，然后提 取一个沿层切片，供地质人员进行地震资料解释。
[0031] 基于Sync虹osqueezing变换进行地震衰减估计的方法，包括W下步骤：
[0032] 步骤1 ;确定目标层范围，对目标层附近的=维地震数据体进行频谱分析，选取合 适的高频fn和低频f\;
[0033] 步骤2 ;利用Sync虹osqueezing变换得到高频的单频数据体T(X，y, t,fg)和低频 的单频数据体T(x，y，t，fL);
[0034] 步骤3;在目标层上方的层位Ha(x，y)附近，将高频和低频的幅度差异预先消除； [003引步骤4;估计目标层附近的衰减。
[0036] 进一步，所述步骤1中，高频fs的幅度和低频的幅度大致相同。
[0037] 进一步，所述步骤3中，利用公式（14)计算修正因子a(X，y)并做平滑；
[003引
。1)。
[0039] 进一步，所述步骤4中，通过公式（15)估计目标层附近的衰减AS(x，y，t);
[0040]AS(X，y,t) =T(X，y,t, -a(X，y)T(X，y,t,fg)(。）。
[0041] 本发明首次将新的时频分析工具Sync虹osqueezing变换用于地震资料时频分 析，该变换通过对变换域系数的重排，获得一个更加聚集的时频表示，时频分辨率大大提 高。将其用于实际地震资料分析和致密砂岩模型含气性检测，能够准确界定储层的位置，指 示河道与断层等地质结构，进而有利于进一步的资料解释和井位确定。
[0042] 本发明还提出基于Sync虹osqueezing变换的地震衰减估计方法，并给出具体实 现流程，对某油田致密砂岩储层=维数据体的衰减估计结果和钻井结果有着较好的一致 性，该方法可W帮助地质人员指示含气储层，确定钻井位置。
【附图说明】
[0043] 图1为余弦信号的小波变换与Sync虹osqueezing变换图；
[0044] (a)余弦信号；化）小波变换；（C)Sync虹osqueezing变换；
[0045] 图2为Sync虹osqueezing变换不意图；
[0046] 图3为测试信号和采用不同时频分析方法的结果；
[0047] (a)测试信号；化）加窗傅里叶变换；（C)小波变换；（d)Sync虹osqueezing变换； [004引图4为地震剖面；
[0049] 图5为地震道的时频分析；
[0050] (a)地震道数据；化）加窗傅里叶变换；（C)小波变换；（d)Sync虹osqueezing变 换；
[0051] 图6为图2中地震剖面的30Hz频率切片示意图；
[005引（a)小波变换频率切片；化)Sync虹osqueezing变换频率切片；
[0053] 图7为30化数据体的沿层切片示意图；
[0054] (a)加窗傅里叶变换沿层切片；化)Sync虹osqueezing变换沿层切片；
[0055] 图8为某致密砂岩储