地震波信号可视化与分析处理系统

资 源 简 介

本项目充分利用MATLAB在矩阵运算方面的卓越性能，将复杂的地震波采样序列映射为高效的数值矩阵，实现地震数据的精细化展示与深度处理。程序的核心功能包括支持多种格式的地震原始数据导入，并将其转换为标准化的数据矩阵，以便进行后续的信号变换。系统内置了多种波形显示模式，包括传统的单道波形显示、多道并排的叠前记录显示以及基于色彩映射的二维地震剖面变密度显示。为了提升地震信号的分辨率，程序集成了数字滤波算法，能够执行高通、低通及带通滤波，有效滤除地震背景噪声。此外，程序还具备快速傅里叶变换（FFT）频谱分析功能，可

详 情 说 明

MATLAB地震波信号可视化与分析处理系统

项目介绍

本项目是一款基于MATLAB开发的高性能地震波信号处理与分析工具。系统利用MATLAB强大的矩阵运算能力，将地震采样序列转化为标准的数值矩阵进行深度加工。程序集成了地震数据仿真、数字滤波消除噪声、信号能量补偿以及多维度波形可视化功能。该系统不仅能模拟地震波在地下地层中的传播特性（如双曲线时距曲线、能量衰减等），还能通过专业的信号处理算法提升地震资料的信噪比和分辨率。

功能特性

• 合成地震数据仿真：内置雷克子波发生器，能够模拟多层介质下的地震反射记录，包含双曲线动校正特征及随传播时间变化的振幅衰减。
• 数字波形滤波：集成四阶巴特沃斯带通滤波器，支持用户自定义截止频率。采用双向滤波技术确保信号处理后不产生相位畸变。
• 自动增益控制 (AGC)：针对深部弱信号，利用滑动窗口均方根（RMS）算法进行振幅补偿，均衡剖面能量分布。
• 多模式可视化：

* 二维变密度显示：基于专业红-白-蓝（Seismic）色彩映射，直观展示剖面结构。 * 多道Wiggle波形显示：模拟传统地震记录仪的并排波形走势，便于观察相位连续性。 * 单道时域对比：定量展示处理前后的波形细节差异。

• 频谱特性分析：通过快速傅里叶变换（FFT）提取信号的主频、有效频带等频域特征。

逻辑实现流程

1. 参数初始化：系统首先定义采样率为1000Hz，设置地震道数为48道，并初始化时间轴与道间距参数。
2. 数据生成逻辑：

* 利用雷克子波公式生成基础子波。 * 设定三个模拟反射层的时间深度（0.2s, 0.45s, 0.7s）及其对应的层速度。 * 根据双曲线时距曲线公式计算每一道反射信号的到达时间，并引入1/t²的几何扩散衰减和高斯随机噪声。

1. 信号增强处理：

* 对原始数据进行10Hz-60Hz的带通滤波，滤除高频随机噪声和低频背景干扰。 * 执行AGC算法，在设定的滑动窗口（如0.2s）内计算包络能量，根据能量大小自动调整增益倍数。

1. 可视化渲染：

* 构建六分量集成画布，分别从宏观剖面、微观单道、频域分布等多个维度对处理结果进行实时显示。 * 对多道波形显示逻辑进行特殊处理，通过道偏移量累加实现各道信号的独立排列与显示。

1. 数据输出：处理完成后，系统自动将增益补偿后的标准化矩阵及相关参数导出为.mat格式文件，供后续研究使用。

核心算法细节分析

• 合成波场构建：程序通过计算每个检波点与其震源之间的几何偏移量，结合反射层深度和波速，精确计算信号延迟。
• 数字滤波算法：采用filtfilt非因果滤波算法实现零相位滤波，这在地震处理中至关重要，能防止波形在通过滤波器后发生时间轴上的偏移。
• AGC滑动窗口逻辑：算法在每一个时间点提取其邻域内的样点块，计算该局部区域的均方根值（RMS）。为了避免在无信号区域过度放大噪声，程序在分母中引入了基于最大RMS值的偏置常数（epsilon）。
• 频谱计算：采用2的幂次补零技术优化FFT计算速度，并进行单侧谱转换和幅值修正，确保物理含义准确。
• 配色方案定制：专门设计了符合地震勘探行业标准的红-白-蓝配色映射表，其中0振幅对应中心白色，正负极值分别对应红蓝两色。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 运行主函数脚本（main函数）。
3. 程序将自动生成合成地震记录并执行滤波与增益运算。
4. 系统会弹出一个包含六个子图的综合分析窗口：

* 左侧展示原始与处理后的变密度剖面。 * 中间展示多道并排波形图。 * 右侧展示中心道的时域波形对比及频谱分析曲线。

1. 在当前工作目录下查看生成的处理结果数据文件。

系统要求

• 软件版本：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 必要工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件配置：标准PC环境即可，建议内存不低于8GB以确保矩阵运算的流畅度。