高精度时频分析方法

⑴ 时频分析一般几毫秒一个点

时频分析所采样的哪拍时间间隔取决于多李孝羡种因素，例如信号的带宽、分析精度、采样率等。通常情况下，时频分析的采样间隔可以是几毫秒到几十毫秒之间，这也被称为时间分辨率。然而，对于高频信号或者需要高分辨率的应用，采样间隔可能会更小，例如微秒级别。总之，采样间隔需要根据信号特性和应用需求来慎亮确定，以充分表达信号的信息并获得所需的精度。

⑵ 时频分析的主要方法

时频分析
时频分析（jtfa）即时频联合域分析（joint
time-frequency
analysis）的简称，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，它作为一种新兴的信号处理方法，近年来受到越来越多的重视。时频分析方法提供了时间域与
频率域的联合分布信息，清楚地描述了信号频率随时间变化的关系。
时频分析的基本思想是：设计时间和频率的联合函数，用它
同时描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度。时间和频率的这种联合函数简称为时频分布。利用时频分布来分析信号，能在
每一时间指示出信号在瞬时频率串附近的能量聚集情况，并且能够进行时频滤波和时变信号综合。
信号时频分析的重要性
（1）时间和频率是描述信号的两个最重要的物理量。
（2）信号的时域和频域之间具有紧密的联系。
时频分析的主要方法
（1）窗口傅立叶变换（gabor变换）；
（2）连续小波变换；

⑶ 地震资料高分辨率分频技术解释结果分析

常规的振幅分析在地震资料的主频范围，是由地震采集参数、大地滤波、资料处理综合产生的，时频分析是一个连续的时频分析技术，提供在每一个地震道的每一个采样点上的频谱分析，方法是匹配追踪的分解，基础是小波变换，频谱分解的目标是分解叠加后的地震道，目的是研究频率、振幅、流体和厚度，是一种有效的油气勘探的方法。

方法的应用包括分辨率的提高、改善层序特征的视觉效果，薄互层厚度的估计、噪音压制、改善频谱的均衡和指示油气，频谱分解能在不同方面帮助油气检测的解释，在厚层的欠压实气层会引起异常的高衰减，低频阴影，由于岩石的含气、含水造成协调频率的有效显示。与频率有关的振幅随偏移距郑蚂变化。

频谱道集是随频率增加和一个地震道或复合地震道的频谱显示，这个地震道集反映了分解后的每一个单频排列在一起的视觉效果。

另外，对于某一个地震同相轴，这些振幅的信息可以被划出来，能够观测到振幅随频率的变化关系，是用一种量化的方法来同时对比许多地震道。

运用FPT1公司特有的频谱分析软件，对腰英台地区220km²的三维叠后地震资料进行分频处理，产生的560Hz的单频数据体，许多与频率相关的属性都会被提取出来，包括主频、沿层时频分析，分段频谱内的振幅斜率，通过分析可能的油气藏的属性特征，并试图显示出频谱分析对使用地震资料的重要性。

沿层时频分析技术，是在选定的时窗范围内，从每一个单频数据体提取平均或主振幅，产生了一个SEG-Y格式的文件，纵坐标反映一个对应地震解释层位的频谱信息，AVI格式的动画是从这些沿层时频分析资料中产生出来的，展示的是对于研究层段分频后的振幅变化规律，频率斜率是计算在主频之后的振幅随频率衰减的斜率。

在研究区内对T₄面进行了详细的频率解释和分析，发现了6个异常区（图4-66）。

图4-66 标准化23Hz频率图上的不规则带（a）和频率间隔（b）图

（一）井点处的频率分析

研究区内有8口钻井穿过T₄面，每一个单井上火成岩储层段的频率分析图显示，在5个产气井中（YS1、ChaS1、YS101、YS102井和YS2井）从储集体的顶面（实线）到底面（虚线）有明显的3～7Hz纵向随深度增加的主唯罩频衰减（图4-67a），然而在另外的三口落空井中（YN1、D2井和DBl1井），主频没有随深度的变化而衰减（图4-67b）。

沿T₄面以下提取50ms时窗进行沿层时频分析，很容易发现YS1井区周围显示一个明显的频率衰减，理论上，厚层含气岩性的高频部分被吸收导致高频部分的能量衰减（图4-68）。

简要的说，根据8口井详细的频指丛闹率分析，我们认识到腰英台火成岩储集体的两个频率特征：①在横向沿层时频分析图上，主频的快速衰减；②对在单个道的地震频谱道集纵向的分析中发现，火成岩储集体底部具有低主频响应特征。

图4-67 T储4层顶、底面频率分析图

a—5口含气井；b—3口不含气井a: 1—YS1顶；2—YS1底；3—YS101顶；4—YS101底；5—YS102顶；6—YS102底；7—ChaS1顶；8—ChaS1底；9—YS2顶；10—YS2底b;1—YN1顶；2—YN1底；3—D2顶；4—D2底；5—DB11顶；6—DB11底

图4-68 YSl井区50ms时窗频率间隔上的差异

（二）地震数据体频率异常分析解释

地震数据体频率异常分析解释有六个频率异常区：

（1）第1异常区。从图4-69a和图4-69b可以看出，通过23Hz和35Hz的主频对比发现明显的异常，在图4-69b和Avi2（动画）显示明显的振幅随频率的快速衰减，图4-69c显示振幅随频率的快速衰减的斜率，在红色区显示较大的振幅衰减斜率。振幅随频率的快速衰减现象是地震波在高频末端通过气层被吸收的证据，我们注意到振幅随频率的快速衰减与目前4口气井（YS101、ChaS1、YS1、YS102井）所处的区域范围相符，从而能解释高频部分被吸收，这也是火成岩存在充分的证据。

图4-70和Avi5通过（YS101、ChaS1、YSl井和YS102井）任意连井线显示了在纵向和横向上频率异常区的范围，在CDP道号30～110之间显示的频率衰减为气层底界特征，这个异常区就是腰英台深层气田。

图4-69a 第1异常区标准化频率23HzSOH图

图4-69b 第1异常区标准化频率35Hz SOH图

图4-69c 第1异常区频率间隔图

图4-70a YS101—ChaS1—YS1—YS102井Arb线位置图

图4-70b YS101-ChaS1-YSI-YS102井Arb线

图4-70c YS101—ChaS1—YS1-YS102井标准化频率Arb线

从腰英台气田的实钻结果看，营城组火山岩气藏具有明显的上气，下水的块状气藏特点。腰英台深层油气田构造高部位的YSl井火山岩储层产纯气，处于构造西翼的ChaS1井，纵向上试气或综合解释均为上部产气、下部产水。在平面上，YS1 井区块构造位置较ChaS1井高，中途测试产纯气（20.5×10⁴m³）；从测井解释成果看，ChaSl、ChaS1-1、ChaS1-2和ChaS1-3等井气水界面在3796～3804m 之间，YS1、YS101和YS102等井气水界面在3793～3800m之间。综合腰英台油气田田构造特征和气水分布规律可以看出，营城组火山岩含气层系块状构造－岩性底水气藏，与分频率结果较为吻合。

（2）第2异常区。图4-71和Avi6（同1区）显示的是第2个异常区，这个异常较腰英台深层气田弱，但对比图4-71a和4-71b也能发现较清晰的异常，图4-71在T₄面以下100ms显示一个异常的低频能量（10Hz）区。这个异常区被证实为YS2井区，而实钻结果是YS2井于T₄面以下营城组钻遇良好气显示，但中途测试获日产3000多方的低产气流，为含气丰度相对较低的气藏，与分频结果的弱异常显示较吻合。

（3）第3异常区。图4-72a-b和Avi 9（同1区）显示的是第3个异常区，区内通过衰减速度斜率变化发现，频率异常是不同的。

（4）第4异常区。结合T 4面构造图，图4-73（a-b）和Avi13（同1区）表示了第4个异常区，图4-74显示可能含油气的储层底部低频阴影。

图4-71a 第2异常区标准化频率20Hz SOH图

图4-71b 第2异常区标准化频率29Hz SOH图

图4-71c 第2异常区频率间隔图

图4-72a 第3异常区标准化频率36Hz SOH图

图4-72b 第3异常区频率间隔图

图4-73a 第4异常区标准化频率20HzSOH图

图4-73b 第4异常区频率间隔图

（5）第5异常区。图4-75（a-b）和Avi16表示第5个异常区，图4-75c表示的是大的频率变化区。

（6）第6异常区。图4-76（a-b）和Avi 19显示第6个异常区。

图4-74 第4异常区储层顶（a）底（b）10Hz频率异常对比图

图4-75a 第5异常区标准化频率21Hz SOH图

图4-75b 第异5常区标准化频率30Hz SOH图

图4-75c 第5异常区频率间隔图

图4-76a 第6异常区标准化频率20Hz SOH图

图4-76b 第6异常区标准化频率33Hz SOH图

在YSl井区和YS2井区T₄面之下的火成岩储集体发现明显的频率异常，这些异常特征是：①横向上主频快速衰减；②纵向上储集体底部的低频响应，一些低频阴影现象也能被发现。根据这些特征，T₄反射层下火成岩的其他四个异常区也是有希望和值得探索的。

频率分析是一种有效的、直观的研究地震频率属性的方法，地震频率异常预示油气藏存在的可能，频谱分析是对地震属性研究预测油气的一种有效工具。

⑷ 脑电数据的时频分析

为了厘清思路，全文将按照如下三部曲进行简单开展。

首先，时频分析是什么？
其次，为乎做什么要有时频分析？
最后，如何进行时频分析？

如果你了解过一点脑电的话，那一定听说过ERP这个词，也就是事件相关电位。也可能听说过诸如 P300、N170、P1这样的成分。比如说，P300 顾名思义是在事件相关刺激300-400ms出现的正电位，主要位于中央皮层区域，其峰值大约出现在事件发生后300ms。

所谓的时频分析，简单从字面上来理解就是在时间和频率的范围内进行的分析，所以它既包含时间信息又包含频域信息。在文献中看到的time-frequency analysis 就是时频分析，大概是下图一样：
首先横坐标是时间轴；纵坐标是频率轴；图中此并的颜色代表power的强弱。岁扒衡
这样的设置就可以在一张图上同时涵盖时间、频率和power三个方面的信息了。

上面也提到， 对于信号来说，仅仅是从时间上进行分析并不足以完整地描述其特征，可能会丢失信息。 同理，如果仅仅从频率上进行分析也不丢失时间上的信息。单一维度的时间或者频率都不能有效概括整个信号特征，所以，就出现了时频分析。

这也是时频分析出现的一个最主要的原因。 接下来就有另外一个重要问题出现了：什么样的数据不能简单从时间或者频率上进行单维度分析呢？

这就是非稳态数据。
非稳态的意思是说频率随着时间会有很明显的改变。比如说，下图中信号一开始是快波，后来又变成了慢波，接着频率又开始增快。由此，它的频率也是不稳定的，是随着时间的变化而变化的，这样的数据就是一种非稳态的数据。

这种非稳态数据如果只是进行时间上的分析，就会丢失频率改变的信息；如果只是进行频率分析，又会丢失随着时间会发生改变的信息。因此，想要全面描述，即，获得信号随着时间的改变，其频域上也有所改变这样的特征，就需要既有时间，又有频域，也就是需要进行时频分析了。

在脑电数据中，非稳态数据的典型代表就是ERD和ERS了。
ERD指的是事件相关去同步化 event-related dcsynchronizafion；
ERS指的是时间相关同步化 event-related synchronizafion。
在具体介绍这两个概念时，其实也就说明了，为什么说非稳态数据的典型代表就是ERD和ERS。
ERD/ERS：在事件相关实验中，感觉刺激或认知任务可在一定频段内增加或减少脑电图节律性活动，这些事件相关频谱变化称为事件相关同步/(去)同步。
如下图所示，ERD实际上就是在刺激出现前振荡强；在刺激出现后振荡弱，或随后又恢复。

而ERS恰好相反，实际上就是在刺激出现前振荡弱；在刺激出现后振荡强，或随后又恢复。

这两种数据其实最大的特征就是锁时非锁相。
锁时锁相这个词最常出现在ERP中，这也是分析ERP的一个非常重要的基础。锁时锁相简单说就是在特定时刻出现特定的同样形状的波形，它们的相位是相同的。因此，这样的特点也被用来在叠加平均中消除无关噪音。
假设所有的无用噪音是完全随机的，有用的成分是锁时锁相的，因此，把所有的被试的波形都进行叠加，随机噪音相互抵消，最终只会留下有用的部分。
但是，对于锁时非锁相数据来说，虽然锁时，在特定时间内会出现；但是非锁相，相位不同，这样在进行叠加时，有用的部分就会被抵消。
所以，这样的数据是不可以进行时域上的分析的，叠加时会消除这部分的特征。这时就需要进行时频分析。

时频分析就是时间+频域上的分析。简单来说，可以通过一个维度上的结果加上另一个维度上的结果表示。
因为频域上的结果需要进行傅里叶变换才能将信号从时间范围变化为频域范围，所以要想再加上时间信息，就可以选择给数据加窗。
在一段数据上加上窗口，对每个窗口上的这一段数据进行傅里叶变换，这样就可以求得这部分时间上的频域信息了，也保留了这段数据的时间信息（即窗口）。
当窗口在时间轴上移动时，就可以按照不同的时间把这段数据分割成不同的窗口，对每个窗口都进行傅里叶变换，这样就会有很多个时间窗口上的频域信息了，再将这些求得的若干窗口上的频域信息按照时间顺序拼接起来就可以得到时间和频域上的信息了，这就是时频图了。

窗口有很多种加法，有很多种算法。添加窗口时一定要得当，也就是说，窗口不能太大或者太小。过大会减少时间上的精度，过小则会影响数据点的个数，进而影响傅里叶变换后频域上的精度。
这也就是说，窗口实际上是很大程度上受制于波形的影响。如果是慢波，窗口就要大一点；如果是快波，窗口就要小一点。

也因为窗口长度不好确定这一点，还有另外一种计算方式是小波变换。
小波变换是一种自适应的方式，根据周期调节窗口的大小。如果周期大（慢波，频率低），窗口就大一点，如果周期小（快波，频率高），窗口就小一点。
也就是说，在一段数据上不在固定时间窗口，而是通过小波变换的方式选择，进而将时间和频域上的信息综合起来。
小波变换也不是全能的，这种算法对低频段的数据表现并不是很好。

⑸ 地震沉积学分析技术

地震沉积学是近年来新兴学科，它是一门在地质模型指导下利用地震信息和技术研究有关沉积体的三维构成及其形成过程的学科。其研究基于三维地震、环境分析、露头、岩心联合反馈，识别沉积单元的三维几何形态、内部构成和沉积过程，是继地震地层学、层序地层学之后出现的一门新的边缘交叉学科。曾洪流等（1998）在对墨西哥湾北部中新世地层Tiger浅滩地区高频层序研究中，首次提出了地震沉积学是利用地震资料来研究沉积体三维构成及其形成过程的一门学科；Schlager（2000）、Eberli、Masaferro和Sarg（2004）等进一步完善了地震沉积学概念；2005年2月，在美国休斯顿召开了地震沉积学国际会议，2006、2007年国际沉积学大会，地震沉积学都是会议的主要议题之一。继地震地层学、层序地层学之后，地震沉积学作为一门新的学科越来越受到人们的关注。

地震沉积学是基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程。精细沉积建模是地震沉积学研究的基础，尤其在高精度等时框架中动态地恢复沉积体系的三维空间展布及其演化，是当今沉积学研究的主要方向。高精度层序地层学方法帮助解决储集体在多重控制因素下的演化，具动态建模的意义。首先，高精度层序地层学提供了建立精细的等时格架和分层手段，为储层建模提供了一个高分辨率的等时地层框架。运用高精度层序地层学方法，沉积体系分析是随着时间的变化而进行的动态分析，不仅可以揭示沉积体系的内部构成要素的基本特征（Lamers和Carmichael，1999）、古地形和地貌变化（Smallwood和Gill，2003；Morgan，2004），还可以揭示各种沉积体系在等时格架中的空间分布和随时间的迁移变化规律（Long等，2004；Cartwright 和Huuse，2005）。这些动态的概念模式对储集体的展布及其储集物性提供了更好的预测。此外，由于层序识别分辨率的提高，对储集相带划分也日益精细。

总体说来，地震沉积学是在高分辨率地震资料支持下对典型沉积体进行精细刻画的过程，目的是更为精细的、更为精确的描述沉积体三维空间展布。因此，地震沉积学应用体现在对高级别层序界面、高频单元、高精度沉积体的识别和刻画。

（一）高级别界面的识别技术——构筑地质体界面

1.多元参数精细标定

多元标定是地震沉积学研究的基础，其目的是为储集砂体的精细解释提供标准格架，所用关键技术是多元标定技术。其实质是将地质、测井、钻井等多种信息与高品质三维地震剖面结合，实现“点-线”的统一。

2.相位转换

在地震数据体中，零相位数据体在地震解释中具有子波的对称性、主瓣中心（最大振幅）与反射界面一致以及较高的分辨率等优点，但这些优点只有在海底、主要不整合面、厚层块状砂岩顶面等单一反射界面情况下才能体现出来。而且，零相位地震数据中岩性地层与地震相位间不存在必然的对应关系。尤其是存在许多薄地层互层时，要建立地震数据和岩性测井曲线间的联系很困难。常用的方法主要是90°相位转换，但是，在特殊的地区相位角的转换度数要根据目的层位高频层序界面对应的地震相位角来决定。

(二）高频单元划分技术——构筑地质体序次

1.分频技术

研究表明，低频地震资料中的反射同相轴更多地反映岩性界面信息，而高频资料中的同相轴更多地反映时间界面信息。基于这一认识，采用分频解释的方法，针对不同的地质目的使用不同频段的地震数据。地震沉积学中使用的分频解释是基于地震资料的频率成分控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构这一原理。一般而言，地震子波的频率越高，相应的地震资料与测井信息就吻合得越好，此为分频解释的基本依据。因此，运用分频解释技术是地震沉积学对地震频率控制同相轴倾角和内部反射结构这一认识的一个反映。

2.时频三原色技术

地震资料中连续的频率变化本身蕴含了丰富的地质信息，不同级别的地质层序体对应着地震剖面上的不同频率特征，仅采用分频解释方法还不能将这类信息充分利用起来，而时频分析方法恰好弥补了这一缺陷。时频分析即频率时间扫描，它通过快速傅里叶变换将时间域的地震记录转化到频率域，利用时频分析技术按不同频率进行扫描分析可以识别出由大到小的各级层序体，从而得到一些地震剖面上没有的信息。由于纵向上频率变化的方向性代表了岩性粗细的变化，所以时频分析不但可以用于地层层序解释，还可以用于划分沉积旋回和推断水体变化规律及沉积环境变化。因此在地震沉积学的研究中，分频解释与时频分析技术应结合起来使用。

（三）高精度沉积体系精细刻画技术——构筑地质体空间配置关系

1.测井约束反演技术

测井约束反演技术在地震储层预测和砂体描述中是不可缺少的技术，在砂岩岩性油藏描述中发挥了非常重要的作用。地球物理学家李庆忠院士曾指出“波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达形式”。目前，测井约束反演处理已经成为处理常规目标的一种手段。这项技术在实际应用中涉及测井曲线校正及归一化处理、合成地震记录与地震子波提取、建立低频模型等相关方法。

2.地层属性分析技术

地震属性是从地震数据中推导出来的几何学、运动学、动力学、统计学特征的具体（特殊）测量值。储层物性和充填在其中的流体性质的空间变化，会造成地震反射速度、振幅、频率等的相应变化。当目标地区的地震地质确定的情况下，只要储层或流体性质变化的特征参数达到某一相应的限度，地震剖面就会有表现为波形、能量、频率、相位等一系列基于几何学、运动学、动力学的地震属性的明显的变化。尽管目前研究人员尚无法找到地震属性与地质目标间一一对应的成因联系，但通过大量油气勘探实践和经验的统计结果表明，井点处的储层性质与地震属性之间往往存在某种线性或非线性统计关系。据此可以推断，在某一特定的范围内，井之间储层性质和地震属性也同样符合这种统计关系，这也是利用地震属性进行储层预测的前提条件。该技术目前已广泛应用于地震构造解释、地层分析、油藏特征描述以及油藏动态检测等各个领域，在油气勘探与开发中所发挥的作用越来越大。目前常用的属性有振幅属性（波阻抗、反射系数、速度、吸收）和相位属性，同时近年来还发展了相干分析结束、频谱分解技术、AVO技术和波阻抗反演技术。在实际操作过程中，一般遵循“建立地震解释和属性分析的工区→进行层位解释和闭合→依据研究任务筛选和提取相关的地震属性→地震属性优化”流程。

3.地层切片分析技术

通过三维地震的水平成像（即时间切片）可以产生高分辨率的沉积相图像。常用的切片类型包括时间切片和沿层切片。时间切片是沿某一固定地震旅行时对地震数据体进行切片显示，切片方向是沿垂直于时间轴的方向，它切过的不是一个具有地质意义的层面；沿层切片是沿着或平行于地震层位进行切片，它更倾向于具有地球物理意义。

要注意的是，切片和属性分析必须要具有地质含义，不但可最大限度地识别并刻画沉积砂体的时空分布，且可证实砂体的物源方向。

（四）典型沉积体地震沉积学研究实践

利用前文所述的地震沉积学方法技术，对东营凹陷发育的东营-永安镇三角洲进行解剖，尝试从更精细的角度刻画储集体空间展布形态。在前文的地层格架构建过程中，沙河街组三段中亚段识别出9个进积单元（图3-14），10个层序界面（2个三级层序界面，8个4级层序界面）。

图3-14 东营三角洲进积体刻画剖面图

在研究过程中，发现东营三角洲区受多物源影响（潍北凸起物源、青坨子凸起物源、北部物源），断层多且交互影响，如果采用传统的沉积学研究手段，很难将多个方向的物源体系解剖清楚，在实际操作中采用分区统计、精细解释手段，对不同的物源区进行单独解剖和分析，阐明各物源区的变化特征；属性分块时尽量避开断层复杂区域；同时利用分频技术、时频三原色技术、小波变换、地层切片技术、地震正演等地球物理方法，建立不同层位地震反射特征平面变化与沉积环境之间的关系。

1.关键层序界面的识别

利用区域层序地层分析中合成记录建立的速度场，精确标定了研究层位的两个关键界面——T₄、T₆。T₄、T₆是沙河街组三段中亚段的顶、底界面，也是一个三级层序的顶、底界面。T₄界面在东营凹陷西北部表现为连续性好的强振幅反射特征，向东逐渐演变为连续性差的弱振幅反射，表现出“北强南弱、西强东弱、整体上移”的特征；T₆界面由于油页岩的大面积出现，在整个工区内都非常稳定，表现出连续性好的强振幅反射，至东—东南部，接近物源供给区，为一系列进积反射的底界面，界面之上下超特征明显。

2.高频单元识别与划分

（1）常规地震剖面识别方法。常规地震剖面中，四级层序界面用内部强轴反射特征、顶底接触关系、上下结构差异、内部进积结构等4个原则进行四级层序界面的识别。常规变面积剖面中，强轴的出现意味着波阻抗差异的增大，而在三角洲进积区，则可能意味着上下进积期次岩性上的差异性，分布较稳定的强轴可将进积体划分为多个单元（图3-15）。

图3-15 利用稳定的强反射同相轴进行进积单元的划分

（2）分频技术在四级层序界面识别中的应用。地震分频技术是一种基于频谱分析的地震成像方法，可揭示地层的纵向整体变化规律、沉积相带的空间演变模式，并能描绘与分析储集层厚度分布，定量检测单砂体级别的薄互层砂体。

东营凹陷内的东部叠前三维工区的主频为20Hz，带宽为10～40Hz，在研究中将原始剖面进一步细化为10Hz、20Hz、30Hz和40Hz的剖面（图3-16），对比发现：低频剖面中，地震同相轴数量减少，三级层序界面（如T₁，T₂，T₃等）强振幅、连续性好的特征被进一步地凸显出来，且每一期进积单元的顶底界面处顶超和下超特征清晰；高频剖面中，地震同相轴与原始剖面相比增多，对于界面的识别具有干扰的作用。

在分频的基础上，利用10Hz剖面进行沙三中层序内部进积单元的识别和划分，通过与原始剖面对比研究发现，10Hz的分频结果，能滤去弱轴、短轴的干扰影响，界面连续，内部进积特征清晰，可将东营三角洲砂体进积形态完美地刻画出来（图3-17）。

图3-16 原始剖面、分频剖面与时频三原色剖面的对比（T1842测线）

如前所述，高频剖面（如40Hz剖面）中地震反射同相轴数量增多，则意味着地震剖面的分辨率得到“相应的增强”。本次研究中，通过对40Hz剖面进积单元的同相轴划分与单井岩性、钻井资料及测井的对比，发现三者对应关系良好，因此认为东营三角洲进积主体区域可运用40Hz高频剖面进行高频层序的划分（图3-18）。

（3）时频三原色技术在四级层序界面识别中的应用。为了有效利用地震频率信息，合理显示每个样点的优势频率，研究中使用Geoscope软件中的RGB模块，分别用红、绿、蓝3种颜色，表示低、中、高分频信息，然后按照小波分频能量比较结果做色彩叠加显示，时频三原色剖面中三角洲进积特征也非常清晰。

从时频三原色剖面中发现：断层的形态更加清晰，地震同相轴形态清晰，一些特殊的地质现象凸现出来，如T₄界面处的下切河道、呈波状反射特征富含油的浊积体以及T₆界面的油页岩等特征均可明显地观察到。

3.基于属性分析技术的沉积体刻画

由于东营凹陷中央受北部物源、东营三角洲物源和永安镇三角洲物源的共同影响，整体属性提取效果较差，因此，研究工作需要分区进行，分别提取各物源影响范围内的地震属性并进行分析（图3-19），以期获得比较可信的沉积信息。通过对圈定的范围内提取的属性对比，发现总均方根振幅（Total ABS Amplitude）属性对该区域的沉积环境具有良好的对应性。下面将以第4套进积单元（Z4）为例进行说明。

图3-17 利用低频剖面（10Hz）进行进积单元的划分（T1842测线）

图3-18 利用高频剖面（40Hz）进行高频层序的划分（T1842测线）

图3-19 东营三角洲沉积区内2个区块属性提取

1）东营三角洲属性特征分析

在该区层间总均方根振幅属性图上能够清晰地识别出东营三角洲前缘范围（主进积区）（图3-20）。沿三角洲进积方向可进一步划分出三角洲平原区和三角洲前缘区（图3-20）。在三角洲前缘的前端，存在一些范围不大的异常体（图3-21），通过对比钻井资料（图3-22），认为这些异常体均为浊积体。

图3-20 东营三角洲区沙三中第4套进积单元东营三角洲三角洲平原与前缘的划分

图3-21 东营三角洲区沙三中第4套进积单元浊积体平面范围

图3-22 沙三中第4套进积单元浊积体钻井特征

左边为官116井，右边为史128井

此外，通过其他属性特征在三角洲前缘中可识别出一套异常体，初步认为该异常体为三角洲前缘水下分流河道。通过将水下分流河道的平面位置与第4套进积体的时间厚度图相叠加，平面范围位于时间厚度60ms左右，因此，研究人员选择沿第4套进积体顶界面向下开50ms时窗的方式进行属性提取，这样，就能将水下分流河道特征更加清晰地刻画出来。钻井的岩性和测井曲线特征也进一步证实该区域为三角洲前缘水下分流河道。在以上分析的基础上，建立东营三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图（图3-23）。

2）永安镇三角洲属性特征分析

利用层间 Total ABS Amplitude属性图能够清晰地识别出永安镇三角洲范围，从其剖面特征上可以看出其差别，向南表现出高角度进积-加积特征，向西进积特征明显（图3-24）。

永安镇三角洲主体进积区在地震剖面和钻井上都可进一步划分为4个进积单元。在进积体内部等比例内插了3个界面，划分出4个进积单元分别提取平面属性，这样可以清晰的观察三角洲朵体迁移特征（图3-25）。在以上分析的基础上，即可获得永安镇三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图（图3-26）。

3）区域沉积体系拼接

在单独分析了东营三角洲区和永安镇三角洲区各自的沉积相平面展布后，需要将不同区块的沉积体拼接在一起，构成一个完整的区域沉积格局。利用反演剖面作为纽带，链接起各区块的沉积体。

图3-23 东营三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图

图3-24 沙三中第4套进积单元永安镇三角洲区属性（层间Total ABS Amplitude）及剖面特征

研究中采用测井约束反演技术。目前，测井约束反演处理已经成为处理常规目标的一种手段，它综合应用测井资料在垂向上的分辨力和地震资料在横向上的连续性以及所包含的丰富的岩性和物性信息，研究储层特征的空间变化，描述储层的分布特征。东营三角洲区存在大量灰质泥岩，由于灰质泥岩的声波速度与砂岩的声波速度十分接近，导致常规流程的反演结果无法区分开灰质泥岩和砂岩层段。因此研究中利用自然电位曲线代替声波曲线，利用初始模型产生的低频数据体和约束稀疏脉冲反演产生的高频数据体代替波阻抗类型数据体进行约束稀疏脉冲反演。研究过程中选取三条反演剖面（EW3，NS1，NS2）建立假三维立体图，反演结果显示第4套进积体与沉积平面图的沉积相非常吻合（图3-27，图3-28）。

利用本次研究所得反演剖面，将自不同物源区的沉积相图拼接起来，得到最终的东营凹陷区域上的沉积体系展布图（图3-28）。

⑹ 什么是线性调频信号的时频分析方法

1. 线性调频信号指持续期间频率连续线性变化的信号，是一种常用的雷达信号。

2. 线性调频信号的时频分析方法，就是利用有雷达信号分析的方法去分析信号。

3. 线性调频信号可以采用如下数学表达式表示：

4. 其中：f0为中心频率；k=B/为调频频率；B为频率变化范围；tao为脉冲宽度；a(t)为线性调频脉冲的包络。

5. 线性调频信号通过对载波频率进行调制以增加信号的发射带宽并在接收时实现脉冲压缩。由于线性调频信号具有较高的距离分辨力，当在速度上无法区分多目标时，可以通过增加目标距离测试解决多目标的分辨问题；同时在抗干扰方面，线性调频信号可以在距离上区分干扰和目标，因而可以有效地对抗拖曳式干扰，这使得线性调频信号在雷达波形设计中得到了广泛的应用。由于线性调频信号是通过一个发射脉冲实现距离高分辨的，因此该信号对目标多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，脉冲压缩系统仍能起到压缩的作用。这将大大简化信号处理系统。

6. 线性调频脉冲压缩技术的主要缺点是存在距离和多普勒频移的耦合。此外，线性调频信号的匹配滤波器的输出压缩脉冲包络近似为sinc(x)函数形状，旁瓣电平较高，为了提高分辨多目标的能力，必须采用旁瓣抑制技术或简称加权技术，即采用时域数字加权技术或频域数字加权技术实现。降低旁瓣电平是以增大主瓣宽度为代价的，并且将在一定程度上降低系统的灵敏度。

7. 传统的模拟方法通常是采用表面波器件、压控振荡器等器件产生线性调频信号，具有设计难度大、开发周期长等问题。[1]文章中研究了一种基于FPGA的线性调频信号产生方法，突出了该方法的优点。

⑺ 中深层资料高精度速度分析方法

（一）影响速度谱能量聚焦的因素分析

通过对道集资料和速度谱的分析研究，可以把影响中深层速度谱质量的主要因素归纳为两个方面：地震资料因素和地质因素。其中，地震资料因素又包括近地表因素、信噪比、偏移距、覆盖次数等；地质因素包括陡倾构造、复杂断块、岩性突变、地层各向异性等。下面分别对每种因素进行分析并研究针对性的处理技术和方法。

1.地震资料因素

1）近地表因素的影响

在地表条件复杂地区，炮、检波点高程、炮点深度变化大，变观施工多，会产生较严重的静校正问题，从而影响速度谱精度。

2）信噪比的影响

由于大地吸收衰减等因素的影响，中深层资料有效信号能量较弱、信噪比较低，在速度谱分析时，噪声成分对速度谱精度产生不利影响，造成速度谱能量弱、能量团分散、速度拾取精度较差，从而影响了中深层资料的成像质量示。

3）覆盖次数的影响

覆盖次数对速度谱的影响可分为两个方面：覆盖次数低，对老资料而言偏移距较小。两者造成覆盖次数低，同时中深层叠加能量对速度变化不敏感，速度谱能量弱、能量团不集中，影响速度分析精度。

2.地质因素

地下介质往往存在许多复杂构造，如陡倾构造、复杂断层、岩性突变等。特别在陡倾构造的地方速度变化较剧烈，导致速度谱聚焦性变差。在断裂系统发育区域，由于存在较强的断面波，影响速度谱聚焦性，如图4-47所示。

图4-47 复杂断块对速度谱成像精度的影响

中深层古潜山、复杂断块、火成岩、砂砾岩体等复杂构造具有较强的非均质性，造成非双曲时差现象。随着新采集地震数据的炮检距逐步增大（4500m左右），以及入射角的增大，地震波传播射线路径长，各向异性表现的更突出。当各向异性较强时，常规速度分析方法，不能满足高精度速度分析的要求，如图4-48所示。

图4-48 各向异性造成的非双曲时差现象

（二）提高中深层速度分析精度技术

针对信噪比及覆盖次数对速度谱质量的影响，通过对道集优化处理技术、面元组合方式等深入研究和分析，提出针对速度分析的道集优化处理技术和方法。

1.提高信噪比处理

1）异常振幅噪声压制

地表一致性区域异常振幅衰减（ZAP）是压制异常振幅的重要手段之一。压制异常振幅的基本原理是对时窗内的振幅统计值进行地表一致性分解，分解成CMP项、炮点项、检波点项和偏移距项，对每个分量进行动态时空变加权处理。压制异常振幅后合成新的模型数据，然后通过合成数据与原始数据的比值确定加权系数，分时窗压制异常振幅。

2）随机噪声衰减

叠前随机噪声衰减（RNA）是用于叠后三维数据体上，通过叠前数据重构，可以应用于叠前数据上。处理时首先在时间长度、纵线宽度和横线宽度的长方体窗口内进行傅立叶变换，然后用相干信号预测的原理来增强反射波，削弱随机干扰。

3）多次波衰减

采用Radon变换和F-K变换相结合的方法来压制多次波。首先用有效波的速度对道集进行动校正，动校后多次波不能校平仍表现为双曲线，Radon变换对双曲线形的多次波压制效果较好，小偏移距数据中的多次波近似为直线，Radon变换不能完全将多次波消除。在Radon变换的基础上采用F-K变换对小偏移距数据中的多次波进行压制，取得了良好效果，如图4-49所示。

图4-49 多次波压制前（左）、后（右）的速度谱对比

4）优势频带能量加强

当中深层资料信噪比低、有效反射能量弱时，采用全频带资料产生速度谱的效果会比较差。首先通过频率扫描和频谱分析确定有效波的优势频段范围，采用优势频带范围内的资料进行速度扫描叠加，得到的速度谱能量团更集中。

2.速度分析面元的优化组合

通过优化速度分析面元的组合，可以增加覆盖次数，提高速度谱质量。研究对比了矩形、十字形、椭圆形三种组合方式。从分辨率和能量两个方面考虑，由于椭圆形组合既能保证一定的覆盖次数，又舍去了部分远道的影响，效果更好，如图4-50所示。

图4-50 不同组合图形的速度谱对比

3.提高分辨率处理

不同频率地震资料产生的速度谱也不同，高频速度分析对速度的分辨能力比低频强。因此，理论上采用高频数据进行速度分析可以得到更为准确的速度，通过对超道集进行反褶积处理，提高了道集的分辨率，速度谱的分辨率也有所提高，如图4-51所示。

图4-51 反褶积前(左)和反褶积后(右)的速度谱

4.共散射点道集（CSP）速度分析

在等价偏移距理论框架下，与某一散射点有关的散射能量是沿双曲线分布的。因此，根据时距关系可以把原始叠前地震数据映射到一种新的叠前偏移道集，即CSP道集上，这个变换过程不改变旅行时。在这些道集上通过叠加速度谱对速度进行更新。分析过程迭代进行，可以得到较合理的均方根速度场（图4-52）。新的速度场一方面改善了CSP道集成像效果，另一方面还可为叠前偏移提供较可靠的初始速度模型。

图4-52 常规CMP道集及速度谱（左）和CSP道集及速度谱（右）

5.共成像点道集（CIP）速度分析

通过叠前时间偏移得到的CIP道集，来自地下同一个反射点，消除了地层倾角、绕射波等因素的影响，能更好地实现同相叠加。在CMP道集速度分析基础上，利用CIP道集进行速度分析，速度谱能量更集中，速度分析精度得到进一步提高（图4-53）。

图4-53 同一地面位置CMP道集速度谱（左）和CIP道集速度谱（右）对比

6.综合处理后的效果对比

经过复合多域噪声衰减、面元优化组合、优势频带能量加强、提高超道集分辨率等技术综合处理后，道集品质及速度谱质量明显改善，中深层速度谱的能量团向下拓展了1s以上，达到了项目设计的要求（图4-54）。

图4-54 优化处理技术应用前后速度谱对比

⑻ 时频特性曲线是啥

是一种基于稀疏分解的时频分析方法。时频特性曲线是一种基于稀疏分解的时频分析方法，因为该方法能好派提高对信号稀疏分解的计算效率，且Gabor原子的选取较为灵活，用少量原子可表示信号WVD。与传统的时频分析方法相比，该方法能有效抑制时频交升枝叉项干扰，友笑贺且保持高时频分辨率。

⑼ 时频岩相分析——对频率信息的进一步思考

张有江周祖翼陈焕疆

（同济大学海洋地质与地球物理系，上海200092）

【摘要】地震反射系数序列的频谱含丰富的岩性及沉积相信息，而由于受到地震子波的影响，这些信息很难直接检测到。时频岩相分析方法由时频分析引申而来，它分离子波和反射系数序列频谱的变化，利用功率谱的变化来确定不同地震序列的频率成分差异，再利用这一差异分析反射系数序列结构以达到沉积学分析的目的，这也就是我们所说的旋回分析。利用旋回变化可进一步在平面上确定出地质构造层系的沉积相及沉积微相、岩性展布，从而成为一种高效的三维地震资料沉积学分析及储层预测的辅助工具。文中通过ARMA功率谱的垂向变化分析识别出旋回韵律，将旋回结果与研究区内先验的沉积相认识综合得到沉积相的平面预测，并利用功率谱峰态特征和时频岩相剖面预测目的层段的储层展布规律。

【关键词】时频分析；ARMA；功率谱；旋回；沉积微相；储层预测

Mail等人指出，对于砂泥岩地层，砂岩碎屑成分较粗，反映较强的水动力条件，沉积速率快，单层厚度大；泥岩属细粒沉积，反映弱的水动力条件和缓慢的沉积过程，故单层厚度较小。对砂泥岩互层来说，砂岩段岩性成分相对单一，泥岩段岩性成分纵向分布很不均一，因此我们可以得出结论，砂泥岩互层韵律既是岩性韵律又是层厚度变化的韵律。层厚的纵向变化反映波阻抗曲线的变化，进而反映反射系数序列频率成分的纵向变化；而这一变化无法从地震资料的时间域和频率域上观察出来，这使得我们不得不从波阻反演结果来研究与之并不明显对应的岩性序列。时频分析采用分时窗功率谱（频谱）估计方法，得到功率谱随传播时的变化关系F（t，ω）。它反映地震序列频率成分随传播时的变化关系，并间接反映了层的更迭频度也即层厚的垂向分布。将功率谱分析结果和地质认识结合起来，就是时频分析的基本内容。

1方法原理

时间序列S（t）功率谱密度函数（又称功率谱、频谱）的定义由下式给出：

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或：

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式中S（ω）是S（t）的付立叶变换，R（t）是S（t）的自相关函数，F（ω）就是序列S（t）的功率谱。

依据地震记录与子波和反射系数积关系

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对应有

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而反射系数与波阻抗存在对应关系：

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令z（t）=z（t）-z（0），得：

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将（7）式代入（4）式，利用付氏变换变换微分特性，有：

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在地震信号处理解释中认为子波随传播时变化梯度较小，这样，我们选微小滑动的相邻两时窗，它们的功率谱之差为：

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可见，功率谱差值反映两记录反射系数序列频谱的差值，而反射系数频谱的变化受地质反射层更迭的频度即层厚的影响。在地震剖面上，这种影响是无法识别出的。这样，我们就可以利用功率谱来研究地震序列的地质属性，这就是时频分析的基本出发点。

在功率谱求取方面，我们设计了ARMA模型谱估计法。ARMA的数学模型为：

式中s为信号序列，a_k为k阶自回归系数，b_k为k阶滑动平均系数，e_k为k阶滑动平均误差。（10）式的付立叶变换为：

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令序列e_n为自噪序列，e_n～Wn（0，σ₂），其自相关函数为：

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则S（t）的功率谱为：

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令

则

故

由付氏变换理论得：

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由此可得：

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式中R（i）为自回归系数a_k的自相关函数。这样我们就可以使用BURG法、MARPLE法等最大熵法计算出自回归系数a_k和方差，再由（18）式计算出滑动平均序列谱，代回（13）式便可以得到序列S（t）的功率谱F（ω）。

ARMA法保留了最大熵法的高分辨率，同时使用自回归系数的自相关约束来削弱干扰的影响，可在较小时窗内准确估计功率谱。计算表明，ARMA法既有较高的灵敏度又具相当的抗噪能力，是一种有效的时间序列谱估计方法。

2地震资料时频岩相分析方法

从（9）式可以看出，具有相同子波函数的地震记录功率谱变化能反映出反射系数序列频谱的变化，亦可反映出波阻抗频谱的变化（图1）。垂向上看，由深至浅功率高频成分减少则反映极性反转次数变小、反射系数频谱由高频向低频过渡，进而反映出层厚逐渐加大，属逆旋回。从沉积角度来说，沉积的单层厚度受水动力条件控制。在近物源处，水动力作用强，属高能环境，沉积物以颗粒较粗的砂岩为主，堆积快，单层厚度大，可以与漏斗型测井相相对应，可判别为三角洲前缘沉积；而在远物源或远岸端（深湖、半深湖、封闭湖湾等环境），水动力作用弱，沉积物以粘土质成分为主，属泥、页岩，沉积缓慢，单层厚度小。把时频旋回与沉积旋回结合起来，由深至浅功率高频成分减少与漏斗型测井相相对应，可作为判别三角洲前缘沉积的依据；反之，则反映水进的正旋回过程，是河流相沉积的典型特点。这样，就可以根据功率谱垂向变化的平面展布清晰地勾绘出沉积相（沉积体系）的平面展布图（图2）。

图1剖面上的时频响应

图2时频沉积相预测平面图

功率谱频率成分变化的平面分布所表现的旋回特征既适用于大套地层沉积相变化研究，也适用于沉积微相研究。在1-2相位的时窗内作时频分析后统计正、逆旋回所占比重，结合沉积相分析结果，在不同的相带内可确定出河口坝、滩坝、点砂坝，浊积砂等有利微相储层，从而为储层预测提供丰富的直观信息。

功率谱随传播时的变化在垂直剖面的分布也有助于我们迅速划分沉积等时面。由于地震反射层是岩性界面，它往往是穿时的，所以我们利用地震剖面尤其是高分辨率剖面划分等时面往往存在很大风险。而时频响应反映的是旋回韵律的变化，是等时的，在剖面上很容易利用其横向形态特征准确划分等时面。

图3时频岩相与井、井旁道对比

功率谱特征的另一应用是薄层分析。由于薄层厚度与频谱峰值频率、峰值频率之差存在对应关系，平面上可利用沿层主频变化及功率谱峰值频率间隔来确定薄层厚度。

另外，由（7）式，令上下两相邻时窗功率谱最大互相关最大，则：

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式中τ为滑动频率。可以得到：

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可见，滑动频率可代表真实反射系数，它消除了子波的影响。

对τ剖面做波阻抗处理，我们称之为时频岩相剖面。由于它不需要井约束，且分辨率高（较原剖面提高1倍以上），可广泛应用于储层预测（图3）。

3应用实例

南翼山地区随着南10井钻遇

地层陆相碎屑岩沉积，地质任便转移到

地层砂岩储层预测上来。据区域地质及钻井资料，分析南翼山地区

地层沉积的古地理环境。第三纪早期（E₁₊₂:-

），随着昆仑山与阿尔金山的相继隆起，第三系生油湖泊形成，此时湖区范围较小，南翼山地区水深较浅，属强氧化环境。据钻井资料揭示，该区及周缘除狮子沟狮20井、狮30井钻遇

地层为深湖相沉积外，干柴沟咸化泉油泉子等区

地层均为红色碎屑岩沉积。从南10井测井资料上可以看出，

地层层序以多个逆韵律形式出现，单层砂层自然伽马曲线表现为漏斗型特征，表明沉积粒序由细变粗的特点。结合

地层等厚图分析，我们认为南翼山地区

时期应属多物源的三角洲前缘亚相沉积。

地层时频沉积相分析显示，南翼山地区该地层粒序逆韵律分布较广，代表三角洲前缘沉积特点，这与地质分析结论一致。

此外，利用时频岩相分析技术，对南10井

地层做纵向岩相分析。在先期的实验中发现，岩相分析剖面能细致地反映砂泥岩互层的韵律关系，而相对波阻抗波面只能反映其低频背景。在QH135线的时频岩相分析剖面上，红色区（偏砂）与南10井砂岩层段十分吻合，于是由井出发，我们分别对T₄层以下20～60ms（南10井可疑气层段）、60～80ms和80～112ms（南10井

下部砂岩层段）进行了平面岩相分布预测。由各图可以看出，

砂岩全区分布较广，主要以水下分流河道砂及河口砂坝为主，支间湾泥交错其中。

通过对全区T₄-T₅相位之间的综合分析，共发现4个砂岩异常体，由此编制

上段及底部砂岩分布及油气预测图。

4结论

ARMA法保留了最大熵法的高分辨率，同时使用自回归系数的自相关约束来削弱干扰的影响，是一种有效的时间序列谱估计方法。

它将旋回结果与研究区内先验的沉积相认识综合，得到沉积相和沉积微相的平面展布；使用功率谱峰态特征进行薄层厚度预测；利用时频岩相分析方法进行储层预测。该理论新颖，在实际分析中取得了良好的效果，具有较高的推广使用价值。

参考文献

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