CN117849875B - 一种地震信号分析方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地震信号分析方法、系统、装置及存储介质，包括：获取地震信号；根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数，波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果。本发明实施例能够极大提高时频能量的分析准确度和精度，可广泛应用于信号处理技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种地震信号分析方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
地震信号属于典型的非平稳信号，蕴含着丰富的地下介质信息，包括流体特性、岩体性质和地下地质结构等。传统的单一维度傅里叶变换虽然是一种全局频谱分析技术，但无法充分反映地震信号中的细节特征。与之不同，时频分析技术能够将地震信号从时间域转换到频率域或时间-频率域，从而有效实现对地震信号中细节的深入挖掘，这一过程又叫地震谱分解技术。传统的时频分析（TFA）方法主要分为线性时频分析和非线性时频分析两大类。线性时频分析是基于傅立叶变换（FT）发展而来的一系列方法，包括短时傅立叶变换（STFT）、和连续小波变换（CWT）、S变换（ST）等。非线性时频分析，包括双线性谱分解技术、模态分解技术和稀疏反演谱分解技术。上述时频分析方法存在低频时间分辨率低，其时频谱存在低频能量假象和主频两边能量分裂现象，时频能量的计算准确度有待进一步提高。
发明内容
本申请的目的在于至少一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一，本发明实施例的目的是提供一种地震信号分析方法、系统、装置及存储介质，能够极大提高时频能量的分析准确度和精度。
一方面，本发明实施例提供了一种地震信号分析方法，包括：
获取地震信号；
根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；
根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果。
可选地，所述预设计算函数包括以下公式：
其中，表示预设计算函数，/>表示地震信号，/>表示预设变换窗函数，t表示时间，r表示时频谱频率，/>表示时间延迟。
可选地，所述预设变换窗函数包括以下公式：
表示波数调节参数，/>表示时变标准差参数，/>表示预设变换窗函数的标准差。
可选地，所述波数调节参的表达式包括以下公式：
其中，m表示尺度因子，表示地震信号的瞬时主频率，Y表示能量抑制因子，Q表示趋势因子。
可选地，所述时变标准差参数的表达式包括以下公式：
其中，表示地震信号的瞬时主频率。
可选地，所述根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，具体包括：
确定波数调节参数的取值范围，并根据地震信号和预设计算函数在取值范围内确定不同取值对应的能量谱；
将能量最集中的能量谱对应的取值作为波数调节参数的数值。
另一方面，本发明实施例提供了一种地震信号分析系统，包括：
第一模块，用于获取地震信号；
第二模块，用于根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；
第三模块，用于根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果。
另一方面，本发明实施例提供了一种地震信号分析装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
另一方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的方法。
另一方面，本发明实施例提供了一种地震信号分析系统，包括地震信号采集设备以及与所述地震信号采集设备连接的计算机设备；其中，
所述地震信号采集设备，用于采集地震信号，并将所述地震信号发送给所述计算机设备；
所述计算机设备包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例首先获取地震信号，然后根据地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，预设计算函数包括预设变换窗函数，变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数，波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子，最后根据地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果；通过调节能量抑制因子和趋势因子的取值，能有效提高变换能量的集中型和主频两边的能量分裂现象，进而提高时频谱的精度和准确性，另外，本发明实施例的能量变换能显著消除低频假象，同时，提高了时频分辨率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种地震信号分析方法的步骤流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种地震合成记录及其时频分解图；
图3是本发明实施例提供的一种地震信号剖面图及其时频谱；
图4是本发明实施例提供的一种地震信号分析系统的结构框图；
图5是本发明实施例提供的一种地震信号分析装置的结构框图；
图6是本发明实施例提供的一种地震信号分析系统的另一种结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
如图1所示，本发明实施例提供了一种地震信号分析方法，包括：
S100、获取地震信号。
地震信号由地震信号采集设备获取。地震信号采集设备包括但不限于地震检波器和地震勘测仪器。
S200、根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子。
所述波数调节参数用于调节预设变换窗函数，所述时变标准差参数用于表征瞬时频率的变化。
预设计算函数用于根据地震信号计算对应的时频能量，预设计算函数包含预设变换窗函数以及其配套函数，变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数。其中，波数调节参数包含待确定的调节参数，通过调节波数调节参数的取值以确定更接近真实频率位置、以及减少低频能量假象和主频两边能量分裂现象，提高低频时间分辨率，从而提高时频谱的精度和准确性。
需要说明的是，预设计算函数、预设变换窗函数、波数调节参数和时变标准差参数根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。根据不同预设计算函数可以得到地震信号的不同时频分析结果。
可选地，所述预设计算函数包括以下公式：
（1）
其中，表示预设计算函数，/>表示地震信号，/>表示预设变换窗函数，t表示时间，r表示时频谱频率，/>表示时间延迟。
预设变换窗函数包括但不限于以高斯窗函数为基础形成的变换函数，预设变换窗函数能随频率自适应调整，进而实现时频域的多尺度分析。
可选地，所述预设变换窗函数包括以下公式：
（2）
（3）
表示波数调节参数，/>表示时变标准差参数，/>表示预设变换窗函数的标准差。其中，波数调节参数包括尺度因子和待确定参数，时变标准差参数包含瞬时主频率。
需要说明的是，和/>的具体函数根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。
可选地，所述波数调节参的表达式包括以下公式：
（4）
其中，m表示尺度因子，表示地震信号的瞬时主频率，Y表示能量抑制因子，Q表示趋势因子，r表示时频谱频率。
Y和Q是待确定参数，Y主要控制窗函数的宽度，换句话说，对主频两侧能量抑制有着关键作用；Q主要控制窗口的趋势。通过合理调节Y/Q，可以控制在瞬时频率两边频率的能量高低，满足不同非稳态信号的时频精度需求。
需要说明的是，可通过希尔伯特变换和低通滤波方式求取。
可选地，所述时变标准差参数的表达式包括以下公式：
（5）
其中，表示地震信号的瞬时主频率。
需要说明的是，时变标准差参数随待分析地震信号的瞬时主频率/>变化。
在一个具体的实施例中，将公式（4）和公式（5）代入公式（3），得到预设变换窗函数的标准差如下：
（6）
将公式（6）代入公式（2）中，得到预设变换窗函数如下：
（7）
将公式（7）代入公式（1）中，得到预设计算函数如下：
（8）
可选地，所述根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，具体包括：
S210、确定波数调节参数的取值范围，并根据地震信号和预设计算函数在取值范围内确定不同取值对应的能量谱；
S220、将能量最集中的能量谱对应的取值作为波数调节参数的数值。
需要说明的是，波数调节参数中的待确定参数的取值范围根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。一组待确定参数的具体数值确定后，对应一种能量谱。
具体地，首先，确定波数调节参数中待确定参数的取值范围，在取值范围内确定多组取值，根据取值、地震信号和预设计算函数计算每组对应的能量谱；然后，在多组能量谱中选择能量最集中的能量谱对应的取值作为波数调节参数的数值。需要说明的是，能量谱横向宽度越小，能量越集中。
确定波数调节参数中待确定参数的取值范围可以通过以下方法实现：确定波数调节参数中待确定参数的比值范围；确定其中任意一个待确定参数的取值，根据比值范围和任意一个待确定参数的取值确定其它待确定参数的取值。
在一个具体的实施例中，Y与Q的比值范围设置为0.5-2.5，Y的取值设置为1.5，则Q的取值范围为3-0.6。固定Y的值，Q给定取值（3，2.6，2.2，1.8，1.4，1，0.6）。
S300、根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果。
具体地，将地震信号代入已确定波数调节参数的预设计算函数中，计算可得到地震信号的时频分析结果。
需要说明的，地震信号的时频分析结果可以通过多种方式展现，包括但不限于时频分解图或频谱图。
在一个具体的实施例中，参阅图2，图2中a)表示地震信号合成记录，图2中b)表示S变换的时频谱，图2中c)表示标准W变换的时频谱，图2中d)表示广义W变换的时频谱，图2中e)表示本发明实施例的能量集中型W变换的时频谱。
图2中黑色空心点为合成信号的瞬时主频率。从图2可知：S变换的时频能量向高频方向偏移；相比S变换结果，标准W变换和广义W变换的时频能量更加集中在主频周围，S变换具有低频假象和能量分裂，标准W变换和广义W变换的时频能量更加集中在主频周围，并消除了能量分裂现象；本发明实施例中能量集中型W变换的能量集中更加明显，集中位置也更更加接近真实频率位置处。
在一个具体的实施例中，参阅图3，图3中a)表示某地区地震信号的剖面图，图3中b)表示50Hz的标准W变换的时频谱，图3中c)表示50Hz的广义W变换的时频谱，图3中d)表示50Hz的能量集中型W变换的时频谱；红色直线为井轨迹，黑色曲线为GR曲线。从图3中a)可知，该地区储层分布复杂，具有厚度薄，横向变化快等特点。其中，对于薄储层（往往是薄干层）会在地震信号中呈现高频能量异常，因此可以通过提高高频能量检测精度，降低此类储层的勘探风险。如图3中b)~c)的黑色箭头所示，广义W变换虽然能提高标准W变换的分辨率，但是与SP曲线(自然电位曲线)的整体吻合度较低。图3中d)，本发明实施例的能量集中型W变换不仅提高了黑色箭头指示区域的分辨率，同时保证了薄砂体的横向连续性。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例首先获取地震信号，然后根据地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，预设计算函数包括预设变换窗函数，变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数，波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子，最后根据地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果；通过调节能量抑制因子和趋势因子的取值，能有效提高变换能量的集中型和主频两边的能量分裂现象，进而提高时频谱的精度和准确性，另外，本发明实施例的能量变换能显著消除低频假象，同时，提高了时频分辨率。
参阅图4，本发明实施例提供了一种地震信号分析系统，包括：
第一模块，用于获取地震信号；
第二模块，用于根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；
第三模块，用于根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
参阅图5，本发明实施例提供了一种地震信号分析装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
其中，存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
此外，本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序，使得该计算机设备执行上述的方法。同样地，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现上述的方法。
可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
参阅图6，本发明实施例提供了一种地震信号分析系统，包括地震信号采集设备以及与所述地震信号采集设备连接的计算机设备；其中，
所述地震信号采集设备，用于采集地震信号，并将所述地震信号发送给所述计算机设备；
所述计算机设备包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
具体地，地震信号采集设备包括但不限于地震检波器和地震勘测仪器，而对于所述计算机设备，其可为不同类型的电子设备，包含但不限于有台式电脑、手提电脑等终端。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种地震信号分析方法，其特征在于，包括：
获取地震信号；
根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；
根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果；
所述预设计算函数包括以下公式：
，
其中，表示预设计算函数，/>表示地震信号，/>表示预设变换窗函数，t表示时间，r表示时频谱频率，/>表示时间延迟；
所述预设变换窗函数包括以下公式：
，
表示波数调节参数，/>表示时变标准差参数，/>表示预设变换窗函数的标准差；
所述波数调节参数的表达式包括以下公式：
，
其中，m表示尺度因子，表示地震信号的瞬时主频率，Y表示能量抑制因子，Q表示趋势因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时变标准差参数的表达式包括以下公式：
，
其中，表示地震信号的瞬时主频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，具体包括：
确定波数调节参数的取值范围，并根据地震信号和预设计算函数在取值范围内确定不同取值对应的能量谱；
将能量最集中的能量谱对应的取值作为波数调节参数的数值。
4.一种地震信号分析系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于获取地震信号；
第二模块，用于根据所述地震信号和预设计算函数确定波数调节参数的数值，所述预设计算函数包括预设变换窗函数，所述变换窗函数包括波数调节参数和时变标准差参数；所述波数调节参数包括能量抑制因子和趋势因子；
第三模块，用于根据所述地震信号和已确定波数调节参数的预设计算函数确定地震信号的时频分析结果；
所述预设计算函数包括以下公式：
，
其中，表示预设计算函数，/>表示地震信号，/>表示预设变换窗函数，t表示时间，r表示时频谱频率，/>表示时间延迟；
所述预设变换窗函数包括以下公式：
，
表示波数调节参数，/>表示时变标准差参数，/>表示预设变换窗函数的标准差；
所述波数调节参数的表达式包括以下公式：
，
其中，m表示尺度因子，表示地震信号的瞬时主频率，Y表示能量抑制因子，Q表示趋势因子。
5.一种地震信号分析装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-3任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-3任一项所述的方法。
7.一种地震信号分析系统，其特征在于，包括地震信号采集设备以及与所述地震信号采集设备连接的计算机设备；其中，
所述地震信号采集设备，用于采集地震信号，并将所述地震信号发送给所述计算机设备；
所述计算机设备包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-3任一项所述的方法。
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Non-Patent Citations (1)
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