地震信号的时频分析方法
地震前兆数据时频分析
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ － ３ ２ ４ ６ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ １ ７
地 震 前 兆 数 据 时 频 分 析
戴 勇 高立新 陈立峰 杨彦 明 格根
（ 中 国 呼 和 浩特 ０ ｌ Ｏ ０ １ ０内 蒙古 自治 区地 震 局 ） 摘要 采 用 平 滑 伪 魏 格 纳 分 布 方 法 ，相 继 对 乌 海 地 震 台洞 体 应 变 、 哈 图 乌素 地 震 台 体 应
１ ９ ６ ２ ） 、古地 磁 变 化 的时 频 研 究 （ Ｃ ｈ ａ ｎ ｔ Ｉ Ｊ ， １ ９ ９ ２ ） 以及 人 工地 震 信 号 的 除 噪及 能 量 补偿 （ 高
军等 ，１ ９ ９ ６ ） 等 。随着时频理论 的发展及计算机运算 能力 的增强 ，时频分析在地学 中应 用 的 深度 和 广 度 也 在 不 断 拓 宽 （ 王 培 茂 ，２ ０ ０ ８ ） ，在 地 震 勘 探 、地 震 前 兆 数 据 处 理及 异 常 提 取 等方 面 发 挥 着 重 要 作 用 。地 震 前 兆 数 据 主 要 指 由形 变 、 流 体 、 电磁 ３大 传 统 观 测 体
系及 由其 衍 生 、扩 展 的 Ｇ ＮＳ Ｓ 、 热 红 外 等 产 出 的观 测 数 据 ，采 用 时频 分 析 进 行 处理 ，可
以充分挖掘有用 信息 。例如 ，范莹莹等 （ ２ ０ １ ０ ） 应用最大熵谱估 计等方法处理 ２ ０ ０ ８年汶 川８ ． ０ 级地震震 中周 围电磁 台观 测数据 ，研究地 电、地磁场变化 ，发 现青藏高原东 北缘
第 ３ ７卷 第 ６期 ２ ０１ ６年 １ ２月
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
Hilbert_Huang变换与地震信号的时频分析
Hilbert_Huang变换与地震信号的时频分析[⽂章编号]100124683(2005)022207209[收稿⽇期]2004206208;[修定⽇期]2005203230。
[项⽬类别]北京市⾃然科学基⾦项⽬(8041001)、地震科学联合基⾦项⽬(604022)、中国地震局三结合项⽬。
[第⼀作者简介]武安绪,男,⽣于1967年,副研究员,研究⽅向为地震预报、地震波形处理与应⽤。
Hilbert 2Huang 变换与地震信号的时频分析武安绪1),2) 吴培稚1) 兰从欣1) 徐 平1),3) 林向东1)1)北京市地震局,北京市苏州街28号 1000802)中国地震局地球物理研究所,北京 1000813)中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029摘要 本⽂介绍了HHT 时频分析⽅法及瞬时频率的概念,给出了已知信号的经验模态分解及其时频分布,并对实际地震波形信号进⾏了HHT 时频处理与剖析。
结果表明,HHT ⽅法能准确描述地震波形信号的⾮线性时变特征,是地震信号时频分析的有效⼯具。
关键词: H ilbert 2H u ang 变换 瞬时频率 地震波形 时频分析[中图分类号]P315 [⽂献标识码]A0 引⾔随着数字化地震台⽹的不断建设,采⽤新⽅法对⾼精度、⾼采样率地震数据的分析研究具有重要的现实意义(吴书贵等,2003)。
地震波形是具有时变特性(或称⾮稳态性质)的典型信号(沈萍等,1999;刘希强等,2000),对于这类信号,不仅需要从总体上了解它的频率成分,⽽且还需要了解每⼀时刻信号中所包含的频率成分。
⽬前对地震信号进⾏分析的主要⼯具是傅⾥叶变换(胡⼴书,1997;郑治真,1998)、现代谱估计(皇甫堪等,2003)、G abor 变换(郑治真等,1996;科恩,1988)、Wigner 2Ville 分布(沈萍等,1999;科恩,1988;郑治真等,1993)、⼩波变换(刘希强等,2000;章珂等,1996;李宪优等,1999;Mallat ,1989;Daubechies ,1988;C oifman ,1990)等。
非平稳地震信号匹配追踪时频分析
非平稳地震信号匹配追踪时频分析张繁昌;李传辉【摘要】根据三步法匹配追踪原理实现了基于雷克子波的地震信号自适应分解,在此基础上,讨论了利用匹配子波进行地震信号时频表征的方法.由于常规匹配追踪时频是以Wigner-Ville分布为基础,得到的时频信息有限,因此给出了一种基于可调窗口的短时傅氏变换时频表示方法,进而又利用各匹配子波的复谱,引入一种新的时频表示方法,不仅与Wigner-Ville方法具有同等的分辨率和能量聚集特性,而且保留了原信号的最基本时频特征,不存在交叉项和窗口截断效应.通过与短时傅氏变换和S 变换时频特征的对比发现,匹配追踪时频表征和瞬时谱参数具有更高的分辨率.实际数据的应用也表明,匹配追踪分解非常适用于非平稳特征的地震信号的时频分析.%In this paper, the authors made Ricker wavelet-based adaptive matching pursuit decomposition of seismic signals and discussed the method of time-frequency representation by matching wavelets. Since the time-frequency information of matching wavelet's Wigner-Ville distribution is limited, this paper proposes a time-frequency representation based on adjustable window Short Time Fourier Transform. Furthermore, by using the complex spectrum of matching wavelets, this paper introduces a new time-frequency representation , which not only has the same resolution and energy concentration properties as Wigner-Ville method, but also retains the most basic time-frequency characteristics of the original signal without cross term and window truncation effects. Compared with time-frequency characteristics of Short Time Fourier transform and S-transform, the matching pursuit time-frequencyrepresentation and instantaneous spectral parameters have higher resolution. Real data application also shows that the matching pursuittime-frequency analysis is very suitable for seismic signal with non-stationary characteristics.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】7页(P546-552)【关键词】匹配追踪;时频分析;匹配子波;非平稳信号【作者】张繁昌;李传辉【作者单位】中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266555;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266555【正文语种】中文【中图分类】P631.4匹配追踪(MP)时频分析方法作为新一代谱分解技术，在地震解释、储层识别及烃类检测等方面具有很大的应用潜力［1］。
时频分析方法范文
时频分析方法范文时频分析是一种用于分析非平稳信号的方法，它基于时间和频率域的分析技术，能够给出信号在不同时间和频率上的变化规律。
时频分析通常用于处理具有瞬态特征的信号，例如声音、图像、生物信号等。
本文将介绍时频分析的基本原理、常见方法及其在不同领域的应用。
一、基本原理时频分析基于声学和数学等领域的原理，旨在研究信号在时间和频率两个维度上的变化。
传统的傅里叶变换只能提供信号的频域信息，无法描述非定常或非线性信号在时间上的变化。
时频分析通过引入窗函数来实现信号在时间和频率上的分解。
1.窗函数窗函数是时频分析的关键概念，它将信号在时间上切割成多个片段，并将每个片段与一个特定的函数进行乘积。
窗函数通常是时域上的一种窄带滤波器，能够减小信号在时频域的交叉干扰。
常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、高斯窗等。
2.短时傅里叶变换（STFT）短时傅里叶变换是时频分析的最基本方法，它将信号分成多个时间窗口，并对每个窗口进行傅里叶变换。
STFT的窗口长度和重叠率可以根据信号的特性进行调整，从而控制时间和频率分辨率。
STFT分析得到的结果是一个时频矩阵，可以直观地表示信号在不同时间和频率上的能量分布。
3. 维纳-辛钦（Wigner-Ville）分布维纳-辛钦分布是一种时频分析方法，它基于短时傅里叶变换，通过在矩阵的对角线上进行平均来消除交叉干扰。
Wigner-Ville分布能够提供更精确的时频信息，但对噪声和窗口选择比较敏感。
4.小波变换小波变换是一种基于频率域的时频分析方法，它利用小波函数的局部性质，将信号分解成不同频率段的子信号。
小波变换具有良好的时间和频率局部化特性，能够捕捉到信号中的瞬态特征。
常见的小波变换方法有连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT）。
二、常见方法除了上述方法，时频分析还有一些其他常见的方法，如下所示。
1. 希尔伯特-黄（Hilbert-Huang）变换希尔伯特-黄变换是一种非平稳信号的时频分析方法，它由希尔伯特变换和经验模态分解（EMD）两部分组成。
利用小波包变换对地震信号进行时频分析时小波基函数的选取
利用小波包变换对地震信号进行时频分析时小波基函数的选取作者：曾宪伟,赵卫明,师海阔,李自芮来源：《地震研究》2010年第04期摘要:通过比较几种不同的小波基函数的幅频特性,并利用不同的小波基函数对模拟地震记录进行时频分析,以期找到可以更为准确地描述地震信号时频特性的小波基函数。
结果表明:利用dmey小波基函数可以更为准确地描述模拟地震信号的时频变化特征,因此,利用小波包变换对地震信号进行时频分析时选取dmey小波基函数较为合适。
关键词:小波基函数;时频分析;小波包;地震信号中图分类号:P315.63 文献标识码:A 文章编号:1000-0666(2010)04-0323-0 引言小波分析方法是一种窗口面积固定但其形状可以改变,即时间窗和频率窗都可以改变的时频局域化分析方法(飞思科技产品研发中心,2005)。
换句话说,小波变换具有弹性的时频窗,即在低频时小波变换的时间分辨率较低,而频率分辨率较高;在高频时小波变换的时间分辨率较高,而频率分辨率较低,因而小波变换可以保证时域分辨率和频域分辨率在各自需要的范围都达到很高的精度。
另外,由于小波变换可以采用频域紧支的小波基,因此很大程度上可以避免出现频率之间交叉泄漏的现象(曹晖等,2004)。
小波分析中所用的小波函数具有多样性,可以选择非正交小波、正交小波、双正交小波,甚至线性相关的小波(崔岩飞,李晋平,2003),且应用不同的小波基函数解决同一个问题会得到不同的结果,所以在小波分析方法处理信号的实际应用中(刘希强等,1998,2000;林大超等,2002;裴韬等,2004;陈顺云等,2006;曾宪伟等,2008),小波基函数选取是否合适,将对信号处理结果的分析和理解产生直接影响,所以对小波基函数的选取是处理和分析信号前必须要做的一项工作。
在不同的应用领域,小波基的选取标准不同,即使在同一应用领域,小波基的选取也没有统一的标准。
本文通过比较几种常见小波基函数的幅频特性,并利用不同的小波基函数对模拟地震记录进行时频分析,以期给出可以准确地描述地震信号时频特性的小波基函数。
地震信号时频分析中的希尔伯特黄变换研究
地震信号时频分析中的希尔伯特黄变换研究
周竹生;罗勇涛
【期刊名称】《物探化探计算技术》
【年(卷),期】2016(038)001
【摘要】随着时频分析方法的发展,生产研究上对复杂信号的时频分析有了更高的要求.这里简要介绍了希尔伯特—黄变换的原理和实现步骤,然后对合成信号进行经验模态分解(EMD)和希尔伯特谱分析,进而将HHT方法运用到实际地震信号的时频分析中.在此基础上,运用经验模态分解对合成地震信号进行了阀值去噪,证明了该去噪方法的有效性.
【总页数】8页(P59-66)
【作者】周竹生;罗勇涛
【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院,长沙 410083;中南大学地球科学与信息物理学院,长沙 410083
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4
【相关文献】
1.基于小波变换算法的时频分析技术在地震信号处理中的应用 [J], 杨立强
2.基于希尔伯特-黄变换的地震信号时频谱分析 [J], 侯斌;桂志先;胡敏;王鹏;陈小军
3.希尔伯特—黄变换在地震信号时频分析中的应用研究 [J], 冯红武;王建昌
4.旋转机械振动信号基于EMD的希尔伯特变换和小波变换时频分析比较 [J], 杨
世锡;胡劲松;吴昭同;严拱标
5.希尔伯特-黄变换地震信号时频分析与属性提取 [J], 杨培杰;印兴耀;张广智因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地震信号瞬时频率的估算
犲 犻 犻 狀 ０ ０ ０ ２ ９， 犆 犺 犻 狀 犪 犅 犼 犵１
２犌 狉 犪 犱 狌 犪 狋 犲犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲犃 犮 犪 犱 犲 犿 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊， 犅 犲 犻 犻 狀 ０ ０ ０ ４ ９， 犆 犺 犻 狀 犪 狔， 狔狅 犳犛 犼 犵１
地震信号瞬时频率的估算seausingthenewpresentedformulaandtheoneorderfrequencymomentoftfrandcomparetheresultswiththeinstantaneousfrequencieswhichiscomputedwitharelatedfunctioninseismicunixsoftwaretheresultsindicatethattheestimationscalculatedwiththenewformulaaregoodenoughseismicsignalfirdifferentiatortimefrequencyrepresentation地震信号携带着大量有关地下反射界面的信息其频率成分随时间而变化是典型的非平稳信地震信号的频率成分主要由震源脉冲的带宽和地下介质的吸收特性决定地层含流体厚度变化或横向变化等因素都能引起地震信号频率成分发生改变因此研究地震信号频率成分的变化有助于了解地层结构以及地层含流体性质传统基于傅里叶变换的频谱分析方法能得到信号频率成分的信息但无法获取频率成分随时间变化的信息瞬时频率if此计算地震信号的瞬时频率可以获得地震信号频率成分随时间变化的信息进而了解地层结构以及地层含流体性质本文比较了四类计算瞬时频率的方法指出了各种方法的优劣以及适用范围导出了一种基于有限脉冲响应fir微分器的估算瞬时频率的公式最后用该公式和时频表示一阶矩两种方法计算了南海东北部的一条地震剖面的瞬时频率并将结果与seismicunix相关函数的计算结果做了比较表明本文导出公式的计算结果较为理想瞬时频率的估算方法信号可以分为单分量和多分量信号两大类分量信号在任意时刻都只有一个频率该频率称为信号的瞬时频率多分量信号则在某个时刻存在多个频率成分信号在该时刻的瞬时频率实际上是这多个频率的平均即平均瞬时频率式的物理意义是很明确的
地震波频率划分
地震波频率划分地震是一种破坏性极大的自然灾害，它给人类带来了无尽的痛苦和损失。
地震波是地震的重要表现形式，它是地震能量在地球内部传播的结果。
地震波的频率是指地震波振动的次数，它对地震的性质和影响具有重要意义。
地震波的频率按照振动周期的长短可以划分为低频、中频和高频三个范围。
低频地震波的振动周期较长，一般在几十秒甚至几分钟左右。
这种地震波在地震发生后较长时间内还能持续传播，具有较大的破坏性。
中频地震波的振动周期在几秒到几十秒之间，它是地震波传播的主要形式，对建筑物、桥梁等结构物的破坏能力较强。
高频地震波的振动周期较短，一般在几十毫秒到几秒之间。
这种地震波传播速度较快，破坏力较小，但对地表的震动影响较大。
低频地震波主要由地震源释放的能量引起，它们的传播速度较慢，但具有较长的传播距离。
在地震发生后的较长时间内，低频地震波仍然能够在地球内部传播，给地下岩石、地下水等带来较大的压力和变形。
这种地震波不仅对地下构造的稳定性产生影响，还可能引发次生地震。
中频地震波是地震波传播的主要形式，它们具有较高的能量和较大的破坏力。
当地震发生时，中频地震波首先到达地表，引发人们感受到的强烈震感。
中频地震波的传播速度较快，但在传播过程中会发生折射、反射和散射等现象，导致地表震动较大。
高频地震波的振动周期较短，传播速度较快。
它们对地表的震动影响较大，但由于能量较小，破坏力相对较小。
高频地震波主要通过地下岩石的传导来传播，当地震发生时，高频地震波往往是最早到达地表的。
地震波的频率划分不仅对地震的破坏性和影响有重要意义，也为地震预测和防灾减灾提供了依据。
通过对地震波频率的研究，科学家们能够更好地理解地震的本质和规律，提前预测地震的发生，采取相应的防灾减灾措施，减少地震给人类带来的损失。
地震波频率的划分不仅是地震学的重要研究内容，也是人类认识地震的重要途径。
通过研究地震波频率的分布规律，可以帮助我们更好地理解地震的性质和特点，为地震预测和防灾减灾工作提供科学依据。
地运动信号的时频分析
地运动信号的时频分析蔡宗义;吴祖堂;王占江【期刊名称】《解放军理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(008)005【摘要】对实测地运动信号,分别应用短时傅里叶变换(STFT)、Wigner-Ville分布(WVD)、小波变换(WT)和Hilbert-Huang变换(HHT)进行了分析,讨论了地运动信号的时频分布.结果表明,地运动信号有多个中心频率,信号能量在0～30 Hz以内,优势频率在12～15 Hz.4种时频分析方法都能反映地运动信号的时频特征,STFT和WVD只能粗略反映信号能量的分布情况,可以给出能量峰值对应的具体时间和频率,但其分辨率单一.WT和HHT可以给出信号能量比较详细的分布情况,WT具有多分辨率特点,但给出的能量分布在一定的带宽内,不能给出某一频率的能量分布.HHT 具有自适应性,给出的是某些特征分量的能量分布,也不能给出某一频率的能量分布.【总页数】5页(P546-550)【作者】蔡宗义;吴祖堂;王占江【作者单位】西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西安,710024;西北核技术研究所,陕西,西安,710024【正文语种】中文【中图分类】TD235.1;TN911.72【相关文献】1.一种新的估计多项式相位信号瞬时频率的参数化时频分析方法 [J], 方杨;彭志科;孟光;杨扬2.基于两种时频分析的裂缝性地层阵列声波测井信号时频特征 [J], 向旻;帕尔哈提;张峰玮3.基于时频重排的地震信号Wigner-Ville分布时频分析 [J], 吴小羊;刘天佑4.基于改进时频分析方法的雷达信号瞬时频率估计 [J], 白航;赵拥军;胡德秀;刘成城5.基于时频点聚类的雷达回波信号时频特性分析 [J], 巩学彬;余烈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地震信号高分辨率时频分析方法及应用研究
摘要地震信号高分辨率时频分析方法及应用研究摘要时频分析方法作为分析时变非平稳信号的有力工具，成为现代信号处理研究的一个热点，本文从时频分析理论出发，介绍了时频分析的基本理论和传统的几种时频分析方法，主要有短时傅里叶变换、小波变换、魏格纳分布等。
与传统的时频方法相比，一种自适应时频分析方法希尔伯特-黄变换在处理分析非平稳信号具有明显的优势。
但是在其核心算法EMD存在着模态混叠问题，为了解决此问题，研究了几种改进算法，包括集合经验模态分解和互补集合经验分解。
虽然对模态混叠问题得到了一定的抑制，但是在实际应用中或多或少还是存在模态混叠现象，并且这类算法将原本简单的信号复杂化了，分离出过多的IMF分量，这就导致了本来的有效信号被过分的分割，可能使信号局部发生了畸变，或者说降低了信号的信噪比。
经验小波变换算法是一种新型的时频分析方法。
该算法打破了传统时频分析算法在自适应方面的局限性，结合了经验模式分解和传统小波变换的优势，可以将复杂信号分解为更具有物理意义的模式。
本文深入研究了经验小波变换算法的原理，对算法中存在的问题进行改进和优化，验证了经验小波变换算法作为一种新的时频分析方法在实际应用中的价值。
具体而言，针对该算法在处理复杂频谱的信号时出现的频谱划分问题，利用数学形态学在图像处理方面的优势，采用了基于morpho变换的经验小波变换算法；由于地震信号是非平稳复杂的信号，对信号的自适应性分割能力和在频谱中找到“有意义”模态的能力提出了更高的要求。
因此，研究了基于尺度空间直方图分割的Otsu法，并应用于经验小波中的信号频谱的分割，最后得到了自适应经验小波变换。
将自适应经验小波变换应用于地质正演模型与实际地震数据处理中，结果表明是一种高分辨率时频分析方法。
通过经验小波变换得到的瞬时属性更加精确有效，其分辨率与可信度也大大提高。
关键词：时频分析高分辨率经验小波变换模式分解瞬时属性Study on High Resolution Time-frequency Analysis of SeismicSignals and Its ApplicationAbstractAs a powerful tool for the analysis of time-varying non-stationary signals, time-frequency analysis has become a hotspot in modern signal processing.Based on the theory of time-frequency analysis,this thesis introduces the basic theory of time-frequency analysis and several traditional time-frequency analysis methods, including STFT,CWT and pared with the traditional time-frequency method,an adaptive time-frequency analysis method has a significant advantage in the analysis of non-stationary signals.However,In order to solve the problem of modal aliasing problems in the core algorithm EMD.We have proposed several improved algorithms that include EEMD and CEEMD,Although the modal aliasing problem has been suppressed,but in reality there are more or less modal aliasing phenomenon,and this algorithm will be the original simple signal complexity,and isolated too many IMF components.This leads to an excess of the original effective signal,which may cause the signal to be partially distorted,or to reduce the signal-to-noise ratio of the signal.The empirical wavelet transform algorithm is a new method of time-frequency analysis.The algorithm breaks the limitation of the traditional time-frequency analysis algorithm in the adaptive bining the advantages of the empirical mode decomposition and the traditional wavelet transform,the complex signal can be decomposed into a more physical mode.In this thesis,the principle of the empirical wavelet transform algorithm is studied in detail,and the existing problems in the algorithm are improved and optimized.The value of the empirical wavelet transform algorithm as a new time-frequency analysis method in practical application is verified. In this thesis,we propose an empirical wavelet transform algorithm based on morpho transform,which is based on the advantages of mathematical morphology in image processing,in order to solve the problem of spectrum partitioning when dealing with complex spectrum signals.Because our seismic signals are non-stationary and complex signals,we have made higher demands on the adaptive segmentation capability of the signal and the ability to find"meaningful"modalities in the spectrum. Therefore,the Otsu method based on histogram segmentation is studied and applied toAbstractthe segmentation of signal spectrum in empirical wavelet.Finally,adaptive wavelet transform is obtained.It is a high-resolution time-frequency analysis method to apply the adaptive empirical wavelet transform to the geological forward model and the actual seismic data.Since the instantaneous properties obtained by empirical wavelet transform are more accurate and effective,the resolution and credibility are greatly improved.Keywords:Time-frequency analysis,High resolution,Empirical wavelet transform Mode decomposition,Instantaneous property目录摘要 (I)Abstract (II)第1章引言 (1)1.1选题依据及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3研究内容 (3)第2章时频分析基本理论和方法概述 (5)2.1时频分析基本理论 (5)2.1.1非平稳随机信号 (5)2.1.2时频分析的基本概念 (6)2.1.3解析信号的基本概念 (7)2.1.4瞬时频率 (7)2.1.5信号分辨率 (8)2.2时频分析基本方法 (10)2.2.1短时傅里叶变换 (10)2.2.2小波变换 (11)2.2.3Wigner-Ville分布 (13)2.2.4平滑伪Wigner-Ville分布 (14)2.2.5希尔伯特-黄变换 (15)2.3本章小结 (18)第3章EMD及其改进方法研究 (19)3.1EMD的基本性质及存在的问题 (19)3.1.1EMD的基本性质 (19)3.1.2EMD方法存在的问题 (20)3.2集合经验模态分解（EEMD） (20)3.3互补集合经验模态分解（CEEMD） (23)3.4EMD及其改进方法存在的问题 (24)3.5本章小结 (25)第4章经验小波变换算法的分析 (26)4.1经验小波变换算法 (26)4.1.1经验小波的定义 (26)4.1.2频谱划分 (28)4.1.3窗的选取 (28)4.1.4经验小波变换 (29)4.2EWT方法对信号测试与分析 (30)4.3基于Morpho变换的EWT算法改进 (34)4.3.1EWT算法存在的问题分析 (34)4.3.2数学形态学滤波 (35)4.3.3基于Morpho变换的EWT算法改进 (36)4.4EWT的频谱的自适应分割 (39)4.5本章小结 (42)目录第5章自适应EWT算法在地震信号分析中的应用 (43)5.1自适应EWT方法仿真测试效果分析 (43)5.2自适应EWT方法对正演模型验证分析 (45)5.2.1层状介质模型 (46)5.2.2楔状介质模型 (51)5.3实际地震资料处理分析 (54)5.4本章小结 (56)结论与认识 (57)致谢 (58)参考文献 (59)攻读学位期间取得学术成果 (62)第1章引言第1章引言1.1选题依据及研究意义二十一世纪是信息技术飞速发展的时代，信息科学与技术的飞速发展，极大地影响到社会的经济活动和人民的生活方式。
微地震数据处理方法
微地震数据处理方法一、引言微地震是指震级小于3级的地震活动，其产生的地震信号相对较弱。
微地震数据处理是地震学研究中的重要环节，可以帮助我们了解地壳活动、地震预测等方面的问题。
本文将介绍一些常用的微地震数据处理方法，包括数据采集、数据预处理、信号分析等方面。
二、数据采集微地震数据的采集是通过地震台网进行的。
地震台网由多个地震台站组成，这些台站分布在不同的地理位置上，可以接收到来自不同方向的地震信号。
地震台站会将采集到的地震数据传输到地震中心的数据中心进行存储和处理。
三、数据预处理在进行微地震数据处理之前，需要对采集到的原始数据进行预处理。
预处理包括去噪、滤波、去除仪器响应等步骤。
1. 去噪：由于地震台站周围可能存在各种噪声干扰，需要对原始数据进行去噪处理。
常用的去噪方法包括小波去噪、中值滤波等。
2. 滤波：地震信号通常包含多个频率成分，为了分析和识别地震信号，需要对数据进行滤波处理。
常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
3. 去除仪器响应：地震台站采集到的地震数据会受到仪器响应的影响，需要对数据进行去除仪器响应的处理。
这样可以更准确地还原地震信号。
四、信号分析在进行微地震数据处理时，信号分析是非常重要的步骤，可以帮助我们了解地震活动的特征。
1. 频谱分析：频谱分析可以将地震信号在频域上进行分析，得到信号的频率成分。
通过频谱分析，可以了解地震信号的频率分布情况，从而推测地震的震源特征。
2. 时间序列分析：时间序列分析可以将地震信号在时域上进行分析，得到信号的时变特性。
通过时间序列分析，可以了解地震信号的时变规律，从而推测地震的发展趋势。
3. 小波分析：小波分析是一种时频分析方法，可以将地震信号在时频域上进行分析。
通过小波分析，可以同时获得地震信号的时域和频域信息，从而更全面地了解地震信号的特征。
五、数据解释与应用经过数据处理和信号分析，我们可以得到地震活动的相关信息，包括地震震级、震源深度、震中坐标等。
常用时频分析方法在数字地震波特征量分析中的应用
常用时频分析方法在数字地震波特征量分析中的应用姚家骏;杨立明;冯建刚【摘要】地震波属于非平稳信号,传统的傅立叶变换因缺乏信号局域性的信息而无法对非平衡信号进行全面描述.对此时频分析是有力的分析工具.本文简介了短时傅立叶变换(STFT)、S变换、CWD分布、ZAM分布四种时频分析方法,通过对算例及实际地震信号的分析,总结出这四种时频分析方法在分辨地震波中的应用效果及优缺点.%Seismic wave is a non-stationary signal, which can not be analyzed comprehensively by classical Fourier transform because of the lack of local information. To non-stationary signal, time-frequency analysis is a powerful analysis tool. In this article, the short time Fourier transform, S transform, Choi-Williams distribution and Zhao-Atlas-Mark distribution are introduced briefly. Their application results and merits &- demerits in distinguishing seismic waves are summarized by using the four methods to numerical examples and real seismic signals.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】6页(P105-110)【关键词】时频分析;短时傅立叶变换;S变换;CWD分布;ZAM分布;数字地震波【作者】姚家骏;杨立明;冯建刚【作者单位】青海省地震局,青海西宁810000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】P315.310 引言对于频率等特征量不随时间变化的平稳信号，传统的傅立叶变换就能很好地建立时域与频域的映射关系。
局域波分解及其在地震信号时频分析中的应用
２ ．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｇ ｅ ｏ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ２ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ — ＷＵ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ ， Ｉ Ａ Ｙｏ ｕ — ｍｉ ｎ ｇ ， ＮＩ ＡＮ Ｊ ｉ ｎ ｇ — ｂ ｏ
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ Ｇ ｅ ｏ － ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ， Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ １ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ；
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｄ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ｂ ａ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｎ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ，ｂ ｅ —
分 辨 率也 较 高 ； 而 基 于 局 域 波 分 解 的 地 震 信 号 Ｗｉ ｇ ｎ ｅ ｒ 分布 ， 保 留 Ｗｉ ｇ ｎ ｅ ｒ 分 布优 良特性 ， 抑制 交叉项 方法 简单 易实 现； 局 域波分解方法适合处理地震信号 ， 值 得 进 一 步研 究和 推 广． 关键词 局域 波， 分解 ， Ｈｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｔ 谱 ， Ｗｉ ｇ ｎ ｅ ｒ 分布 ， 地 震信 号 Ｐ ３ １ ５ 文 献标 识 码 Ａ 文 章 编 号 １ ０ ０ ４ — ２ ９ ０ ３ （ ２ ０ ０ ７ ） ０ ２ — ０ ３ ６ ５ — １ １
利用地震资料时频特征分析沉积旋回
其 理论 基 于地 震 波 频 率 高 低 变 化 能够 反 映沉 积 岩
收 稿 日期 ： ０ ０ １ ２ ： 回 １ ：０ １ Ｏ — ５ ２ １ —１ — ９ 修 ３期 ２ １ 一 ２ ０ 基 金 项 目 ： 南理 工 大学 博 士 基 金 项 目“ 河 滩 海 古 近 系 沙 河 街 组 沉 积 相 研 究 ” 编 号 ： ２ １ — ５ 及 中 国 地 质 大 学 构 造 与 油 气 资 源 教 育 部 河 辽 （ Ｂ ００ １）
利用 地 震 资料 时频 特 征 分 析沉 积 旋 回
冯 磊
（ 南理 工大 学资源环境 学院 ） 河
摘 要 ： 震 资 料 中蕴 含 了丰 富 的 地 下 沉 积 体 信 息 ， 用 小 波 变 换 时 频 分 析 技 术 可 以 使 一 维 的 时 间 域 地 地 采
震 波 信 号拓 展 到 二 维 的 时 间一 率 域 ， 而在 频 谱 图 中更 清 楚 地 刻 画 沉 积 体 内部 的 旋 回 结 构 特 征 。 过 建 频 从 通 立 不 同类 型 的 沉 积 模 型 ． 析 了进 积 、 积 、 积 沉 积 环 境 下 ， 积 体 对 应 地 震 信 号 时 频 图 中 的 变 化 规 律 。 分 退 加 沉 实 际 资 料 验 证 表 明 ． 频 图 中 能 量 团移 动 方 向 与 岩 石 物 性 变化 趋 势 一 致 。 该 方 法 为 无 钻 井 地 区 分 析 沉 积 时 旋 回 特 征 提 供 了一 种 新 的 思 路 和 途 径 。
积体 ， 内部具 有 旋 回特 征 ， 其 构成 沉 积旋 回体 ， 表 代 了沉 积岩 岩性 变化 的韵律 。这 种旋 回变化 使地 球物 理 信号 的频 率表 现 出有 规律 的变化 ｒ。 因此 ， 用 ３ ］ 利
地震信号的时频分析
地震信号的时频分析摘要:石油勘探目前应用最主要的勘探手段是地震勘探方法,通过对所得的地震信号分析,我们就可以获得地层信息,从而分析地层的结构及含油气情况,通过研究表明,地震信号的频率域里包含着丰富的含油气信息,所以对地震信号的时频分析可以有助于我们寻找油气资源,给我们提供更多的油气信息。
本文主要是利用小波变换对单道地震信号做了时频分析研究。
关键词:小波变换时频分析地震信号石油是国家的命脉,目前石油的开采主要采用的是地震勘探方法,地震勘探所获得的地震信号里面包含着多种频率信息,通过小波变换,可将时间域地震记录转换为频率域,从而获得许多在常规地震剖面上所没有的信息。
由于构造运动具有周期性,海平面是有规律的升降,地层的沉积也表现出相应的韵律性和旋回性,而这种旋回性恰好与时频特征的方向性具有一致的特点。
因此,通过时频分析,研究时频特征与地层结构及含油气的内在联系,便有可能解决勘探工作中的许多难题。
1 小波变换小波变换是时间与频率局部化的分析,它是通过不断伸缩与平移小波来达到对信号逐步多尺度的细化,从而达到在高频信号的地方时间细分,在低频信号的地方频率细分,能自动的服从时频信息的分析要求,因而它可以聚焦到信息任意细节上,从而解决了傅氏变换存在的不足,成为继傅氏变换后科学上又一个重大的突破。
小波变换是一种重要的线性时频分析方法。
它不仅继承和发展了短时傅里叶变换的局部化思想,而且克服了短时傅里叶窗口大小不随频率变化,缺乏离散正交基的缺点,它的出现对应用科学产生了强烈冲击,是比较有效的信号分析工具。
像傅里叶变换一样,小波分析就是把一个信号分解为将母小波经过缩放和平移之后的一系列小波,因此小波是小波变换的基函数。
小波变换可以理解为用经过缩放和平移的一系列小波函数代替傅里叶变换的余弦和正弦波进行傅里叶变换的结果。
正弦波从负无穷一直延续到正无穷,正弦波是平滑而且是可预测的,而小波是一类在有限区间内快速衰减到0的函数,其平均值为0,小波趋于不规则,不对称如图1所示。
用于地震信号的高分辨率时频分析方法研究
用于地震信号的高分辨率时频分析方法研究用于地震信号的高分辨率时频分析方法研究地震信号是地球上发生地震时产生的一种波动信号。
地震信号具有复杂的频率分布和时域变化特征，对于地震的监测和预测具有重要意义。
高分辨率时频分析是一种有效的地震信号处理方法，它能够提供对地震信号时域和频域特征的详细解析，有助于进一步理解地震发生的物理机制和预测地震的趋势。
高分辨率时频分析方法有许多种，常用的方法包括小波变换、双边调频分析和短时傅里叶变换等。
这些方法都具有不同的特点和适用范围，可以根据具体的地震信号和研究目的选择合适的方法进行分析。
小波变换是一种基于多尺度分析的时频分析方法。
它通过将信号分解为一组具有不同频率和尺度的小波函数来描述信号的时频特性。
小波变换能够在时域和频域上提供更加详细的信息，可以精确地分析地震信号中的短时变化和频率分布情况。
但是，小波变换也存在某些局限性，例如处理边界效应和选择适当的小波基函数等问题。
双边调频分析是一种基于调频信号分析的时频分析方法。
它通过将地震信号进行解调，得到信号的瞬时频率，并将瞬时频率与时间进行关联，来描述信号的时频特性。
双边调频分析具有较高的分辨率，可以提供信号在时间和频率上的精确变化情况。
但是，双边调频分析也存在难以处理相位信息和计算量大等问题。
短时傅里叶变换是一种经典的时频分析方法。
它通过将信号分成多个短时段，并对每个短时段进行傅里叶变换，来分析信号的时频特性。
短时傅里叶变换具有简单和高效的特点，适用于处理多种地震信号。
但是，短时傅里叶变换也存在时频分辨率不均匀和频谱泄漏等问题。
除了以上介绍的几种方法，还有其他一些高分辨率时频分析方法，例如奇异谱分析、时频锁相分析和累积能量分布分析等。
这些方法在地震信号处理中也具有一定的应用价值。
此外，还有一些改进方法和混合方法，如小波包变换、改进的双边调频分析和改进的短时傅里叶变换等，能够进一步提高时频分析的分辨率和精度。
高分辨率时频分析方法的研究对于地震监测和预测具有重要意义。
地震时频分析与分频解释及频谱分解技术在地震沉积学与储层成像中的应用
地 球 物 理学 进 展
２００９年ｌｏ月（页码：１６７９～１６８８）ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ
ｖ０１．２４，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００９
刘喜武，宁俊瑞，刘培体，等．地震时频分析与分频解释及频谱分解技术在地震沉积学与储层成像中的应用．地球物理学进展， ２００９，２４（５）：１６７９～１６８８，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－２９０３．２００９．０５．０１８． Ｌｉｕ Ｘ Ｗ，Ｎｉｎｇ Ｊ Ｒ，Ｌｉｕ Ｐ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｓｅｉｓｍｉｃ ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔＯ ｓｅｉｓｍｉｃ ｓｅｄｉｍｅｎｔｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｍａｇｉｎｇ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２００９，２４（５）：１６７９～１６８８，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．
１００４—２９０３．２００９．０５．０１８．
地震时频分析与分频解释及频谱分解技术 在地震沉积学与储层成像中的应用
刘喜武１’２”， 宁俊瑞１， 刘培体４， 詹 威５
（１．中国石化石油勘探开发研究院，北京１０００８３； ２．中国石油大学（北京）资源与信息学院，北京１０２２４９； ３．中国海洋大学海洋地球科学学院，青岛２６６１００｝４．中国右化胜利油田物探研究院，东营２５７００１； ５．中国石油大庆钻探工程公司测井一公司，大庆１６３４１２）
地震沉积学和地震储层成像研究中的核心原理 就是如何挖掘和有效利用地震资料中的联合时频属 性信息．联合时频分析、分频解释和频谱分解等技术
是其主要的实现工具．如果不严格区分，时频分析技 术、分频解释和频谱分解，几乎是大同小异的概念， 时频分析算法用于地震资料，延伸应用可实现分频 解释和频谱分解，而分频解释和频谱分解的基础就 是时频分析．地震道进行时频分析或频谱处理的方 法很多，包括短时Ｆｏｕｒｉｅｒ变换、最大熵频谱分析、 连续小波变换以及匹配追踪分解等等，每种方法都 有各自的优点和不足，选择何种方法，根据应用的不 同需要而定．在实际应用中最为重要的如何对分解 的结果进行有效的分析和合理的利用，地震储层研 究和地震沉积研究是重要的应用方面．自ＢＰ公司 应用频谱分解进行薄储层调谐研究以来，地震频谱 分解技术得到快速的发展与推进，本文将对其进行 较为系统的阐述．
地震信号分数域频谱成像基础理论及若干问题研究
本文主要解决两个方面的问题:第一,丰富和发展分数域时频分 析理论;第二,将分数域时频分析方法用于地震信号分析和储层 预测,利用本文提出的分数域时频分析方法,探索并提出了分数 时频域瞬时谱属性。本文的主要研究内容有:(1)研究了常规时 频分析方法,如短时傅里叶变换及谱图、Gabor变换、S变换、 Wigner-Ville分布等。
均方根频率、中心频率、衰减梯度属性和瞬时T-K主能量四种属 性中,分数域衰减梯度属性和瞬时T-K主能量在储层识别的效果 更好。本研究在一定程度上提高了地震资料的解释能力,为油气 勘探开发提供技术支持,从而降低油气勘探和开发的风险。
研究结果表明分数阶傅里叶变换在提高信号时频分辨率方面具 有潜力,因此需要在此基础上作进一步深入研究。
地震信号分数域频谱成像基础理论及 若干问题研究
频谱成像技术是地震勘探和油气储层预测常用方法之一,频谱成 像技术的核心是信号的时频分析,常规时频分析方法存在分辨率 较低、存在交叉项等不足。近年来,在地震信号处理领域出现了 许多新型的信号处理技术以提高谱分解和成像的效果,极大地丰 富了传统谱分解技术的内涵和外延。
本文把自适应的分数域最优窗函数引入Gabor变换谱图,为了提 高分数域Gabor变换谱图的时频分辨率,将自适应最优窗函数的 Wingner-Ville分布作为点扩散函数(PSF),利用分数域Gabor变 换谱图和PSF反褶积来提高分数域Gabor变换谱图的分辨率,从而 得到分数域反褶积Gabor变换谱图。(6)研究了分数域时频属性 在地震信号预测储层中的应用,通过提取地震信号的四种时频域 属性:均方根频率属性、中心频率属性、频率衰减梯度属性、瞬 时T-K主能量属性,通过对比常规时频分析方法提取的上述时频 域属性,结果表明本文提出的分数域时频分析方法的频域属性储 层识别效果更好,能更有效的刻画储层的空间展布。
设备地震响应的频谱分析法
第30卷第1期2003年北京化工大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.30,No.12003设备地震响应的频谱分析法李建丰 徐 鸿 王 楠 缪鸿燕(北京化工大学机电工程学院,北京 100029)摘 要:目前设备抗地震分析一般有两种基本方法:时程分析法和地震频谱法。
文中以实例说明了如何运用有限元数值分析方法来实现频谱分析的步骤:首先进行模态分析,求得结构在地震频谱频率范围内的各阶固有频率;然后进行频谱分析,先求得对应于各阶固有频率的地震响应模态解,再进行模态解合并以得到结构对地震的总响应;再在后处理中进行工况组合得到包括地震载荷在内的各种工况的应力解、位移解。
文中还参照ASME 规范第Ш篇NF 分篇的原则确定了不同工况组合下的应力极限。
关键词:地震响应分析;频谱分析法;有限元分析中图分类号:O31312收稿日期:2002206224第一作者:男,1974年生,硕士生E 2mail :lijianfeng311@引 言随着化学工业、石油工业和核电工业等的发展,大型设备、管道和精密装置逐渐被广泛地应用到工业中,它们的抗地震性能也越来越受到人们的重视,尤其是高毒性化学物质、核材料的反应储运设备和装置,人们要求设备在使用期间可能发生的地震中不至于损坏,有的甚至要求在地震期间能够正常运转。
因而,大型设备、管道及精密装置的抗地震分析成为设计制造过程中不可缺少的一个环节[1]。
如何定量地分析在一定的地震条件下设备的响应,以确定设备在地震时的运动情况、变形情况和应力情况,就成为设备抗地震分析所要解决的课题。
分析地震的响应一般有两种方法:时程分析法和频谱分析法。
频谱分析法目前在设备抗地震分析中被广泛采用[1]。
辅以大型有限元计算程序,这种方法虽然不能解出地震历程中设备运动与时间的函数关系,但可以确定设备上各危险点在整个地震历程中的最大应力和最大位移。