MATLAB三维各向异性介质地震波有限差分模拟

资 源 简 介

基于MATLAB的交错网格有限差分法程序，用于模拟三维各向异性介质中的地震波传播。适用于地球物理研究、波场分析及算法验证，支持自定义介质参数和波动源设置。

详 情 说 明

三维各向异性介质地震波场有限差分模拟系统

项目介绍

本项目是一款基于MATLAB开发的三维各向异性介质地震波传播数值模拟程序。程序采用交错网格有限差分法，能够精确模拟地震波在任意各向异性介质（如VTI、HTI、TTI等）中的传播过程。系统支持用户自定义震源类型与接收器阵列，内置完全匹配层（PML）吸收边界条件以有效压制边界反射，适用于地震波传播机理研究、地下结构成像等地球物理勘探领域。

功能特性

• 各向异性介质支持：基于刚度矩阵或Thomsen参数描述介质各向异性，兼容VTI、HTI、TTI等多种模型
• 灵活震源设置：支持点源、爆炸源等类型，可自定义Ricker子波等震源时间函数
• 波场全要素输出：可输出位移、速度或应力波场的三维快照及接收点地震记录
• 高效吸收边界：采用PML边界条件，有效减少虚假边界反射
• 模拟过程监控：提供稳定性条件自动检验与能量变化曲线等监控功能

使用方法

输入参数配置

1. 介质模型：准备三维网格化的速度（Vp、Vs）、密度（Rho）及各向异性参数文件
2. 震源参数：设置震源坐标、主频、波形函数与激发时间
3. 模拟控制：定义空间网格步长（dx,dy,dz）、时间步长（dt）和总模拟时长
4. 接收器布置：指定接收点三维坐标阵列
5. 边界设置：设定PML层厚度与衰减系数

执行模拟

运行主程序启动波场模拟。程序将自动进行稳定性校验，模拟过程中实时显示进度并监控波场能量变化。

结果获取

• 波场快照：以矩阵或图像格式输出指定时刻的三维波场分布
• 地震记录：生成各接收点的三分量地震波形数据（时间序列）
• 日志数据：包含CFL条件检查结果、边界吸收效果评估等监控记录

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• MATLAB版本：R2018a或更高版本
• 内存建议：≥16GB（取决于模型规模）
• 存储空间：需预留足够空间存储波场快照与地震记录

文件说明

主程序文件整合了波场模拟的核心流程，包括介质参数读取与各向异性刚度矩阵构建、交错网格有限差分计算体系的初始化、震源项与边界条件的植入、时间步进循环求解波场方程以及波场快照与地震记录的动态提取与输出。该文件通过模块化设计实现了从参数配置到结果输出的完整模拟链路。