多分量地震自適應(yīng)極化濾波方法研究.pdf

1、與常規(guī)單分量反射地震相比，多分量地震的波場(chǎng)信息更加豐富，聯(lián)合利用縱波激發(fā)、多分量檢波器接收的多波地震資料，可以解決復(fù)雜構(gòu)造成像、裂隙描述及巖性勘探等難題。但是，由于多分量地震的波場(chǎng)比較復(fù)雜，根據(jù)不同的勘探目的，需要將不同的波場(chǎng)信息進(jìn)行分離及去噪，為后續(xù)的資料處理和解釋提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。
　　不同類型地震波的極化特性不同，實(shí)際采集到的地震波是不同類型、不同極化特性的振動(dòng)相互干涉和疊加的結(jié)果。極化分析就是一種基于地震波的極化特性基礎(chǔ)上

2、的信號(hào)處理方法，通過(guò)測(cè)量各種類型地震波的極化屬性來(lái)簡(jiǎn)化信息的提取，在特定波型的識(shí)別與分離、各類噪聲的壓制、橫波分裂分析、多波震相識(shí)別和確定波至到時(shí)等方面都有很好的效果。因此，多分量地震極化分析研究對(duì)于多分量地震的理論研究和實(shí)際應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的意義。
　　本文針對(duì)多分量地震，在時(shí)間域和時(shí)頻域分別研究了極化分析和濾波方法,取得了如下成果：
　?。?）在 S變換的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的廣義S變換（NGST）。改進(jìn)的廣義 S變換主要

3、針對(duì)窗函數(shù)進(jìn)行改造，引入了一個(gè)以頻率為自變量的調(diào)節(jié)函數(shù)，該時(shí)窗采用寬度可變的高斯函數(shù)，通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)因子，使得窗函數(shù)的寬度可以隨信號(hào)頻率呈線性或指數(shù)變化。這樣，不僅能使窗函數(shù)的時(shí)寬隨頻率變化的速率變快，同時(shí)，窗函數(shù)時(shí)寬大小隨頻率的變化不再受線性變化的約束，這更符合非平穩(wěn)地震信號(hào)的特點(diǎn)。通過(guò)合成信號(hào)的S變換和NGST時(shí)頻譜對(duì)比分析，NGST時(shí)頻譜在各頻率成份的能量中心的聚集性更好，時(shí)頻分辨率得到了提高，為后續(xù)時(shí)頻域極化分析方法的研究奠定了數(shù)

4、學(xué)基礎(chǔ)。
　?。?）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)方差矩陣的時(shí)間域極化分析方法窗口長(zhǎng)度固定，在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)窗長(zhǎng)度的選擇完全依賴于經(jīng)驗(yàn)判斷，而且在給定長(zhǎng)度的時(shí)窗內(nèi)求得的極化參數(shù)不具有時(shí)變特性，因此，不可避免地會(huì)出現(xiàn)解釋上的假象。另外，由于時(shí)窗長(zhǎng)度的影響，無(wú)法確定記錄開(kāi)始和結(jié)束部分的極化參數(shù)。目前，該方法在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性。鑒于此，本文引入了自適應(yīng)窗函數(shù)，該窗函數(shù)的長(zhǎng)度自適應(yīng)于三分量地震記錄的瞬時(shí)頻率，避免了在選擇時(shí)窗長(zhǎng)度時(shí)的人為影響。而且該極化分

5、析方法是在三分量地震記錄的每一個(gè)時(shí)間采樣點(diǎn)上求極化特征參數(shù)的，因此不需要進(jìn)行插值處理。
　?。?）將自適應(yīng)協(xié)方差極化分析方法和時(shí)頻分析方法相結(jié)合，研究了基于小波變換和廣義 S變換的時(shí)頻域自適應(yīng)協(xié)方差極化分析方法。該方法建立在協(xié)方差矩陣的基礎(chǔ)上，用一個(gè)近似方程來(lái)計(jì)算時(shí)窗內(nèi)的協(xié)方差矩陣，這個(gè)時(shí)窗是由多分量記錄的瞬時(shí)頻率確定的，其長(zhǎng)度自適應(yīng)于每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)處的地震波的優(yōu)勢(shì)周期；在每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)估計(jì)極化特征參數(shù)，不需要進(jìn)行插值；明確地將極化分布和

6、時(shí)頻分析方法聯(lián)系起來(lái)，在時(shí)頻域設(shè)計(jì)中濾波器，進(jìn)行波場(chǎng)識(shí)別和分離。處理結(jié)果表明，該方法可以在時(shí)頻域中準(zhǔn)確提取各個(gè)采樣點(diǎn)的所有極化屬性，具有一定的實(shí)用性。
　?。?）在廣義S變換時(shí)頻分析方法基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一種時(shí)頻域瞬時(shí)極化分析新方法。該方法不再依賴協(xié)方差矩陣，而是根據(jù)多分量信號(hào)的時(shí)頻譜及瞬時(shí)相位來(lái)計(jì)算極化參數(shù)，例如極化主軸、極化次軸、極化率、平面化向量等。由于該方法在時(shí)頻域中實(shí)現(xiàn)，結(jié)合了時(shí)頻分析方法的優(yōu)勢(shì)，在波形識(shí)別方面更加準(zhǔn)確。通過(guò)

7、極化率可以識(shí)別并分離線性極化波和橢圓及圓形極化波，通過(guò)平面化向量與各分量之間的夾角大小，定性識(shí)別平面波和非平面波。
　　（5）結(jié)合廣義 S變換和譜分解方法，在時(shí)頻域通過(guò)多分量地震數(shù)據(jù)時(shí)頻譜的實(shí)部和虛部來(lái)表征極化橢圓，通過(guò)求取時(shí)頻域中極化橢圓在每一個(gè)時(shí)頻點(diǎn)的極化參數(shù)，將各分量信號(hào)分解為“線性”信號(hào)和“圓形”信號(hào)，再對(duì)各分量的“線性”信號(hào)和“圓形”信號(hào)進(jìn)行廣義S反變換，最終得到線性極化波和橢圓極化波，達(dá)到波場(chǎng)分離的目的。該方法的一個(gè)優(yōu)