MATLAB实现的双相介质波场模拟系统 - 基于高阶交错网格有限差分方法

资 源 简 介

本项目利用MATLAB开发，实现了双相介质（固相与流相）中弹性波传播的高精度数值模拟。通过高阶交错网格有限差分法离散控制方程，支持P波与S波的耦合传播分析，并集成多种边界条件处理，适用于地震波场模拟与介质特性研究。

详 情 说 明

基于交错网格有限差分的双相介质波场模拟系统

项目介绍

本项目实现了基于交错网格有限差分方法的双相介质弹性波传播数值模拟系统。系统依据Biot理论模型，模拟弹性波在固相与流相耦合介质中的传播过程，支持多种边界条件处理，并提供丰富的波场可视化与分析功能。适用于地震波传播研究、油气勘探、地下介质成像等领域的数值模拟需求。

功能特性

• 双相介质建模：基于Biot理论，精确描述固相与流相耦合的波传播机制
• 高阶数值离散：采用交错网格有限差分方法，实现空间和时间的高阶精度离散
• 波型耦合分析：完整模拟P波和S波在双相介质中的传播与耦合效应
• 边界条件处理：支持完全匹配层(PML)吸收边界、自由表面边界等多种边界条件
• 可视化输出：提供波场快照、地震记录、动态波场动画等多种可视化结果

使用方法

输入参数配置

1. 介质参数：设置固相密度、流相密度、骨架模量、孔隙率、渗透率等物理参数
2. 震源设置：定义震源类型（点源/面源）、震源函数（雷克子波等）、空间位置参数
3. 网格参数：指定空间步长、时间步长、模拟区域尺寸等离散化参数
4. 边界参数：配置PML层厚度、吸收系数等边界处理参数
5. 时间参数：设置总模拟时间步数

运行模拟

执行主程序开始波场模拟计算，系统将自动完成：

• 控制方程离散化
• 时间步进迭代求解
• 边界条件处理
• 波场数据记录

结果输出

模拟完成后生成：

• 波场快照图像（固相/流相位移场分布）
• 接收点地震记录（位移-时间序列）
• 波场传播动态动画
• 数值性能分析报告
• 原始波场数据文件（二进制格式）

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• MATLAB版本：R2018a或更高版本
• 内存需求：≥8GB RAM（取决于模型规模）
• 存储空间：≥1GB可用磁盘空间

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括介质参数初始化、交错网格有限差分算法实现、边界条件处理、震源加载、波场数据存储与可视化生成。该文件通过协调各计算模块完成从参数输入到结果输出的完整模拟流程，实现了双相介质波场模拟的全过程计算与控制。