复杂地震信号分数域频谱成像理论及应用研究

In order to accurately describe and characterize the time-frequency distribution regularity by fully mining the time-frequency abnormalities for complex seismic signals, this project presents a new theory and method of the fractional frequency spectrum imaging (FrFSI) by expanding the classic Time-frequency analysis. Major research works include: (1) Study on the basic theory and methods of the generalized fractional frequency spectrum imaging (GFrFSI) for complex seismic signals. We establish a unified time-frequency representation of different distribution in the fractional domain, and explore and research the inherent relationship between the fractional and integer domain, and the transform kernel with the different distribution. (2) Study on the key techniques of the fractional frequency spectrum imaging with high resolution, include the optimal time-frequency sampling, the optimal order and time-frequency re-distribution in fractional domain. (3) Study on the methods of the fractional spectral decomposition, attributes analysis in fractional domain and the visualization of high dimensional feature for the complex seismic signals. We extract a variety of efficient spectrum properties and sensitive fluid factor by means of frequency spectrum imaging and spectral decomposition with different order in a new feature space in fractional domain, so that obtain the good effect of reservoir prediction and fluid identification. This project not only has important theoretical value by focusing on the innovative theory and methods of modern signal processing, but also has a good prospect with solving the difficult problems for complex reservoir exploration.

提出和研究一种新的将常规频谱成像理论延伸到分数域频谱成像(FrFSI)的理论与方法，充分挖掘复杂地震信号的分数域时频异常，更精确的刻画表征流体异常信号的时频分布规律。研究内容包括:1）针对复杂地震信号的广义FrFSI基础理论和方法研究，建立分数域多种时频分布的统一表示形式，探索和研究分数域与整数域、不同分布变换核之间的内在关系。2）高分辨率FrFSI关键技术研究，包括分数域最优时频采样，分数域最优阶，时频能量再分配等理论和方法等。3）复杂地震信号分数谱分解、分数谱属性分析及高维特征可视化展布方法等。即在新的分数域特征空间内，通过不同阶次下的频谱成像和谱分解技术，提取各种有效频谱属性和敏感流体因子，以期获得更好的储层预测和流体识别效果。研究着眼于现代信号处理的创新理论与方法研究，具有重要的理论意义；同时，紧密结合复杂油气藏勘探亟待解决的难点问题，具有良好的应用前景。

本项目结合复杂油气藏勘探亟待解决的难点问题，提出和研究了一种新的将常规频谱成像理论延伸到分数域频谱成像(FrFSI)的理论与方法，充分挖掘复杂地震信号的分数域时频异常，更精确的刻画表征流体异常信号的时频分布规律，以期提高地震资料储层预测和流体识别的精度。研究内容包括：1）针对复杂地震信号的广义FrFSI基础理论和方法研究，建立分数域多种时频分布的统一表示形式，探索和研究分数域与整数域、不同分布变换核之间的内在关系；2）高分辨率FrFSI关键技术研究，包括分数域最优时频采样，分数域最优阶，时频能量再分配等理论和方法等；3）复杂地震信号分数谱分解、分数谱属性分析及高维特征可视化展布方法等。即在新的分数域特征空间内，通过不同阶次下的频谱成像和谱分解技术，提取各种有效频谱属性和敏感流体因子，以期获得更好的储层预测和流体识别效果。.经过4年多的研究，取得了一系列研究成果。1）提出了基于时频带宽积的FrFT最优价求取理论；2）首次提出自适应分数域最优Gabor变换，并对提出的方法进行了大量的数值仿真；3）研究了分数域S变换及广义S变换理论，推导了相关的变换核矩阵和变换公式，进行了理论模型和实际资料的仿真，取得了较好的仿真结果。在此基础上，提出了一种基于广义时间带宽积的最优分数域S变换方法，以及相应的基于二阶中心矩的分数域S变换的最优阶计算方法。通过理论信号的仿真和实际地震信号的谱分解计算，验证了算法的可行性和有效性；4）提出了一种基于匹配追踪的Wigner高阶谱地震信号谱分解方法，旨在去除Wigner高阶矩谱的交叉项，并获得高时频聚集性的谱分解结果，提高储层预测的精度；5）研究和提出了一种分数域图谱成像方法；6）将传统谱估计与分数阶傅里叶变换（FrFT）结合，提出了一种新的分数域局部功率谱估计方法；7）研制开发了地震信号FrFSI及可视化软件系统平台。.本项目研究成果已得到川东北地区渡口河、孝泉、新疆等地区实际资料的验证，取得了较好的应用效果。研究成果具有重要的理论意义和良好的应用前景。