时频分析应用

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1、时频分析及在地震信号分析中的应用研究引言地震信号是一种非常复杂的非平稳信号，而时频分析是非平稳信号分析处理领域中的一种重要方法。本文对时频分析在地震信号分析中的应用进行了研究。吋频分析的基本任务就是建立一个函数，要求这个函数不仅能够同时用时间和频率描述信号的能量密度，还能够以同样的方式用来计算任何密度。如果有了这样的一个分布，就可以计算某一确定的频率和时间范围内能量的百分率、计算某一特定时刻的频率密度、计算该分布的整体和局部的各阶矩。即寻找一个联合密度函数P（t,f）,使P（t,在时间t和频率f的强度，或者P（t,f）AtAf=在时间t和频率f,在时-频单元At/Sf内的部分能量。线性时频

2、变换线性时频分析方法是一种使用时间和频率的联合函数（线性形式）来描述信号频谱随时间的变化的方法，其实质是:将信号分解成在时间域和频率域均集中的基本函数（亦称“原子”）的加权和。常用时频分析方法短时傅立叶变换小波（包）变换时频分析方法在地震分频处理技术中的应用地震分频处理技术是地震资料分析处理领域中的一种非常规手段，它的实现通常是通过对单炮记录进行频率扫描，从而了解反射波的各个频率的能量分布情况及频带的宽度，即根据频谱分析，确定频带范围，然后按反射波在频带内的能量分布，确定分频频带。而釆用时频分析技术的地震分频处理方法，不仅能够实现对地震数据的频率特性分析，而且还可以细致地分析地震信号的时变

3、特性，揭示地震数据的内涵，更有利于实现地震数据的精细处理。1・时频分析在地震剖面的分频显示中的应用在传统的地震分频处理技术中地震剖面数据通常都是以时间一空间一振幅的方式进行显示，从这样的显示方式中能够获取的信息非常有限，在加入时频分析后，地震剖面的分频显示可采用时间一空间一振幅一固定频率的显示模式，从而能够获取更为丰富的信息。图4・1为一地震记录，从地震剖面上能够获得相应的信息有振幅等，图4-2为使用传统的分频显示方式显示的地震剖面图（35-55赫兹），图4-3,4-4,4-5,4-6为使用吋频分析后的地震剖面的分频（单一频率）显不图。IOOi图4・1地震数据剖面100nS1H00I图4・

4、3频率为5赫兹的地震剖面100mS1U00T100mlOOrnso图4・5频率为35赫兹的地震剖血图4・6频率为68赫兹的地震剖面100m从上述图的对比，可以得出以下结论:基于传统的地震分频技术的地震数据分频显示方式从图中获取的信息与采用时频分析方法后的显示方式相比，无法获得频率随时间变化的特性以及各个不同频率在地震剖面上的分布情况等信息，故无法给地震数据处理以及地质解释等工作提供有效帮助信息。因此，采用时频分析方法后的分频显示方式能够获取比传统方式更为广泛的信息。2.采用时频分析技术的分频处理在地震数据的噪声压制中的应用图4-7为从野外原始地震记录中截取的一个12道数据，采用常规的傅立叶

5、分析方法得到的振幅谱(如图(a),4-8(b))主要反映的是噪声干扰的能量和频率。而当分别抽取岀两道记录(第3道和第9道)做吋频分析吋，在吋频图(图4-9(a),4-9⑹)上，有效信号和噪声的能量以及频率随时间的变化规律都可以清晰地反映出来。可见，在时间一频率域对地震数据进行分析，能够更全面地认识数据的特征。因此，将时频分析用于地震数据的分析处理中，可以快速有效地综合出数据的全部特征。TrKtnumber0.91500450004350300502200501—005087654321oo••••••••oooooooo(P2-PE」OU)epn三dE<501001502002503003

6、50400450500Hz987654321•••••••OOOOOOOOO(PO二euu」ou)epn三dE<°0Frequency

7、Hz

8、图4-9(a)笫3道地震记录的吋频谱图Frequency

9、Hz]^0°0^0^0°0O济—52话3^455图4-9(b)笫9道地震记录吋频谱图图4-8(b)第9地啓道的振幅谱a88g8借助时频分析这一有效的分析工具，可使我们对地震数据的时频结构和能量分布有清晰的认识，为进一步选择合理的数据处理方案提供依据，从而能够更加合理对地震数据实施处理(见图4-10,4-11(a),4-11(b))13Tracenumber5791110020030040050

10、06007008009000001—(SE)auu匚图4-10对原始地震记录进行噪声压制后结果Frequency[Hz]s8s2002502RLFrequency[Hz]