MATLAB的地震数据信号的分析
地震资料极化分析及MATLAB与VC++混合编程技术

Ab t a t: T hi pa r sr c s pe pr s nt t b sc e e s he a i prncpl of s im i d t m p arz ton na y i f r he o plx i i e es c a u ol ia i a l ss o t c m e
维普资讯
第3 卷 第3 0 期
2008年 9月
地 球 科 学 与 环 境 学 报
J u n Io r h S i n e n n i n n o r a fEa t ce c s a d E v r me t o
Vo1 o.3 .30N
M AT LAB n a d VC i h o aia in a a y i r c s ig, whih n t e p lrz to n l ss p o e sn c ma s t e s fwa e d v l p e t e s t g ke h o t r e eo m n a y wih hih
基于matlab的地震资料反演模拟

基于matlab的地震资料反演模拟作者:孙福玉来源:《中国科技纵横》2020年第06期摘要:本文对地球物理学反演的意义做了简要说明。
以地球物理反问题中的地震波褶积模型为例,通过理论分析和数学推导给出超定问题的最小二乘解法、先验信息的应用、线性反问题的广义反演法等多种常用方法,并通过matlab编程实现做最终成图对比分析。
关键词:超定问题;matlab编程;最小二乘法;先验信息;广义反演中图分类号:P631.4 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)06-0186-020 引言在自然界中,存在大量的客观事物,这些客观事物在传统物理学中,常常可以看成是一个系统。
这些事物包罗万象,小到原子大到宇宙。
一般来说,所有的客观事物都能用一定的物理量来描述,但不是所有的物理系统所包含的信息都能够被直接测量,有一部分物理系统的物理量只能通过间接测量。
在地球物理学领域的研究中,研究对象绝大多数都位于地表以下。
例如,研究地下地层的构造特征、寻找含油储集层、寻找矿产资源、寻找含水层。
将地下介质全部挖开去直接研究这些地质信息显然是不可能的。
为了全面的了解一个物理系统,往往希望获得尽可能多的描述系统的物理量,往往能够直接获取的物理量十分有限。
作为一种演绎性的研究手段,地球物理反演就是通过不断地推演系统中那些可以被直接观测的物理量与不可直接测量的物理量之间的联系。
达到通过已知信息去探索未知信息的一种方法。
反演问题一直以来都是地球物理学中的核心理论问题。
由于人类自身的局限性,获取深地信息的来源大都来源于地球表面,有极小一部分资料来自于对地球的直接探测,例如钻井信息。
所以人类对于地球的认识和研究终究还是要依靠有限的地球物理信息来实现,这些信息如何应用到实际研究中,就是反演问题的科研本质。
本文通过将理论方法用matlab编程实现,以反演地震子波为例,模拟地球物理反演过程。
1 超定问题的常规解法[1]通常,用物理模型去求解物理參数的过程叫做正演,而给定一系列物理模型的参数信息去求解物理模型的过程叫做反演。
用MATLAB实现地震数据的小波变换

Ke r s:wa ee r n f r ;tmefe u n y lc la in;wa ee a i;s i cd t ywo d v ltta so m i - q e c ai t r o z o v ltb s e s s mi aa
0 引言
小波概念首先是 由法国从事石油信号处理的地球物理学家 JMol 在 18 . r t 94年提 出来 的 e 后来 , 数学 家 Y. yr Mee 构造 了具有 一 定衰 减性 质 的光 滑小波 函数 , ID u eci 构造 具有 有 限支集 的正交小 而 . a hnhe s
波 基 。1 8 9年 , . lt与 Y. yr合 作 建 立 构 造 小 波 基 的 通 用 方 法一 尺 度 分 析 MR ( f 9 S Mah Mee 多 A Mu — R ouinA a s )并提 出 了著 名 的 Mah 快 速算 法 , s e lt n l i , o ys lt 使小 波变 换成 为重 要 的实 用工 具
A bta t lsr e :W a ee r n f r ,d p n ig u o h r p ry o h —r q e c c l ain,h sara y b e v ltta so m e e d n p n t ep o t ftnefe u n y l ai to e o z a le d e n a mp r n o lns i cd t r c sig n i o t tt o e mi aap o esn .Th u h r x li h a i t e r n i u st es lcin o a i s ea t ose pan t eb s h o ya dds s h ee t f c c o
wa ee ai(u cin .Th nwema eu eo h v ltb ss f n t ) o e k s f eMATLAB n u g n swa ee o lo o i lme t t l g a ea d i v lttob x t a t m14 2
matlab vmd程序

MATLAB VMD程序1. 简介MATLAB VMD程序是一种用于信号处理和分析的工具,它基于VMD(Variational Mode Decomposition)方法,可以将复杂的信号分解为一系列振动模态。
VMD是一种自适应的信号分解方法,可以有效地从非线性和非平稳信号中提取出频率和幅度变化。
MATLAB VMD程序提供了一种简单而强大的方式来处理各种类型的信号,包括音频、图像、视频等。
它可以应用于多个领域,如通信、医学、地震学等,用于特征提取、噪声去除、模式识别等任务。
在本文中,我们将介绍MATLAB VMD程序的原理、使用方法以及一些实际应用案例。
2. 原理VMD方法是基于Hilbert-Huang变换(HHT)的一种信号分解方法。
它通过将信号分解为一系列振动模态函数(IMF),每个IMF代表一个特定频率范围内的振动成分,并且相邻IMF之间没有相位差异。
VMD方法的主要步骤如下:1.将原始信号进行预处理,包括去除趋势和高频噪声。
2.初始化参数,包括设置迭代次数和正则化参数。
3.使用VMD算法迭代地提取每个IMF,直到满足停止准则。
4.对于每个IMF,计算其局部频率和振幅。
VMD方法的优点在于它是一种自适应的方法,可以根据信号的特性来确定分解结果。
它对非线性和非平稳信号具有较好的适应性,并且能够提取出信号中的不同频率成分。
3. 使用方法MATLAB VMD程序提供了一种简单而灵活的方式来进行信号分解和分析。
以下是使用MATLAB VMD程序的基本步骤:1.导入信号数据:使用MATLAB的文件读取函数将原始信号导入到MATLAB环境中。
2.预处理信号:根据需要,可以对导入的信号进行预处理,如去除趋势、降噪等。
3.设置参数:根据实际情况,设置VMD方法所需的参数,如迭代次数、正则化参数等。
4.运行VMD程序:调用MATLAB VMD程序进行信号分解,并获取分解结果。
5.分析结果:对于每个IMF,可以计算其局部频率、振幅等特征,并进一步进行分析。
ddf模型的matlab程序

DDF模型是一种广泛应用于地震勘探和地球物理探测领域的数学模型,它可以帮助我们更好地理解地下构造和地震波传播规律。
在实际工程中,使用Matlab编程对DDF模型进行仿真和分析是非常常见的。
本文将介绍DDF模型的原理及其在Matlab程序中的实现。
一、DDF模型的原理1. 地震波传播原理在地球物理勘探中,地震波的传播是一项重要的研究内容。
地震波在地下介质中传播时会发生折射、反射和衍射等现象,这些现象受到介质物性的影响。
2. DDF模型概述DDF模型是一种基于弹性波动方程的数学模型,它可以描述地震波在介质中的传播过程。
DDF模型考虑了介质的弹性性质和几何形态,能够较准确地模拟地震波在复杂介质中的传播情况。
3. DDF模型的理论基础DDF模型基于弹性波动方程推导而来,其具体数学表达为一组偏微分方程。
通过对介质物性和边界条件的合理假设,可以得到DDF模型的数值解,从而实现对地震波传播的模拟和分析。
二、DDF模型的Matlab编程实现1. 编程环境准备在进行DDF模型的Matlab编程之前,首先需要准备好编程环境。
包括安装Matlab软件、了解Matlab的基本语法和数据处理方法等。
2. DDF模型的数值求解DDF模型的数值求解是整个Matlab编程过程的核心部分。
通过将DDF模型的偏微分方程离散化,可以得到一个关于介质物性和边界条件的代数方程组,利用Matlab的数值计算能力可以求解这组方程。
3. 结果可视化在得到DDF模型的数值解之后,还需要对模拟结果进行可视化处理。
可以利用Matlab的绘图功能,将地震波的传播情况以图像的形式清晰展现出来,便于工程人员进行分析和理解。
三、DDF模型在地震勘探中的应用实例1. 地震成像DDF模型在地震成像中有着广泛的应用。
通过对地震波在不同介质中的传播情况进行模拟,可以确定地下各层的构造和性质,为地球物理勘探提供重要的参考信息。
2. 地震波的反演地震波反演是地球物理勘探中的重要技术手段,可以通过对地震波在地下介质中的传播进行模拟,反推出地下介质的物性参数。
直达波抑制matlab

直达波抑制 Matlab1. 简介直达波是地震勘探中一种常见的干扰信号,它会对地震数据的处理和解释带来困难。
因此,直达波抑制是地震信号处理中的一个重要任务。
本文将介绍如何使用Matlab 来实现直达波抑制。
2. 直达波的特点直达波是地震信号中最早到达的一部分,它具有以下特点:•幅度较大:直达波的幅度通常比其他部分大几个数量级。
•频率较高:直达波的频率通常较高,一般在几十赫兹到几百赫兹之间。
•时间稳定:直达波的到达时间相对稳定,不随地震源位置的改变而改变。
3. 直达波抑制方法直达波抑制的目标是将直达波从地震数据中剔除或减弱,以便更好地分析和解释其他地震信号。
常用的直达波抑制方法包括:3.1. 时域方法时域方法是最常用的直达波抑制方法之一。
它通过对地震数据进行时域滤波或时域运算来实现直达波的抑制。
常见的时域方法包括:•均衡叠加法:将多道地震记录按照到达时间进行对齐和叠加,以增强直达波的幅度,从而更容易进行剔除。
•零相位滤波:通过设计合适的滤波器,将直达波的频率范围内的信号衰减,从而实现直达波的抑制。
3.2. 频域方法频域方法是另一种常用的直达波抑制方法。
它通过将地震数据转换到频域进行处理,然后再将处理后的数据转换回时域。
常见的频域方法包括:•傅里叶变换:将地震数据从时域转换到频域,然后通过对频域数据进行滤波或运算来实现直达波的抑制。
•小波变换:将地震数据分解为不同频率的小波系数,然后通过对小波系数进行阈值处理来实现直达波的抑制。
3.3. 自适应方法自适应方法是一种较为复杂但效果较好的直达波抑制方法。
它通过对地震数据进行自适应滤波或自适应运算来实现直达波的抑制。
常见的自适应方法包括:•自适应噪声抑制:通过对地震数据进行噪声估计和适应性滤波,将直达波的干扰信号减弱。
•自适应谱减法:通过对地震数据进行短时傅里叶变换和谱减法处理,将直达波的频率范围内的信号减弱。
4. 使用 Matlab 实现直达波抑制Matlab 是一个功能强大的科学计算软件,它提供了丰富的信号处理工具箱,可以方便地实现直达波抑制。
基于MATLAB语言的地震波动力特性分析方法

谱密度均可以作为一种合理性的判别依据. 地震波谱密度分析的数学基础是Fourier变换.当样本总量满足2的砣次幂时,可直接采用快速Fou— rier变换,不满足此条件时,也可用末位补零的方法进行快速Fourier变换,而地震波加速度记录中某一频 率成分所占的比重则可用功率谱密度来反映.设地震波加速度记录为一个离散函数样本z(行),其Fourier 变换X(是)及功率谱密度S(z)可按下式计算:
0 200 400 600 800 1000
12∞
样本总量
s=shwl;is=length(shwl);
[c,1]-----wavedec(s,6,‘db3’);
subplot(7,1,1),plot(s)}
图4
SHWl波小渡分解
title(‘SHWI“SHWl各层小波重构’)} Ylabel(‘SHWl’):
function
pars(ethwv,tmitvl,dmpr)
%function pars(ethwv,tmitvl,dmpr) %Purpose:To draw pseudo-acceleration %variable
Bfllnes:
response
spectrum figure in 6
S
%ethwv acceleration of earthquake
赫+&+妇=,(£)
移z(f)、速度5c(t)、加速度王(f)及激励厂(£)的拉普拉斯变换分别为‘21:
(1)
式中m、C、尼及厂(£)分别表示质点的质量、阻尼系数、刚度和受到的激励;z为质点的位移.则质点的位
・收稿日期:2008—10一21 作者简介:马乐为(1971一)。男,陕西省西安市入,副教授,博士,研究方向:结构工程抗震 基金项目:国家自然科学基金项目(50478045)
八层框架的地震响应计算和人工波生成的matlab实现及所需曲线图的自动存储

一、 作业概况结构基本参数:层间剪切型结构,采用Rayleigh 阻尼,第一、第二阶阻尼比分别取3%、5%。
图1 结构基本形状表1 各层集中质量 ( 105kg)层号 12345678质量表2 各层层间刚度 (×108N/m)层号 1 2 3 4 5 6 7 8 层间刚度m m m m m m m m ()g x t二、 频率及振型计算根据层间模型的假定,可以建立结构的质量矩阵以及刚度矩阵如下。
12345678000000000000000000000000000000000000000000000000000000003.400000000 3.400000000 3.200000000 3.20000 =0000 2.800000000 2.800000000 2.700000000 2.6m m m m m m m m ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫ ⎝M 510kg ⎪⎪⎪⎪⎪⨯⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭ 11121314151617182122232425262728313233343536373841424344454647485152535455565758616263646566676871727374757677788182838485868788k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k ⎛ =⎝K 8420000002 3.8 1.8000000 1.8 3.6 1.8000000 1.8 3.6 1.8000 =10/000 1.8 3.6 1.8000000 1.8 3.4 1.6000000 1.6 3.2 1.6000000 1.6 1.6N m ⎫⎪⎪⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎭-⎛⎫ ⎪-- ⎪ ⎪-- ⎪-- ⎪⨯ ⎪-- ⎪-- ⎪ ⎪-- ⎪ ⎪-⎝⎭根据上面求得的质量、刚度矩阵,即可求解特征方程:20K M(1)求解自振频率以及阵型向量已经演变成为典型的求解矩阵特征值以及特征向量的问题,特征值即为圆频率2,特征向量即为振型向量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
福建电脑
2012年第2
期
基于MATLAB的地震数据的分析
赵静
(中州大学工程技术学院河南郑州450044)
【摘要】:为了提高震相分析的准确性,
给出了一种基于MATLAB的FIR数字滤波器的优化设计方
案,并将其用于地震波数据的分析研究中。仿真结果表明,该方法可以反映出地震波的真实信息,达到了预
期目的
。
【关键词】:MATALB;数字滤波器;
地震波
1
、
引言
地震带给人类的损失是巨大的。地震观测资料是
否准确、可靠,是地震学家进行地震预测的基础
[1]
。
但是
地震波信号变化的不平稳性、复杂性以及各种干扰,都会给地震波的分析和预测带来严重影响,甚至导致错误结果。为了提高地震波分析的准确性,可先画出其频谱图,然后选择合适的滤波器滤除干扰信号,最后再对数据进行分析处理。MATLAB软件具有强大的运算处理能力,很容易实现Fourier变换和各种数字滤波器的设计,在地震数据的分析处理中起着重要作用。本文给出了快速Fourier变换和FIR数字滤波器的MATLAB实现方法,并对一个存在干扰的地震波实例进行仿真研究。2、快速Fourier变换的MATLAB实现为了获取信号序列的频谱特性,可以采用离散Fourier变换(DFT)。设f(n)是一个长度为M的有限长序列,则f(n)的M点离散傅里叶变换定义为:(1)由于M较大时,(1)式的计算量很大,因此可以将f(n)分解成许多子序列,然后利用子序列的离散Fourier变换实现整个序列的离散Fourier变换,这种方法就是快速Fourier变换(FFT)。在MATLAB中对信号序列进行快速傅立叶变换的函数为:F=fft(f,M)(2)其中,f为信号序列,F为f序列的快速Fourier变换,即f的频谱特征。3、FIR数字滤波器的MATLAB实现数字滤波器可保留数字信号中有用频段的数据、滤去无用频段的数据。根据实现的网络结构不同,可分为无限脉冲响应(IIR)滤波器和有限脉冲响应(FIR)滤波器两种。考虑到地震波数据的特点,本文选用FIR数字滤波器,其传递函数为[2](3)其中,h(n)是滤波器的单位脉冲响应。若h(n)是实序
列,并且满足h(n)=h(N-n-1)或h(n)=-h(N-n-1),则不但
可以获得逼近平直的幅频特性,还可获得严格的线性
相位特性
。
利用MATLAB对FIR数字滤波器进行设计的步骤
为
:
(1)根据地震波的频谱图确定滤波器的技术指标;
(2)
利用函数
[M,F0,A0,W]=remezord(f,a,dev,Fs)
[3]
估
算等波纹逼近法的参数:最低滤波器阶数M、频率向量
F0、幅度向量A
0
和加权向量W。其中,f是归一化频率
;
a为滤波器在各个频段上的幅值;dev为波纹振幅;Fs
为采样频率
。
(3)
利用函数h=remez(M,F0,A0,W)完成FIR数字滤
波器的设计,并调用函数filter对输入信号进行滤波
。
4
、
仿真实例
以辽宁省营口台的数字地震记录资料为例进行地
震数据的分析。原始地震数据频谱图如图1所示,可
知:地震信号的优势频率为0.25Hz,主要频段为
0~
1Hz;干扰的优势频率为12.5Hz,主要干扰频段为10~
15Hz
。
为了滤除干扰信号,最大限度的保(下转第3页
)
基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目
(2011C510002)
图1原始地震图2FIR带阻滤波器的
数据的频谱图频率特性曲线
12
2012年第2
期
福建电脑
(上接第12页)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
留其中的有用信号,设计FIR带阻滤波器,参数选定
为:通带上截止频率Fp1=7,阻带下截止频率
Fs1=7.1
,
阻带上截止频率Fs2=18.9,通带下截止频率Fp2=19,通带波纹峰值dp=0.01,阻带波纹峰值ds=0.01。则该滤波器的频率特性曲线如图2所示。利用该滤波器对原始地震信号进行滤波,滤波前后的时域和频域波形图分别如图3、图4所示。可知:干扰信号被滤除了,地震波信号很好的显示出来。5、结束语地震数据中的干扰信号会影响震相分析的准确
性。本文采用目前非常流行的MATLAB软件,利用快
速Fourier变换和最优滤波器的设计方法,对采集到的
地震数据进行分析、处理,滤除干扰并最大限度地保留
有用信号
[4]
,提高了震相分析的准确度。
该方法可用于
结构地震动力分析、地震台等领域,对地震的观测、分
析、预报和研究有着重要的意义
。
参考文献
:
[1]宋建锁.滤波在地震分析中的应用[J].
防灾技术高等专科学
校学报
,2006,8(1):75-79
[2]胡广书.数字信号处理[M].北京:清华大学出版社,2003
[3]唐向红,岳恒立,郑雪峰.MATLAB
及在电子信息类课程中
的应用[M].北京:电子工业出版社
,2006
[4]李敬,甘延锋,黄友明.数字地震记录中干扰波的排除[J].
防灾
技术高等专科学校学报
,2004,6(3):20-25
图3滤波前后地震波图4滤波前后地震波
时域波形图的比较频域波形图的比较
4
、
结论
本文针对不一致信息系统,采用3中转换算法:最
大分布约简,分布约简和分配约简,将不一致决策信息
系统转换为一致决策信息系统,然后对其进行属性约
简,有效的处理了现实数据集中,由于采集能力有限等
原因造成的不一致问题
。
通过对约简结果的比较和分析,本文算法对输入
数据没有限制,既可以处理不一致信息系统,对完备信
息系统同样适用,算法执行效率及约简结果都优于经
典粗糙集模型算法。因而,本算法具有更优的实用价
值
。
参考文献
:
[1]PawlakZ.Roughsets[J].InternationalJournalofComputer
andInformationSciences,1982,1(11):341-356.
[2]韩祯祥,张琦,文福拴.粗糙集理论及其应用[J].信息与控制.
1998,27(1):37-44.
[3]申锦标,吕跃进.粗糙集的近似约简及其算法[J].
计算机技术
与发展
.2009,19(12):17-20.
[4]PawlakZ.SomeIssuesonRoughSets[J].TransonRoughSets
I,Berlin:Springer-Verlag,2004,3100:1-58.
[5]PawlakZ,Grzymala-BusseJ,SlowinskiRetal.RoughSets[J].
CommunicationoftheACM.1995,38(1):89-95.
[6]刘少辉,吴斌等.Rough集高效算法研究[J].计算机学报.
2003,26(5):524-529.
[7]HanJC,HuXH,LinTY.ANewComputationModelfor
RoughSetTheoryBasedonDatabaseSystems[A].DaWaK2003,
LNCS2737[C].2003,Berlin:Springer-VerlagHeidelberg,pp.
381-390..
[8]GrecoS,InuiguchiM,SlowinskiR.Fuzzyroughsetsandmul-
tiple-premisegradualdecisionrules[J].IntJofApproximateRea-
soning.2006,41(2):179-211.
[9]曾黄磷.粗集理论及其应用-关于数据推理的新方法[M].
重
庆:重庆大学出版社
,1996.
[10]Pawlak.Z.VaguenessandUncertainty-aRoughSetPerspec-
tive[J].ComputationalIntelligence.1995,11(2):227-232.
[11]KryszkiewiczM.ComparativeStudyofAlternativeTypesof
KnowledgeReductioninInconsistentSystems[J].IntJofIntelligent
Systems.2001,16(1):105-120.
[12]常犁云,王国胤等.
一种粗糙集理论的属性约简及规则提取
方法[J].软件学报
.1999,10(11):1206-1221.
表1本文算法与文献[12]算法属性约简结果比较
表2本文算法与文献[12]算法执行效率比较
3