频谱成像技术是地震勘探和油气储层预测常用方法之一,频谱成像技术的核心是信号的时频分析,常规时频分析方法存在分辨率较低、存在交叉项等不足。近年来,在地震信号处理领域出现了许多新型的信号处理技术以提高谱分解和成像的效果,极大地丰富了传统谱分解技术的内涵和外延。把分数阶傅里叶变换引入传统时频分析方法是提高时频分析技术的方向之一,这类方法突破了传统时频分析方法只能在时域、频域以及时频域分析处理信号的局限,能够在时域、频域、时频域以及分数时域-频域分析处理信号。与传统的时频分析方法相比,分数域时频分析方法多了一个自由度,即在时频平面上的旋转角度参数,随着角度从0连续增长到(17)?,分数域时频分析方法能够展示出信号在分数时域-频域之间的所有特征。本文主要解决两个方面的问题:第一,丰富和发展分数域时频分析理论;第二,将分数域时频分析方法用于地震信号分析和储层预测,利用本文提出的分数域时频分析方法,探索并提出了分数时频域瞬时谱属性。本文的主要研究内容有:(1)研究了常规时频分析方法,如短时傅里叶变换及谱图、Gabor变换、S变换、Wigner-Ville分布等。(2)研究了分数阶傅里叶变换的基本理论,介绍了分数阶傅里叶变换的原理以及离散计算方法,为分数阶傅里叶变换和传统时频分析方法相结合形成分数域时频分析方法奠定了基础。(3)提出了最小广义时频带宽积搜索最优阶的快速算法;提出了利用信号模糊域的主方向计算分数域时频分析最优阶的方法;利用仿真信号测试了不同最优阶计算方法对分数域时频分析方法的影响。(4)提出了一种基于峰度系数最大化方法确定最优阶的分数阶Gabor变换。在系统阐述分数阶Gabor变换发展的基础上,给出了本文提出的算法,这种方法利用峰度系数最大化方法搜索分数阶Gabor变换的最优阶,该算法是对现有分数阶Gabor变换方法的继承和发展。该方法在压制高斯噪声、多分量信号分析和提高时频分辨率方面均有优势。(5)提出了一种高分辨率频谱成像方法,即分数域反褶积Gabor变换谱图方法。本文把自适应的分数域最优窗函数引入Gabor变换谱图,为了提高分数域Gabor变换谱图的时频分辨率,将自适应最优窗函数的Wingner-Ville分布作为点扩散函数(PSF),利用分数域Gabor变换谱图和PSF反褶积来提高分数域Gabor变换谱图的分辨率,从而得到分数域反褶积Gabor变换谱图。(6)研究了分数域时频属性在地震信号预测储层中的应用,通过提取地震信号的四种时频域属性:均方根频率属性、中心频率属性、频率衰减梯度属性、瞬时T-K主能量属性,通过对比常规时频分析方法提取的上述时频域属性,结果表明本文提出的分数域时频分析方法的频域属性储层识别效果更好,能更有效的刻画储层的空间展布。均方根频率、中心频率、衰减梯度属性和瞬时T-K主能量四种属性中,分数域衰减梯度属性和瞬时T-K主能量在储层识别的效果更好。本研究在一定程度上提高了地震资料的解释能力,为油气勘探开发提供技术支持,从而降低油气勘探和开发的风险。研究结果表明分数阶傅里叶变换在提高信号时频分辨率方面具有潜力,因此需要在此基础上作进一步深入研究。