[发明专利]一种基于多次挤压小波变换的地震时频分析方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于多次挤压小波变换的地震时频分析方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)选取待测三维地震数据体中某一剖面的若干道地震信号；2)对选取的地震信号分别进行傅里叶变换；3)根据得到的平均谱图，确定选取的各道地震信号所对应的主频区间，并在该主频区间内选取参考频率数值；4)对选取的各道地震信号分别作多次挤压小波变换；5)根据选取的参考频率数值和得到的时频谱，提取待测三维地震数据体中该剖面的三维常频率数据体；6)对提取出的三维常频率数据体进行沿层切片；7)进入步骤1)，直至实现待测三维地震数据体中所有剖面三维常频率数据体的沿层切片，本发明可以广泛应用于地震勘探技术领域中。

技术领域

本发明是关于一种基于多次挤压小波变换的地震时频分析方法及系统，属于地震勘探技术领域。

背景技术

受地下复杂介质的影响，地面上所接收到的地震信号是一种典型的非平稳信号。傅里叶变换只能提供整个时间上的频率信息，不能描述局部频率的变化。时频分析能够将一维的时间信号映射到一个二维的时间-频率域上，用于表示信号的频率成分随时间的变化情况。时频分析也逐渐成为地震信号处理中的一个重要方式，可以用时频分析工具来描述地震信号的局部变化特征，进而利用这些特征分析所对应的地下结构和储层。

传统的时频分析方法，例如短时傅里叶变换、小波变换和S变换，已经广泛应用于地震时频分析中，其中，短时傅里叶变换的缺点是窗函数的选择问题，一旦选定窗函数，则短时傅里叶变换的时间分辨率和频率分辨率即固定。因此，短时傅里叶变换对处理强非平稳性信号不够灵活。为解决短时傅里叶变换的不足，研究人员提出并完善了小波变换，小波变换既有短时傅里叶变换的功能，实现局部频率变化的描述，又具有多分辨率特性。但是，小波变换在低频时的时间分辨率和在高频时的频率分辨率较低。在1996年，研究人员提出了S变换，S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优势，且克服其缺陷，S变换是一个线性、多分辨率、无损可逆的时频分析方法。然而，S变换的窗函数随频率变化的趋势是固定不变的，不能根据处理的数据的不同而改变。

可以看出，传统的时频分析方法受限于测不准原理，时间分辨率和频率分辨率不能同时达到最优，这往往导致得到的时频谱的能量是扩散的。因此，在实际应用中，选择或设计一个能量更加聚集的时频分析工具是一个重要的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能量更加聚集的基于多次挤压小波变换的地震时频分析方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于多次挤压小波变换的地震时频分析方法，包括以下内容：1)选取待测三维地震数据体中某一剖面的若干道地震信号；2)对选取的地震信号分别进行傅里叶变换，得到对应的平均谱图；3)根据得到的平均谱图，确定选取的各道地震信号所对应的主频区间，并在该主频区间内选取参考频率数值；4)对选取的各道地震信号分别作多次挤压小波变换，得到各道地震信号多次挤压小波变换的时频谱；5)根据选取的参考频率数值和得到的时频谱，提取待测三维地震数据体中该剖面的三维常频率数据体；6)对提取的三维常频率数据体进行沿层切片；7)进入所述步骤1)重新选取待测三维地震数据体中某一剖面的若干道地震信号，直至完成待测三维地震数据体中所有剖面三维常频率数据体的沿层切片。

进一步地，所述步骤4)的具体过程为：4.1)对地震信号f(t)进行小波变换，得到地震信号的时频表示W(a，b)：

其中，ψ(t)为母小波函数；a和b分别为尺度因子和时间变量；4.2)根据地震信号的时频表示W(a，b)，计算地震信号的频率估计值

其中，为取实部；为求关于变量b的偏导数；为瞬时频率估计算子；M为同步挤压操作的次数；4.3)根据地震信号的频率估计值计算地震信号多次挤压小波变换的时频谱T^[M](ω，b)：