基于MATLAB的二维地震波动方程有限差分法数值模拟系统

资 源 简 介

本项目采用有限差分法实现二维弹性波波动方程的数值模拟，可生成波场快照与地震记录，支持自定义介质参数，用于分析地震波在不同模型中的传播特性。

详 情 说 明

二维地震波动方程有限差分法数值模拟与分析系统

项目介绍

本项目是一个基于二维弹性波波动方程的地震波数值模拟系统，采用有限差分法进行离散求解。系统能够精确模拟地震波在复杂介质中的传播过程，生成波场快照和地震记录，为地震学研究、工程勘探和教育教学提供可靠的数值实验平台。

功能特性

• 核心算法：基于二维弹性波波动方程的交错网格有限差分数值求解
• 边界处理：采用完全匹配层(PML)边界条件，有效吸收边界反射波
• 介质模拟：支持任意速度场(vp,vs)和密度场(rho)分布的复杂介质模型
• 震源定制：可设置震源位置、主频和多种震源时间函数（如雷克子波）
• 观测系统：灵活布置检波器阵列，记录多分量地震信号
• 可视化分析：提供波场快照序列、波前传播动画和能流密度分析
• 质量监控：自动进行CFL稳定性验证和数值频散评估

使用方法

1. 参数配置：在运行前设置计算区域参数（网格尺寸、时间步长、模拟时长）
2. 模型构建：准备速度场和密度场的二维矩阵数据
3. 震源设置：指定震源坐标、主频和波形函数类型
4. 接收点布置：定义检波器位置坐标数组
5. 边界配置：设置PML层厚度和衰减系数
6. 执行模拟：运行主程序开始波场计算
7. 结果分析：查看生成的波场快照、地震记录和分析报告

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 运行环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存需求：建议4GB以上，具体取决于模型网格规模
• 存储空间：根据模拟时长和输出数据量配置

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括波动方程有限差分离散化处理、交错网格波场递推计算、PML边界条件实施、震源信号注入、多分量波场记录以及结果可视化生成。该文件实现了从参数读取、波场初始化到时间步进计算的全流程控制，并负责协调各功能模块间的数据传递与进程调度。