浅谈matlab在地震勘探教学中的应用

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1、中国地质教育108CHINESEGEOLOGICALEDUCATION2012年第4期课程建设浅谈Matlab在地震勘探教学中的应用汪勇长江大学地球物理与石油资源学院，湖北荆州434023摘 要：地震勘探专业是一种涉及地质、物理、信号处理及计算机等多种知识的交叉学科，并随着各种学科的发展，其教学内容不断得到更新。利用Matlab进行计算机辅助教学可作为实践教学有益的补充，通过直观的图形和动画等辅助手段帮助学生理解和掌握地震勘探的原理和方法，从而将理论和野外实践教学结合起来。此外，学生通过Matlab编程实践，也能达到培养学生实际动手能力的目标，可以更加牢固地掌握各种知识

2、。关键词：地震勘探；Matlab；计算机辅助教学中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1006-9372（2012）04-0108-03近年来，伴随计算机技术的高速发展，计算3.简单的程序环境机辅助教学越来越多地应用到日常教学活动中。作为一种直译式的程序语言，Matlab容许Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一起，使用者在短时间内完成程序，而且不需要编译及提供了大量的内置函数，被广泛地应用于科学计算连接即能执行，同时包含了更丰富、易用的内建及信号处理等领域的分析、仿真和设计工作，同时功能。[1]在大学教育和科学研究中的应用也日益广泛。4.丰富的程式工具箱

3、地震勘探专业是一种涉及地质、物理、信号Matlab的工具箱提供了使用者在特别应用领处理及计算机等多种知识的交叉学科，并随着各域所需的许多函数。现有的工具箱包括符号运算、[2]种学科的发展，其教学内容不断更新。教学统计分析、信号处理、神经网络、模拟分析、控内容中存在大量难以直观表述的原理和方法，如制系统等。何通过直观的图形和动画等辅助手段帮助学生理二、Matlab在地震勘探教学中的应用解和掌握地震勘探的规律是教学中的难点。本文以下分别以“地震勘探原理”、“数字信号处以“地震勘探原理”、“数字信号处理与分析”和理与分析”和“弹性波动力学”三门课程中的内容“弹性波动力学”三门

4、课程为例，讨论了如何借助为例进行讨论。Matlab工具进行计算机辅助教学的方法，在教学1.Matlab在“地震勘探原理”课程教学中的和人才培养方面取得了显著的效果。应用[4]一、Matlab简介地震正演中常用的地震子波为Ricker子波，Matlab用法简单，适用范围广，程序结构强，其函数如下：具有开放性和延展性。它的主要特点包括以下几其中fm为ricker子波的主频，A为振幅。[3]个方面。222(ft)2s(t)A(12ft)em（1）m1.数值运算功能强在Matlab环境中，有超过500种数学、统计、利用Matlab方便的编程和图形显示功能，可科学及工程

5、方面的函数可使用，函数的标识自然，以快速并直观地向学生进行展示(图1)。图1清问题和解答像数学算式一样简单明晰。晰的显示出四种不同主频和振幅的ricker子波，这2.先进的资料视觉化功能样便于学生理解子波的特性，并容易向学生讲解Matlab具有强有力的二维、三维图形工具，ricker子波是一种中心对称的零相位子波。此外，可以制作高品质的图形，以完成图文并茂的文章。在讲解过程中，可以随时修改ricker子波的参数，收稿日期：2012-04-20；修回日期：2012-06-20。作者简介：汪勇，男，讲师，主要从事地震资料处理研究工作。总第84期汪 勇：浅谈Matlab在地震

6、勘探教学中的应用109的概念和变换方法使得学生普遍觉得难以掌握，利用Matlab中信号分析工具箱，可以直观地向学生讲解其过程，可以尽量避免繁琐的公式推导，以便使学生重点理解其物理意义。傅里叶变换公式如下：jtF()f(t)edt（3）1jt图1四种ricker子波f(t)F()ed2并实时展示对应子波形态，更好地说明主频越高，从图中3可以很容易向学生讲解傅里叶变化频带越宽，主瓣越尖锐，旁瓣衰减越快的子波，结果的物理含义：由20Hz和50Hz正弦波加上无其分辨率越高。固定频率的噪声，虽然在时间域上看不出它的频又如地震勘探原理中“点绕射

7、”是难点之一，率分量，但通过傅里叶变化后得到的振幅谱，可主要原因是概念比较抽象，解决的办法就是使其以直观地看出其原始信号的两个正弦分量。同时，形象化，通过三维图形描述点绕射的规律，这可也可以很好地向学生讲解滤波方法：通过信号4以利用Matlab的三维图形功能。其中点绕射的时的频谱，可以保留20Hz和50Hz的分量，将其他距方程为：频率分量清零，然后通过反傅里叶变化，就可以1222222t{X0Y0H(XX0)(YX0)H}（2）达到信号去噪的目的。V其中X、Y为地面观测范围，激发点是原点，时间域信号1，频率20HZ1时间域