扩展矩形盒波前法与扩展波前法在初至波计算中的对比研究

《扩展矩形盒波前法与扩展波前法在初至波计算中的对比研究》是一篇探讨地震波传播中初至波计算方法的论文。该论文旨在比较两种不同的波前追踪算法——扩展矩形盒波前法和扩展波前法，分析它们在计算效率、精度以及适用性方面的差异。通过对这两种方法的深入研究，作者希望为地震勘探和地下结构成像提供更优的算法选择。

初至波是地震波传播过程中最先到达接收器的波，通常用于地震数据处理、速度建模以及地下结构反演等任务。由于初至波在地震数据中占据重要地位，因此准确高效地计算初至波对于地震学研究具有重要意义。论文首先回顾了传统的波前追踪方法，如快速行进法（FMM）和有限差分法，并指出这些方法在复杂介质中可能存在的局限性。

扩展矩形盒波前法是一种基于网格划分的波前追踪方法，其核心思想是将计算区域划分为多个矩形盒子，通过逐层扩展的方式计算每个盒子内的波前时间。这种方法能够有效减少计算量，提高计算效率，特别是在大规模三维模型中表现尤为突出。然而，由于矩形盒子的划分方式较为固定，可能会导致在某些复杂地质构造下出现误差积累的问题。

相比之下，扩展波前法则采用更加灵活的波前扩展策略，允许波前在不同方向上以不同的速度进行扩展。这种方法能够更好地适应复杂介质中的波传播特性，从而提高计算的准确性。此外，扩展波前法还能够动态调整计算网格，避免不必要的计算资源浪费，进一步提升了算法的实用性。

论文中对这两种方法进行了详细的数值实验和对比分析。实验结果表明，在相同条件下，扩展波前法在精度方面优于扩展矩形盒波前法，尤其是在处理高斯型速度模型和随机速度场时表现更为稳定。然而，扩展矩形盒波前法在计算效率上具有一定优势，尤其在处理大规模二维或三维模型时，能够显著减少计算时间。

除了精度和效率的比较外，论文还讨论了两种方法在实际应用中的适用场景。例如，在需要高精度初至波计算的工程地震勘探中，扩展波前法可能是更好的选择；而在大规模数据处理任务中，扩展矩形盒波前法则可能更具优势。此外，论文还提出了一些改进方案，如结合两种方法的优点，设计混合算法，以在精度和效率之间取得平衡。

值得注意的是，论文中还涉及了算法实现的一些关键技术问题，包括如何优化网格划分、如何处理边界条件以及如何提高计算稳定性等。作者通过引入自适应网格细化技术，有效提高了扩展波前法在复杂介质中的计算能力。同时，针对扩展矩形盒波前法可能存在的精度不足问题，论文提出了一种基于局部修正的策略，以提升整体计算效果。

总体而言，《扩展矩形盒波前法与扩展波前法在初至波计算中的对比研究》为地震波传播计算提供了重要的理论支持和技术参考。通过对两种方法的系统比较，不仅揭示了各自的优势与不足，也为未来算法的优化和应用提供了新的思路。该论文的研究成果对于地震数据处理、地下结构成像以及相关领域的研究具有重要的指导意义。