非均匀各向同性介质地震波传播的数值模拟研究

"该文主要讨论了非均匀各向同性弹性介质中地震波传播的数值模拟方法，通过建立数学模型，包括选择吸收边界条件和定解条件，以解决复杂介质中的地震波传播问题。文章介绍了作者开发的地震波传播数值模拟有限元程序系统（SWS），该系统适用于二维和三维非均匀各向同性、各向异性以及双相介质的组合。文章重点探讨了人工边界上的吸收边界条件、震源描述、计算稳定性和优化计算效率等问题。" 在地震勘探领域，理解和模拟地震波在不同地质结构中的传播是至关重要的。非均匀各向同性弹性介质是指地层的物理属性（如弹性模量、密度）不仅随位置变化，而且在各个方向上也有所不同。这增加了地震波传播的复杂性，需要高级的数值模拟技术来准确预测。 数值模拟是解决这类问题的有效工具，特别是有限元方法，因为它允许对复杂几何形状进行自由划分，并能处理微分方程系数的不连续性，适合于包含多种介质的情况。在非均匀介质中，通常使用有限差分法和有限元方法。有限元法的优势在于其灵活性和通用性，可以适应各种边界条件，如自然边界条件（涉及法向导数或应力的边界）。 文章中提到的SWS程序系统就是为了解决这些挑战而设计的，它可以处理二维和三维的非均匀各向同性、各向异性以及双相介质的组合。在实际应用中，一些关键问题需要特别关注，比如在人工边界上设置吸收边界条件，以模拟地震波在边界处的衰减；震源的数学描述，直接影响到模拟的准确性；计算稳定性是确保模拟结果可靠的基础；减少信息输入量和存储量则可以提高计算效率，降低计算成本；最后，加快计算速度是优化整个模拟过程的关键。 在数学问题的表述中，作者引用了声波方程和弹性波方程。声波方程在某些特定情况下（如低频或近似无剪切应力条件）可以作为地震波传播的简化模型，而弹性波方程则更全面地考虑了介质的弹性性质。向量符号的引入表示了位移场，进一步阐述了弹性波方程的数学形式。 这篇文章提供了一种数值模拟地震波在非均匀各向同性弹性介质中传播的方法，并介绍了相关软件系统的实现细节，对地震勘探领域的研究和技术发展具有重要价值。