弹性波传播模拟：基于卷积完全匹配层的旋转交错网格方法

"基于卷积完全匹配层的旋转交错网格高阶差分法模拟弹性波传播" 本文详细探讨了使用基于卷积完全匹配层（Convolutional Perfectly Matched Layer，CPML）的旋转交错网格（Rotated Staggered Grid，RSG）高阶差分方法来模拟弹性波在各向异性及随机介质中的传播。该方法是地震勘探领域的一个重要工具，有助于深入理解复杂地质结构中的地震波行为。 首先，文章从一阶速度-应力弹性波方程出发，构建了一个基于RSG的时间二阶精度和空间2M阶精度的有限差分格式。RSG是一种优化的空间网格布局，它能够有效处理不同方向的波传播，同时保持数值稳定性，减少了计算中的混叠效应。 接着，文章介绍了递归卷积复频移CPML边界条件的理论基础。CPML相比于传统的Perfectly Matched Layer (PML)具有更好的吸收性能，特别是在处理隐失波时。作者通过一系列实验，探讨了关键参数m、K和d的选择，以找到最优的CPML参数设置。这些参数的选择直接影响到边界条件的吸收效果和数值模拟的准确性。 实验结果显示，采用CPML边界条件可以显著降低全局反射误差，并且在波场快照中表现出对隐失波的优越吸收性能，这对比了传统PML边界条件的性能。这一改进对于减少反射引起的数值假象，提高模拟结果的真实度至关重要。 文章的最后部分，作者利用Matlab编程实现了一个基于CPML边界的RSG弹性波正演模拟程序。该程序被用于模拟各向异性介质和随机介质中的弹性波传播，生成了正演剖面记录和波场快照。这些模拟结果提供了直观的视觉表示，帮助分析者深入理解弹性波在非均匀介质中的传播特性，从而在地震资料解释中提供更准确的指导。 关键词：旋转交错网格；卷积完全匹配层；弹性波传播；高阶差分法；各向异性介质；随机介质；地震勘探