多分量地震自適應極化濾波方法研究.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，可以解決復雜構造成像、裂隙描述及巖性勘探等難題。但是，由于多分量地震的波場比較復雜，根據(jù)不同的勘探目的，需要將不同的波場信息進行分離及去噪，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，實際采集到的地震波是不同類型、不同極化特性的振動相互干涉和疊加的結果。極化分析就是一種基于地震波的極化特性基礎上

2、的信號處理方法，通過測量各種類型地震波的極化屬性來簡化信息的提取，在特定波型的識別與分離、各類噪聲的壓制、橫波分裂分析、多波震相識別和確定波至到時等方面都有很好的效果。因此，多分量地震極化分析研究對于多分量地震的理論研究和實際應用有著深遠的意義。
　　本文針對多分量地震，在時間域和時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變換的基礎上，提出了一種改進的廣義S變換（NGST）。改進的廣義 S變換主要

3、針對窗函數(shù)進行改造，引入了一個以頻率為自變量的調(diào)節(jié)函數(shù)，該時窗采用寬度可變的高斯函數(shù)，通過設置調(diào)節(jié)因子，使得窗函數(shù)的寬度可以隨信號頻率呈線性或指數(shù)變化。這樣，不僅能使窗函數(shù)的時寬隨頻率變化的速率變快，同時，窗函數(shù)時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)地震信號的特點。通過合成信號的S變換和NGST時頻譜對比分析，NGST時頻譜在各頻率成份的能量中心的聚集性更好，時頻分辨率得到了提高，為后續(xù)時頻域極化分析方法的研究奠定了數(shù)

4、學基礎。
　?。?）標準協(xié)方差矩陣的時間域極化分析方法窗口長度固定，在實際應用中，時窗長度的選擇完全依賴于經(jīng)驗判斷，而且在給定長度的時窗內(nèi)求得的極化參數(shù)不具有時變特性，因此，不可避免地會出現(xiàn)解釋上的假象。另外，由于時窗長度的影響，無法確定記錄開始和結束部分的極化參數(shù)。目前，該方法在實際應用中有很大的局限性。鑒于此，本文引入了自適應窗函數(shù)，該窗函數(shù)的長度自適應于三分量地震記錄的瞬時頻率，避免了在選擇時窗長度時的人為影響。而且該極化分

5、析方法是在三分量地震記錄的每一個時間采樣點上求極化特征參數(shù)的，因此不需要進行插值處理。
　?。?）將自適應協(xié)方差極化分析方法和時頻分析方法相結合，研究了基于小波變換和廣義 S變換的時頻域自適應協(xié)方差極化分析方法。該方法建立在協(xié)方差矩陣的基礎上，用一個近似方程來計算時窗內(nèi)的協(xié)方差矩陣，這個時窗是由多分量記錄的瞬時頻率確定的，其長度自適應于每個時頻點處的地震波的優(yōu)勢周期；在每個時頻點估計極化特征參數(shù)，不需要進行插值；明確地將極化分布和

6、時頻分析方法聯(lián)系起來，在時頻域設計中濾波器，進行波場識別和分離。處理結果表明，該方法可以在時頻域中準確提取各個采樣點的所有極化屬性，具有一定的實用性。
　?。?）在廣義S變換時頻分析方法基礎上，實現(xiàn)了一種時頻域瞬時極化分析新方法。該方法不再依賴協(xié)方差矩陣，而是根據(jù)多分量信號的時頻譜及瞬時相位來計算極化參數(shù)，例如極化主軸、極化次軸、極化率、平面化向量等。由于該方法在時頻域中實現(xiàn)，結合了時頻分析方法的優(yōu)勢，在波形識別方面更加準確。通過

7、極化率可以識別并分離線性極化波和橢圓及圓形極化波，通過平面化向量與各分量之間的夾角大小，定性識別平面波和非平面波。
　?。?）結合廣義 S變換和譜分解方法，在時頻域通過多分量地震數(shù)據(jù)時頻譜的實部和虛部來表征極化橢圓，通過求取時頻域中極化橢圓在每一個時頻點的極化參數(shù)，將各分量信號分解為“線性”信號和“圓形”信號，再對各分量的“線性”信號和“圓形”信號進行廣義S反變換，最終得到線性極化波和橢圓極化波，達到波場分離的目的。該方法的一個優(yōu)