模擬地震波傳播的三維逐元并行譜元法

作者：劉少林,楊頂輝,徐錫偉,李小凡,申文豪,劉有山

摘要：高效地震波場正演模擬對于復雜模型中地震波傳播與成像研究至關重要.本文在譜元法原理框架內,對已有逐元譜元法改進,提出一種新的逐元并行譜元法求解三維地震波運動方程,并得到地震波場.逐元并行譜元法的核心思想在于在單元上進行質量矩陣與解向量的乘積運算,并將此運算平均分配至每一個CPU計算核心,此處理有利提升譜元法的并行計算效率.同時,根據Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)數值積分點與插值點重合的特點,將稠密單元剛度矩陣的存儲轉化成單元雅克比矩陣行列式的值及其逆的存儲,大幅減少譜元法計算內存開銷.此外,在模型邊界上利用逐元并行譜元法求解二階位移形式完美匹配層(PML)吸收邊界條件,消除邊界截斷而引入的虛假反射.通過逐元并行譜元法得到的數值解與解析解對比,以及實際地震波場模擬,數值結果證實了逐元并行譜元法用于地震波場模擬的高效性.

發文機構：應急管理部國家自然災害防治研究院 清華大學數學科學系 中國地質大學地球物理與空間信息學院 中國科學院地質與地球物理研究所

關鍵詞：地震波譜元法正演模擬PML吸收邊界條件Seismic waveSpectral-element methodForward modelingPML absorbing boundary condition

分類號： P315[天文地球—地震學]