二维地震波场有限差分正演模拟及合成地震记录的实现的开题报告

二维地震波场有限差分正演模拟及合成地震记录的实现的开题报告一、研究背景及意义地震是地球上常见的自然灾害之一，其发生给人们的生命、财产等造成巨大的危害。在地震预测、震源机制研究、地震勘探等领域，合成地震记录及相关模拟方法是非常重要的手段之一。当前，二维地震波场模拟及合成地震记录的研究已经成为地震领域的热点之一。有限差分法（FiniteDifferenceMethod，FDM）是一种广泛应用于数值计算的数值解法，其将偏微分方程离散化后，通过迭代计算来逼近真实的解析解。在地震波场模拟中，有限差分法主要用于求解二维或三维弹性波方程，模拟地震波传播的过程。在二维地震波场模拟中，有限差分法将计算网格划分为若干个相同大小的小区域，并将波场的运动在这些小区域上进行离散化处理。二维波场模拟一般采用双向计算算法，即从反向的波源位置开始计算，先计算反向波场，然后再从正向波源位置开始计算正向波场。最终合成的地震记录即为正向波场与反向波场的叠加。二、研究内容及研究方法本论文将研究二维地震波场有限差分正演模拟及合成地震记录的实现方法。具体研究内容包括：1.建立二维弹性波方程及其对应的有限差分方程，对波场的速度和应力进行离散化处理，最终得到波场在离散网格上的时间积分方程。2.设计波场正演计算程序，采用双向计算算法，先从反向波源位置开始计算反向波场，然后从正向波源位置开始计算正向波场，最终合成地震记录。3.验证波场正演计算程序的正确性，通过人工构造的模型对程序进行验证，并与已有的真实观测数据进行对比。4.采用C++及Python语言编写模拟程序，提高模拟效率，同时进行可视化处理。本论文研究采用的方法主要有：1.有限差分法：对二维弹性波方程进行离散化处理，建立其对应的有限差分方程。2.双向计算算法：先从反向波源位置开始计算反向波场，然后从正向波源位置开始计算正向波场，最终生成合成地震记录。3.编程实现：采用C++及Python语言进行编程实现，并进行可视化处理。三、预期研究成果本论文研究的预期成果包括：1.二维地震波场有限差分正演模拟程序的编制，包括建立弹性波方程及其对应的有限差分方程、正演计算程序、波源位置控制等模块，能够对地震波场进行模拟计算，并生成合成地震记录。2.通过验证程序正确性及与已有真实观测数据对比，证明模拟程序的可靠性和准确性。3.在编码时采用C++及Python等高效语言，提高模拟程序的效率，并进行可视化处理，便于模拟过程的分析以及结果的展示。四、论文结构安排本论文的结构安排如下：第一章：绪论介绍研究背景、研究内容、研究方法及研究成果等，明确论文研究的目的和意义。第二章：二维弹性波方程及其有限差分离散介绍二维弹性波方程的基本概念及其有限差分离散化方法，对波场的速度和应力进行离散化处理，得到波场在离散网格上的时间积分方程。第三章：地震波场正演计算程序的设计与实现介绍波场正演程序的设计思路及具体实现方式，包括双向计算算法、程序组成结构、波源的位置控制、程序可视化等。第四章：正演程序的验证和实验结果分析通过人工构造的模型对正演程序进行验证，并通过与真实观测数据对比，验证