MATLAB高精度三维地震旅行时快速行进法(FMM)计算工具

资 源 简 介

本MATLAB工具将经典二维FMM扩展至三维空间，实现复杂地质条件下地震波旅行时的高效计算。支持各向异性、层状构造等复杂速度模型，通过算法优化提升计算精度与稳定性，为地震学研究提供可靠解决方案。

详 情 说 明

三维地震旅行时高精度计算程序（基于快速行进法）

项目介绍

本项目基于Juan Cardelino开发的二维快速行进法（FMM）程序，将其扩展至三维空间，实现了复杂地质条件下的地震波旅行时高精度计算。程序采用MATLAB和C语言双版本实现，MATLAB版本便于算法验证和教学演示，C语言版本针对大规模三维模型进行高性能优化，可有效处理各向异性、层状构造等复杂地质特征。

功能特性

• 三维FMM算法扩展：将传统的二维FMM算法完整扩展到三维空间，支持复杂三维地质模型
• 复杂速度模型支持：优化算法结构，支持各向异性介质、层状构造、断层模型等复杂地质特征
• 双版本实现：提供MATLAB版本（算法验证）和C语言版本（高性能计算）
• 波场可视化：实现地震波传播路径三维可视化功能，支持等值线绘制和波前动画生成
• 多格式输入支持：兼容文本格式和SEGY格式的速度模型文件
• 完整输出体系：输出旅行时场、波前传播图、射线路径、计算统计等完整结果

使用方法

数据准备

1. 准备速度模型文件（文本格式或SEGY格式）
2. 配置震源参数文件（震源三维坐标）
3. 设置接收点参数文件（接收点坐标集合）
4. 编辑模型参数配置文件（网格间距、各向异性参数等）
5. 设定计算参数（收敛容差、最大迭代次数等）

运行程序

MATLAB版本： % 在主程序文件中设置参数路径并执行 main();

C语言版本：

编译后执行

./fmm3d config.txt

结果分析

程序运行后将生成：

• 三维旅行时数据网格
• 波前传播序列图像
• 最小旅行时射线路径
• 计算精度报告和收敛曲线
• 二进制结果文件供后续分析使用

系统要求

MATLAB版本

• MATLAB R2018a或更高版本
• 图像处理工具箱（用于可视化功能）
• 最低内存：8GB（推荐16GB以上）
• 支持操作系统：Windows/Linux/macOS

C语言版本

• GCC 4.8.5或更高版本编译器
• CMake 3.10或更高版本（用于编译构建）
• 最低内存：16GB（推荐32GB以上大规模模型）
• 支持操作系统：Linux/Unix系统

文件说明

主程序文件实现了整个计算流程的核心控制功能，包括参数读取与验证、速度模型数据加载与预处理、快速行进法迭代计算的核心算法执行、旅行时场的高精度求解、波前传播过程的可视化输出、射线路径的反向追踪与提取，以及最终结果数据的多格式保存与性能统计报告生成。该文件作为程序的总调度中心，协调各个功能模块的协同工作，确保计算过程的完整性和准确性。