Hilbert-Huang变换联合平滑伪Wigner-Ville时频分布识别储层流体性质

苏里格气田致密砂岩储层具有低孔、低渗、气水关系复杂等特点,利用常规测井资料进行流体识别难度较大。以阵列声波测井资料为基础,利用希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换联合平滑伪魏格纳(Wigner-Ville)时频分布分别提取阵列声波测井信号的时间边缘和频率边缘特征,并研究与储层流体分布的关系。结果表明:气层和水层在时间边缘和频率边缘分布存在明显差异。在时间边缘分布特征上,气层能量最低,水层能量最高;在频率边缘分布特征上,气层和水层均有一定的频散,且水层能量高于气层能量;储层含气越多,信号衰减越严重。因此利用信号在时间分布和频率分布上的差异可以进行流体性质识别。     

基于Wigner-Ville分布与Chrip-Z变换的高分辨时频分析方法

时频分析方法一直广泛地应用于地震数据的处理与资料解释中。针对油气勘探面临的圈闭规模小、储层薄且埋深大、烃源丰富却分布零散等复杂情形时,如果地震资料有效信号频带较窄、分辨率较低,则需高分辨时频分析方法,以提高对微型油气目标的识别精度。平滑伪Wigner-Ville分布（SPWVD）双线性时频分析方法具有良好的时频聚焦性,线性调频Chrip-Z变换（CZT）的螺旋采样插值特性可突出三维空间局部细节。结合此二者优势,形成一种可提高地震信号时频分辨率的新方法（SPWVD-CZT）。该方法通过采样的方式实现数值的插值计算,以增加有效频段的划分点数,完善时频分布的局部细节,在时频域实现频谱信息的细化处理。模拟信号试算和实际地震资料河道微相识别的应用结果表明,该方法能显著提升地震数据时频分析的频率采样率,可为微型地质体的发现及油气开发提供技术支撑。     

基于OpenMP并行计算的匹配追踪时频分析方法

基于匹配追踪的平滑伪Wigner-Ville分布具有良好的时频分辨率，但由于计算量过大，影响其在实际地震数据处理中的应用。在深入研究基于OpenMP的并行算法的基础上，本文将该并行计算方式应用于匹配追踪法对Morlet子波的寻优过程以及计算多个Morlet子波平滑伪Wigner-Ville分布。实际数据计算结果表明：该并行算法加速性能良好，加速比随线程数增加呈近线性增长，即在确保计算精度的情况下，能显著提高计算效率；而且计算量越大其加速性能体现越充分。     

基于EMD的声波全波列几种时频分析方法对比

时频分析方法是处理阵列声波测井数据的有效手段,但不同时频分析方法特性不同,处理效果也存在差异。为此,利用经验模态分解(EMD)将单点的实测声波全波列分解为有限个固有模态函数(IMF)分量,再采用短时傅里叶变换、Choi-Williams分布、平滑伪Wigner-Ville分布及重排谱图处理原始的声波全波列和前3个IMF分量,并从时间分辨率、频率分辨率和交叉项干扰3方面对比这4种方法的优缺点。结果表明:前3个IMF分量表征了声波全波列中不同的模式波,而4种方法均无交叉项干扰影响识别模式波的问题,其中重排谱图的时间分辨率、频率分辨率最高。引入时频分布的边缘特性,利用基于EMD的4种方法处理干层、水层、油水同层、油层井段的声波全波列,结果表明重排谱图使能量聚焦明显,能较清晰地显示能量很低的纵波,波峰时间、主频的定位更精准,对不同流体性质储集层的区分效果最好,进一步验证了重排谱图的优势。     

加核Wigner-Ville时频谱分解技术在大港油区含气性检测中的应用

大港油田板桥地区气层埋藏较深,且地震主频较低,预测难度大。鉴于Wigner-Ville时频分布具有较高的时频局域性、分辨能力和聚能性,但其交叉项的存在对分辨能力有较大干扰,采用在模糊函数域加Choi-Williams核函数窗方式进行Wigner-Ville时频计算,通过理论信号分析加核Wigner-Ville时频分布能较好地抑制交叉项且能保持其原有的优良特性。在实际的含气层识别应用中,首先从已钻井出发,开展井旁地震道时频谱分析,归纳含气层的时频变化规律,然后提取地震分频剖面,研究分频剖面与含气层之间的对应关系,选择其气层识别的优势频率体,应用于含气性预测。理论信号和实际资料研究表明,加核Wigner-Ville时频谱分解技术在含气层检测中具有一定的可行性。     

地震信号线性与非线性时频分析方法对比

基于模拟信号与实际数据，系统分析了地震勘探领域目前流行的多种类时频分析方法的时频分辨率、计算效率和抗噪性能。模拟信号分析表明：线性方法的时频聚集性普遍较低，但计算效率很高，且不受交叉项干扰，其中连续小波变换法抗噪性较强；非线性方法时频聚集性较高，但计算效率普遍低于线性方法，抗噪性能方面平滑伪Wigner-Ville分布法和广义线性调频小波变换法相对稳健。因此，低信噪比情况下宜采用线性方法，信噪比较高时非线性方法时频分辨率更高，可识别薄层，亦有助于揭示地质体空间展布等潜在信息。实际地震资料的短时Fourier变换、连续小波变换、平滑伪Wigner-Ville分布和广义线性调频小波变换法处理结果表明：与线性方法相比，稳健的非线性时频方法可以更细致地刻画储层顶、底反射界面和沉积相带展布等特征。     

基于分数阶Wigner-Ville分布的地震信号谱分解

本文将经典Wigner-Ville分布(WVD)拓展到分数阶Wigner-Ville分布(FrWVD),并将其引入到复杂地震信号的时频分析和谱分解中。利用分数阶傅里叶变换的旋转特性和广义时频带宽积理论可以获得比经典WVD更高的时频分辨率,提出的最优分数阶伪WVD能更好地解决交叉项抑制问题。理论信号仿真及实际地震资料的处理结果验证了该方法的有效性。同时,分数域频谱成像的引入为油气储层流体识别提供了一条新的途径。     

时频分析技术及其在识别含气层中的应用——以川中某地区雷口坡组雷3含气层为例

针对Wigner-Ville变换中交叉项对信号时频分析的分辨率有较大的干扰,采用改进了的平滑Wigner-Ville变换处理技术,来分析雷克子波合成记录的时频特征,能够提高时频分析在时间和频率上的分辨率.在实际应用中首先对川中某地区井旁雷口坡组的地震道做频谱分析,统计其主要频率分布,然后提取地震分频剖面,研究分频剖面与实测含气层和气测异常层之间的对应关系,结果表明,该区由含气引起的强振幅(能量)主要集中在30～40 Hz频率段,与实测井含气层能够较好地相对应.     

基于经验模态分解的Wigner-Ville时频分布

针对利用Wigner-Ville分布进行时频分析时受交叉项干扰的缺点,提出了基于经验模态分解的Wigner-Ville时频分布方法。首先通过经验模态分解使非平稳信号平稳化,将信号分解成为多个相互独立且具有简单频率成分的内蕴模式函数,然后对这些内蕴模式函数分别计算Wigner-Ville分布,最后重构原始信号的Wigner Ville分布。〖JP〗通过理论模型和实际地震信号分析验证了该方法在降低交叉项干扰、提高时频分析精度方面的有效性。     

基于Wigne-Ville分布和短时傅立叶变换时频分布计算地震波衰减梯度

地震波在储集层中传播时,伴有能量的剧烈衰减,且频率越高能量衰减越快,因此,通过地震波高频端能量衰减梯度能够灵敏地检测地层中是否有烃类流体存在。短时傅里叶变换的时频分辨率不及Wigne-Ville分布,而Wigne-Ville分布虽有高的时频分辨率但存在交叉项的干扰。应用Wigne-Ville分布和短时傅里叶变换相结合的方法来计算地震信号的时频分布,然后利用高频成分能量分布与对应频率的拟线性关系估算出地震波能量衰减梯度。实际资料表明,基于短时傅立叶变换联合Wigner-Ville分布的能量衰减梯度在储集层预测中有较高的应用价值。     

变分模态分解与包络导数算子结合的时频分析方法及溶洞储层预测

深层缝洞型碳酸盐岩储层空间分布散乱且内部结构差异大,利用希尔伯特—黄变换、集合经验模态分解、完备集合经验模态分解等时频分析方法描述储层时存在模态混叠、端点效应等问题。为此,提出了一种联合变分模态分解（VMD）与包络导数能量算子（EDO）的高精度时频分析方法（VMD-EDO）。VMD能够将地震信号自适应、非递归地分解为一系列具有带限性质的固有模态函数（IMF）,在选取包含各频段有效信息IMF的基础上,引入具有良好非负特性与抗噪能力的EDO能量算子,代替希尔伯特变换计算各IMF信号的瞬时振幅与瞬时频率,最终获取的时频分布能够追踪地震信号的能量变化,从而预测缝洞型储层。实际资料应用结果表明,与经典时频分析方法相比,基于VMD-EDO的时频分析方法具有更高的时频分辨率,能有效识别隐藏在宽频地震数据中的能量异常。结合含油气储层“低频能量加强、高频能量衰减”的特点,基于VMD-EDO的时频分析方法具备良好的油气检测能力。     

短频时间变换与地震信号分析

野外采集的地震信号是多种波的复合体,是一种时变的非平衡信号。联合时频分析的方法是研究这类信号的有力工具。本文首先分析了短时Fourier变换和短频时间变换这两种时频分析方法,通过理论记录说明时频分析方法可以细致地刻画信号的时间特性;然后将短频时间变换方法应用于地震信号的分析与处理中。文中展示的实际数据分析结果表明了时频分析方法在地震勘探信号分析与处理中的应用意义,即短频时间变换这一有效的分析工具,可使我们对数据的时频结构和能量分布有清晰的认识,为进一步选择合理的数据处理方案提供依据。     

Hilbert-Huang 变换在阵列声波测井信号时频分析中的应用

阵列声波信号是典型的非线性、非平稳信号,Hilbert-Huang 变换是一种分析非平稳信号的新方法。该方法是对信号进行经验模态分解,将复杂的信号分解为有限数量的几个固有模态函数（IMF）,从而得到信号的Hilbert 时频谱。将该方法应用于阵列声波测井信号处理上,对声波测井信号进行经验模态分解并得到各阶IMF,对IMF 分量作平滑伪Wigner-Ville 时频分布,通过分析得到干层与水层之间的差异。实践证明了该方法的有效性。     

分数域反褶积Gabor谱图地震信号谱分解

应用Gabor谱图可以将地震信号映射到二维时频域,可提供地震信号的频率随时间的变化规律。然而Gabor谱图的分辨率受到海森堡不确定原理的限制,时频分辨率较低。为此, 本文将分数域自适应的最优窗函数引入Gabor谱图,得到分数域Gabor谱图。为了提高分数域Gabor谱图的时频分辨率,将自适应最优窗函数的Wigner-Ville分布(WVD)作为点扩散函数(PSF),再由分数域Gabor谱图和PSF做反褶积得到分数域反褶积Gabor谱图,同时给出了反褶积分数域Gabor谱图的计算方法和计算复杂度分析。测试信号和实际地震信号的谱分解结果都证明了分数域反褶积Gabor谱图在提高信号时频分辨率方面的优势。     

改进的完备经验模态分解与WVD变换相结合在油气检测中的应用

Wigner-Ville分布(WVD)是一种二次型时频分析方法,具有高分辨率和能量集中性等特点,但其本身是一种瞬时自相关函数的傅里叶变换,由于没有移动的时间窗,所以对于多分量信号存在严重的交叉项问题。而改进的完备经验模态分解(ICEEMD)是基于经验模态分解(EMD)的一种最新算法,它可以将非平稳、非线性的地震信号分解为一系列单分量的特征子信号,不仅分解速度快,同时还克服了EMD算法自身存在的模态混叠等问题。首先,逐道对地震数据进行ICEEMD分解,将地震信号分解各个IMF分量;其次,对每道所有的IMF分量进行WVD变换;最后,在南海某工区提取不同的单频剖面,利用"高频能量衰减,低频能量增强"的特点进行含油气性检测。南海某工区地震数据分析处理结果验证了该方法含油气性检测的准确性。     

基于连续小波变换的时频域地震波能量衰减补偿

为提高地震资料的分辨率,对地层吸收衰减进行补偿是地震资料处理的一项重要内容。大地滤波算子是时间、频率和品质因子的函数,因此也可以在时频域内进行衰减补偿。相对于固定时窗的短时傅里叶变换(STFT)和Gabor变换,小波变换对于处理非平稳地震信号具有更好的局部时频分析能力。利用基于一维连续小波变换的时频分析方法(time-frequency continuous wavelet transform,TFCWT)和基于Kolsky衰减模型的大地滤波算子,在时频域内实现了地震波能量的衰减补偿。理论模型和实际资料试算结果表明,相较于小波域(时间-尺度域)内的衰减补偿方法,基于一维连续小波变换的时频域地震波能量补偿方法能够更好地补偿深层衰减地震信号,提高地震资料的分辨率。     

利用伪Margenau-Hill分布提取地震波能量衰减梯度

地震波在聚集了石油、天然气的储层中传播时存在能量的剧烈衰减,且频率越高能量衰减越快, 所以通过地震波高频端能量衰减梯度可以灵敏地检测地层中是否存在烃类流体。通过传统的傅里叶变换 求取地震波能量衰减梯度面临诸多问题,而伪Margenau-Hill（PMH）分布作为科恩类时频分布的一种则具 有许多优良的特性：真边缘性、弱支撑性、好的时频聚集性等。为此,该文将PMH 分布的时频分析方法引 入到了地震波吸收衰减分析技术中,利用地震波高频端能量与其对应频率的拟线性关系来计算各时刻的 地震波能量衰减梯度。实际资料应用表明,利用PMH 分布来求取地震波能量衰减梯度在储层预 测中具有重要意义。     

小波变换用于地震测井信号的多分辨率分析

本文讨论了短时窗傅里叶变换时频分辨率的缺点，介绍了小波变换的基本概念及多分辨率分析方法，然后和小波变换的多分辨率特性对地震和测井信号进行了时频分析和处理，实验结果表明，小波变换的多分率分析对于分析处理具有时变谱特性的非平稳信号是一种新的有效方法。     

基于同步挤压改进短时傅里叶变换的谱分解应用

随着油气勘探开发深度的增加以及地震数据采集受外界的干扰严重,使得地震资料处理解释人员对于含油气层的识别也变得更加困难。基于时频分析的地震谱分解技术已经广泛应用于油气储层预测中;但由于短时傅里叶变换、小波变换、S变换、Wigner-Ville分布等传统时频分析方法受自身窗函数的约束,使得它们的时频聚焦性不高或交叉项干扰,导致油气检测结果存在很大的误差。针对这一难题,为了实现准确的储层预测,通过对短时傅里叶窗函数进行拓展,并且对拓展后的短时傅里叶变换结果执行挤压,将挤压结果重排放置于信号的瞬时频率处,提出了同步挤压改进短时傅里叶变换。信号分析表明同步挤压改进短时傅里叶变换具有更高的时频聚焦能力。将同步挤压改进短时傅里叶变换与地震谱分解技术结合,并将其运用于实际地震资料,结果表明,该方法可以对含油气层进行精细刻画,频率异常特征十分显著,对于含油气性检测具有很强的实用性。     

Hilbert-Huang变换在油气检测和工程物探中的应用

希尔伯特-黄变换一种是针对非线性、非平稳信号的时频分析方法,该方法将信号分解为有限数量的固有模态函数,能清晰刻画信号的时频能量分布。研究将此方法应用于地震信号和浅层工程物探信号,分别做希尔伯特-黄变换,从而得到振幅-频率-时间的三维谱分布,进而提取信号的频率-能量切片和频率-相位切片,验证了希尔伯特-黄变换的时频域刻画能力,并得到了相应的结论。