地震波场模拟的伪谱和高阶有限差分混合方法
  • 【摘要】

    本文首先系统回顾了波动方程地震数值模拟方法的发展过程和研究现状,主要介绍了地震波场数值模拟的两种常用方法:交错网格的伪谱法和有限差分法,并详细比较了二者的优势和劣势。伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算。 本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的PSM/FDM混合... 展开>>本文首先系统回顾了波动方程地震数值模拟方法的发展过程和研究现状,主要介绍了地震波场数值模拟的两种常用方法:交错网格的伪谱法和有限差分法,并详细比较了二者的优势和劣势。伪谱法是一种高效、高精度计算非均匀介质地震波传播的数值方法,但是由于它的微分算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算。 本文将有限差分算子的局部性和伪谱法算子的高效、高精度相结合,发展基于两种方法的PSM/FDM混合方法,该方法在一个空间坐标方向上利用交错网格高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用交错网格伪谱法算子。我们给出了混合方法的数值实现过程,并对均匀弹性半空间进行计算,与伪谱法的计算结果做比较,分析了计算精度和效率,显示了混合方法的优越性。最后,应用交错网格混合方法模拟了二维椭圆形低速盆地模型的P-SV波传播,计算结果充分显示了低速盆地的场地效应。 本文的研究结果表明,基于伪谱法和有限差分方法的数值模拟混合方法,结合了有限差分法和伪谱法的优点,弥补了二者的不足,既能有效的较好地处理介质不连续面的计算,又能在保证和伪谱法相当精度的前提下,提高计算效率,节省计算时间。由于在垂直方向上采用局部有限差分算子,混合方法很适宜于在分布内存的PC集群上实现并行计算,在大规模三维非均匀介质模型小波长地震波场模拟方面有应用价值。 收起<<

  • 【作者】

    魏星 

  • 【学科专业】

    固体地球物理学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    北京大学

  • 【导师姓名】

    王彦宾

  • 【学位年度】

    2006

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    交错网格  伪谱法  高阶有限差分法  混合方法  地震波场模拟  波动方程