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。

2 地震信号时频分析
地震信号具有持续时间短,突变快等特点,属于典型的非平稳随机信号。

而小波变换能够对信号进行精确的时频分析,同时小波函数的多样性使小波变换具有很强的灵活性和适应性,所以我们利用小波变
换局部研究的优良性质对地震单道信号做了时频分析。

图2为目标区CDP5200地震信号及其小波变换频谱图,从图上我们可以看出小波变换对地震信号的刻画比较好,在高频信号的地方能量较强,在低频信号的地方能量较弱。

通过小波变换,我们可以很好的得到信号的频率信息,利用这些信息,我们可以更好的进行油气预测。

参考文献
[1]李庆忠.走向精确勘探的道路[M].石油工业出版社,1993.
[2]王西文,刘全新,赵应成,等.地震信号瞬时特征在小波域分频提取的方法和应用[J].石油地球物理勘探,2000,35(4):452～460,478.。