模拟地震波传播的大网格快速差分算法 被引量：7

1

作者 周家纪 贺振华 《地球物理学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 1994年第A02期450-454,共5页

大网格快速差分法以最佳差分算子为理论基础，使群速度误差最小．这种方法的量大特点是空间网格可以取得很大，只要算子半长度取成４－６，每最短波长取３个空间网格点就可得到精度很高的弹性波场模拟结果．理论计算表明本方法比传统有... 大网格快速差分法以最佳差分算子为理论基础，使群速度误差最小．这种方法的量大特点是空间网格可以取得很大，只要算子半长度取成４－６，每最短波长取３个空间网格点就可得到精度很高的弹性波场模拟结果．理论计算表明本方法比传统有限差分格式的计算速度至少快一个数量级，比伪谱法快３－５倍． 展开更多

关键词 地震勘探 地震波传播 差分算法 模拟地震波

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模拟地震波场的伪谱和高阶有限差分混合方法 被引量：17

2

作者 魏星 王彦宾 陈晓非 《地震学报》 CSCD 北大核心 2010年第4期392-400,共9页

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伪谱/有限差分... 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伪谱/有限差分混合方法.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,既保留了后者的高效、高精度优势,又便于在PC集群上实现并行计算.对二维模型的计算显示,混合方法能有效处理介质不连续面,在保证伪谱法计算精度的情况下,提供了一种并行计算的可能途径. 展开更多

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

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利用有限正弦和有限余弦变换模拟地震波场:声波方程 被引量：7

3

作者 孙建国 王雪秋 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期108-112,共5页

研究了一种利用有限正弦和有限余弦变换解变密度声波方程的方法,它的基本思想有下列4点:(1)对声波方程两端进行关于一个或多个变量的有限正弦或有限余弦变换;(2)将待求波场的Fourier正弦或余弦级数表达式代入到经过变换后的波动方程之中... 研究了一种利用有限正弦和有限余弦变换解变密度声波方程的方法,它的基本思想有下列4点:(1)对声波方程两端进行关于一个或多个变量的有限正弦或有限余弦变换;(2)将待求波场的Fourier正弦或余弦级数表达式代入到经过变换后的波动方程之中,进而得到级数表达系数所满足的微分方程式;(3)分别对时间和未作变换的空间导数进行有限差分或其它形式的近似,得到变换系数所满足的离散(矩阵)方程;(4)将通过解离散(矩阵)方程而得到的变换系数代入到相应的反演公式中去,用求和的方式得到待求波场的数值解。与其它方法相比,利用有限正弦和有限余弦的优点在于可以无限制地扩展变换方向的计算区间和可以处理任意变化的速度和密度结构而不明显地增加计算量。 展开更多

关键词 有限正弦和有限余弦变化变换 地震波场数值模拟 强速度变化

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使用GPU模拟地震波传播的性能研究 被引量：3

4

作者 刘伟峰 王永胜 +1 位作者 张天雷 张兵 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期170-174,共5页

地震波传播的高性能数值模拟是地震研究的重要组成部分。通过挖掘地震波传播弹性动力学方程和其有限差分离散的并行性,着重对地震波传播模拟在GPU体系结构上的性能进行研究。提出了使用GPU模拟地震波传播的优化算法,包括GPU上特有的区... 地震波传播的高性能数值模拟是地震研究的重要组成部分。通过挖掘地震波传播弹性动力学方程和其有限差分离散的并行性,着重对地震波传播模拟在GPU体系结构上的性能进行研究。提出了使用GPU模拟地震波传播的优化算法,包括GPU上特有的区域分解法和子区域网格上最大化访存联合的两类片内存储器访问方案。实验表明,优化后的GPU实现与使用英特尔线程构建模块优化的双核CPU上的实现相比获得了42倍以上的加速比。 展开更多

关键词 地震波传播的数值模拟 地震波可视化 图形处理器 计算统一设备架构

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复杂固-液介质的速度应力方程三角形单元间断伽辽金地震波模拟算法 被引量：1

5

作者 曹文忠 张伟 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期684-695,共12页

间断伽辽金法可用于存在复杂边界条件的模型,同时具有高阶精度和易于并行计算的优点,因此近年来在地震波传播模拟研究中得到了快速发展.数值通量是间断伽辽金法的关键组成部分之一.相比于其他通量,基于Rankine-Hugoniot跳跃条件的通量(R... 间断伽辽金法可用于存在复杂边界条件的模型,同时具有高阶精度和易于并行计算的优点,因此近年来在地震波传播模拟研究中得到了快速发展.数值通量是间断伽辽金法的关键组成部分之一.相比于其他通量,基于Rankine-Hugoniot跳跃条件的通量(RH-condition通量)在固体和液体介质边界具有更宽的稳定性,可以使用更大的时间步长,尤其是液体和固体之间的波阻抗差异较大时.它已被用于基于四边形网格和速度-应变方程的间断伽辽金地震波固液介质模拟.本文为了模拟陆地自然水体等存在复杂固-液界面形状的地震波传播,并在未来与其他数值方法耦合,发展了基于三角形网格的RH-condition通量间断伽辽金方法,使用一阶速度-压力声波和一阶速度-应力弹性波方程模拟复杂固-液介质中地震波的传播.通过水平层状和sin型起伏固-液模型,验证了该方法模拟结果的准确性.通过数值模拟展示了所提出的间断伽辽金法在不同网格大小和阶数下的准确性和效率.最后通过一个复杂模型的例子表明存在复杂固-液界面时该方法可以准确施加固-液边界条件. 展开更多

关键词 间断伽辽金 地震波模拟 固-液介质 数值通量

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基于多辛结构谱元法的保结构地震波场模拟 被引量：20

6

作者 汪文帅 李小凡 +1 位作者 鲁明文 张美根 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3427-3439,共13页

近年来构造高精度、高效且具有长时程跟踪能力的保结构算法已逐渐成为地震波模拟算法发展的重要方向之一.本文基于谱元法(SEM)进行空间域离散结合新推导的三阶辛算法(NTSTO)进行时间域离散,构造了一种具有时-空保结构特性的新算法.本文... 近年来构造高精度、高效且具有长时程跟踪能力的保结构算法已逐渐成为地震波模拟算法发展的重要方向之一.本文基于谱元法(SEM)进行空间域离散结合新推导的三阶辛算法(NTSTO)进行时间域离散,构造了一种具有时-空保结构特性的新算法.本文给出的多组数值试验对比结果表明,本算法无论在内存消耗、稳定性及计算耗时,还是长时程跟踪能力方面都有上佳的表现;另外,本文给出的起伏地表多层介质模型的数值算例验证了该算法处理复杂几何形状和复杂介质时的有效性.该多辛结构谱元法的发展将为长时程地震波传播的计算及模拟提供更为广泛而有效的选择. 展开更多

关键词 谱元法 辛算法 地震波模拟

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三维复杂构造中地震波模拟的单程波方法 被引量：25

7

作者 刘礼农 崔凤林 张剑锋 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期514-520,共7页

复杂构造中单程波与双程波方法模拟结果的比较表明 ,就地震勘探中主要关心的一次反射波而言 ,单程波算法已具有足够的精度 .使用单程波方程将极大地减少数值计算的计算量 ,同时对介质的几何和物理参数建模也降低了要求 .单程波算法可视... 复杂构造中单程波与双程波方法模拟结果的比较表明 ,就地震勘探中主要关心的一次反射波而言 ,单程波算法已具有足够的精度 .使用单程波方程将极大地减少数值计算的计算量 ,同时对介质的几何和物理参数建模也降低了要求 .单程波算法可视为深度偏移的“逆运算” ,这样可以很好地借用已知的深度偏移方法及其程序系统 .基于计算效率和计算精度的双重考虑 ,本文在介质速度结构较复杂时采用显式短算子波场延拓方法 ,而在介质速度结构相对简单时采用分裂步相移法 . 展开更多

关键词 地震波模拟 单程波方法 三维地震模拟 显式短算子 分裂步相移

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界面起伏条件下反射/透射算子+单程波方程的地震波模拟方法 被引量：15

8

作者 谢桂生 刘洪 +1 位作者 李幼铭 胡润苗 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期1172-1178,共7页

本文导出了一种由单程波方程利用反射/透射算子的可分表示方法模拟复杂介质中一次反射地震波的数值算法.文中利用算子可分表示理论将反射/透射算子分解成适合于双域(空间域和波数域)运算的表达形式,使得本文得到的地震波数值模拟算法可... 本文导出了一种由单程波方程利用反射/透射算子的可分表示方法模拟复杂介质中一次反射地震波的数值算法.文中利用算子可分表示理论将反射/透射算子分解成适合于双域(空间域和波数域)运算的表达形式,使得本文得到的地震波数值模拟算法可适应于一定程度横向非均匀介质和界面起伏情况,在入射角小于45°时能够准确模拟振幅随入射角(AVA)的关系.就模拟一次反射地震波而言,与前人研究的双程波动方程伪谱法地震波模拟相比,本文算法具有足够高的模拟精度,且计算效率成倍地提高. 展开更多

关键词 地震波模拟 单程波方程 反射/透射算子 可分表示

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基于Shannon奇异核理论的褶积微分算子在地震波场模拟中的应用 被引量：12

9

作者 龙桂华 李小凡 张美根 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期1014-1024,共11页

本文在前人工作的基础上,建立了一种基于shannon奇异核的交错网格褶积微分算子方法.文中不仅详细讨论了影响算子精度的各种因素,同时也着重分析了其在弹性波模拟中的频散关系和稳定性条件.通过和交错网格有限差分算子比较,发现该算子即... 本文在前人工作的基础上,建立了一种基于shannon奇异核的交错网格褶积微分算子方法.文中不仅详细讨论了影响算子精度的各种因素,同时也着重分析了其在弹性波模拟中的频散关系和稳定性条件.通过和交错网格有限差分算子比较,发现该算子即使在高波数域也具有较高的精度.均匀介质中的数值试验也表明,该方法9点格式就基本上达到了解析解精度.而分层均匀介质和复杂介质中的地震波数值模拟也同时证实了该方法精度高,稳定性好,是一种研究复杂介质中地震波传播的有效数值方法. 展开更多

关键词 离散奇异核 褶积微分算子 地震波模拟

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三维粘弹介质地震波场有限差分并行模拟 被引量：25

10

作者 王德利 雍运动 +1 位作者 韩立国 廉玉广 《西北地震学报》 CSCD 北大核心 2007年第1期30-34,共5页

有限差分法在三维粘弹性复杂介质正演模拟地震波的传播中对计算机内存和计算速度要求比较高,单个PC机或工作站只能计算较少网格内短时间的波场。本文介绍一种基于MPI的并行有限差分法,可在PCCluster上模拟较大规模三维粘弹性复杂介质中... 有限差分法在三维粘弹性复杂介质正演模拟地震波的传播中对计算机内存和计算速度要求比较高,单个PC机或工作站只能计算较少网格内短时间的波场。本文介绍一种基于MPI的并行有限差分法,可在PCCluster上模拟较大规模三维粘弹性复杂介质中地震波传播时的波场;可预测地震波在此类条件下传播时的运动学和动力学性质。对于更好地理解波动传播现象,解释实际地震资料及反问题的解决等均具有重要的理论与实际意义。 展开更多

关键词 三维粘弹性介质 地震波场模拟 并行计算 MPI 有限差分

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地震波数值模拟的非规则网格PML吸收边界 被引量：32

11

作者 徐义 张剑锋 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1520-1526,共7页

以格子法为基础,以声波方程为例研究非规则网格PML(Perfectly Matched Layer)方法.本方法的核心是建立局部坐标系下的分裂方程和基于积分近似的微分方程弱形式.该非规则网格模拟方法允许在计算域内设置任意形状的人工边界.对于二维半空... 以格子法为基础,以声波方程为例研究非规则网格PML(Perfectly Matched Layer)方法.本方法的核心是建立局部坐标系下的分裂方程和基于积分近似的微分方程弱形式.该非规则网格模拟方法允许在计算域内设置任意形状的人工边界.对于二维半空间问题,与采用矩形人工边界相比,采用半圆形人工边界可减少计算量20%以上.采用光滑的曲边界,不仅可减少计算区域,还可避免常规的PML吸收边界在吸收带角点区域的特殊处理.本方法事先计算和存储边界单元的局部几何参数,在计算的每一时间步查表调用这些参数,与常规的直边界PML方法相比,不增加任何计算量. 展开更多

关键词 格子法 非规则网格 PML 吸收边界 声波方程 地震波场模拟

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细胞自动机地震波模拟的并行化算法 被引量：15

12

作者 王真理 李幼铭 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期410-415,共6页

采用区域分解的办法对格子气自动机地震波传播模拟的并行化算法进行了研究，提出了两种区域分解算法，并在SGIPowerChallenge并行计算机上进行了实际地质模型中平面波反射地震响应的计算，获得了较高的并行计算效率．

关键词 并行计算 地震波传播 地震波模拟 细胞自动化

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用于地震波场模拟的变网格边长声格固体模型 被引量：8

13

作者 刘劲松 许云 乌达巴拉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期536-542,共7页

提出一种新的用于地震波场模拟的变网格边长声格固体模型（Phononiclatticesolidwithvariousgridlength，简称PLSVL模型）．该模型通过改变不同介质中网格的边长来体现介质速度的变化，粒子在所有网格中的运动均保持每一步运行一个网格... 提出一种新的用于地震波场模拟的变网格边长声格固体模型（Phononiclatticesolidwithvariousgridlength，简称PLSVL模型）．该模型通过改变不同介质中网格的边长来体现介质速度的变化，粒子在所有网格中的运动均保持每一步运行一个网格边长．详细推导了该模型的Boltzmann方程，证明该方程及其散射项的表达式与PLS模型相同，因而从该方程出发，可寻出宏观变量所满足的波动方程．新模型在同种网格内部的传输过程不存在误差，在界面产生的误差不会随时间而积累．本文同时给出了一个理论模型的波场模拟结果． 展开更多

关键词 地震波场模拟 声格固体模型 变网格边长

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声格固体模型地震波场模拟 被引量：6

14

作者 刘劲松 许云 乌达巴拉 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期370-375,共6页

PeterMora为模拟复杂介质中的纵波，提出了声格固体模型，即在格子Boltzman模型基础上引入变速粒子而建立的细胞自动机模型，从而为利用这种方法模拟地震波场奠定了理论基础。文中简要介绍了PeterMora的声格固体模型的基本理论框架及差... PeterMora为模拟复杂介质中的纵波，提出了声格固体模型，即在格子Boltzman模型基础上引入变速粒子而建立的细胞自动机模型，从而为利用这种方法模拟地震波场奠定了理论基础。文中简要介绍了PeterMora的声格固体模型的基本理论框架及差分算法，同时还介绍了黄联捷的插值算法。笔者的工作在于提出吸收边界的处理方法，并给出一个非均匀介质模型的数值模拟结果。由于此法允许在每个网格点上的状态可同时更新，因而适合在大型并行机上实现。对于波阻抗和形状变化剧烈的介质，不必作渐变和平滑处理，表明该法是有潜力的。 展开更多

关键词 声格固体模型 地震波场模拟 吸收边界 地震勘探

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地震波数值模拟中的最优Shannon奇异核褶积微分算子 被引量：3

15

作者 龙桂华 赵宇波 赵家福 《地震学报》 CSCD 北大核心 2011年第5期650-662,共13页

如何有效协调地震波数值模拟过程中的计算精度和计算效率,一直是许多地球物理工作者密切关注且努力寻求解决的问题.这一问题求解的好坏,将直接影响到人们正确认识地下构造的地球物理响应.本文从离散Shannon奇异核理论出发,推导了基于Sha... 如何有效协调地震波数值模拟过程中的计算精度和计算效率,一直是许多地球物理工作者密切关注且努力寻求解决的问题.这一问题求解的好坏,将直接影响到人们正确认识地下构造的地球物理响应.本文从离散Shannon奇异核理论出发,推导了基于Shannon奇异核的交错网格褶积微分算子,分析并求出了影响算子精度窗函数的最优化参数.通过将最优褶积微分算子与不同长度的交错网格有限差分算子进行比较,发现该算子8点格式的精度相当于16阶交错网格有限差分.对于同长度的算子,交错网格褶积微分算子可以在一个波长内具有较少的采样点数.将本文算子运用于Corner-Edge固液介质模型,其数值试验结果同样表明,该方法计算精度高,稳定性好,可作为研究复杂介质中地震波传播的又一有效数值方法. 展开更多

关键词 交错网格 Shannon奇异核 褶积微分算子 地震波模拟

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粘弹介质中可变网格地震波传播数值模拟 被引量：7

16

作者 李晓波 董良国 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期1-10,111,共10页

从Kelvin介质的本构方程出发推导了粘弹介质中的弹性波方程和声波方程,建立了粘滞弹性波方程的交错网格高阶差分解和粘滞声波方程的高阶差分解,并应用可变空间网格与局部可变时间步长数值计算技术,形成了适用于粘弹介质中弹性(声)波传... 从Kelvin介质的本构方程出发推导了粘弹介质中的弹性波方程和声波方程,建立了粘滞弹性波方程的交错网格高阶差分解和粘滞声波方程的高阶差分解,并应用可变空间网格与局部可变时间步长数值计算技术,形成了适用于粘弹介质中弹性(声)波传播的高效、高精度的数值模拟方法。数值实验结果表明,该方法可以有效模拟地震波在粘弹介质中的传播,并且可以比较准确地刻画精细介质结构,在保证模拟精度的同时极大地提高了计算效率。 展开更多

关键词 粘弹性 Kelvin介质 可变空间网格 局部可变时间步长 地震波模拟 高阶差分 交错网格

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两组任意夹角倾斜裂缝介质地震波场模拟 被引量：6

17

作者 王月英 孙赞东 白海军 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期47-54,共8页

两组任意夹角的倾斜裂缝在自然界中具有普遍性,本文针对两组任意夹角的倾斜裂缝介质模型,采用交错网格高阶差分法进行地震波场二维三分量数值模拟。根据Hudson理论和Bond矩阵变换得到裂缝型储层在观测坐标下的弹性系数,对比了在本构坐... 两组任意夹角的倾斜裂缝在自然界中具有普遍性,本文针对两组任意夹角的倾斜裂缝介质模型,采用交错网格高阶差分法进行地震波场二维三分量数值模拟。根据Hudson理论和Bond矩阵变换得到裂缝型储层在观测坐标下的弹性系数,对比了在本构坐标和观测坐标下地震波场之间的差异,分析了不同方位角下炮记录波场特征、不同炮检距方位角道集上的波场特征,以及改变裂缝夹角后在方位角道集记录上的响应特征。研究表明,裂缝型储层的各向异性特征是裂缝的综合反映,各向异性的强弱不仅与裂缝的发育强度有关,还与裂缝发育的复杂程度有关。通过对方位各向异性介质数值模拟和波场特征的分析,可为方位各向异性介质的裂缝反演提供理论基础。 展开更多

关键词 地震波场模拟 裂缝介质 夹角 方位各向异性介质 裂缝型储层 波场特征 观测坐标 数值模拟

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地震波正演模拟的任意差分精细积分方法 被引量：11

18

作者 王润秋 耿伟峰 王尚旭 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期252-257,共6页

王润秋 ,耿伟峰 ,王尚旭 .地震波正演模拟的任意差分精细积分方法 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 3,38(3) :2 5 2～2 5 7　　本文对钟万勰提出的抛物线方程单点子域积分法和强士中提出的温度场问题的任意差分法进行了改进 ,提出了波动方程... 王润秋 ,耿伟峰 ,王尚旭 .地震波正演模拟的任意差分精细积分方法 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 3,38(3) :2 5 2～2 5 7　　本文对钟万勰提出的抛物线方程单点子域积分法和强士中提出的温度场问题的任意差分法进行了改进 ,提出了波动方程任意差分精细积分解法 ,从理论上推导了任意差分精细积分公式并给出了其实现途径 ,对任意差分精细积分方法的空间与时间精度和差分格式的稳定性做了理论探讨 ,并进行了验证。理论分析和实际例证都表明本文方法精度较高。地震波正演模拟算例则表明本文方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。 展开更多

关键词 地震波正演模拟 任意差分精细积分方法 波动方程 有限差分 精细积分 地震模型 复杂地表

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标量地震波频率-空间域有限差分法数值模拟 被引量：17

19

作者 任浩然 王华忠 龚婷 《石油物探》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期20-26,共7页

讨论了频率-空间域优化有限差分算子地震波场模拟方法。推导了频率-空间域双程波高阶有限差分算子,计算了9点有限差分系数;提出了一种节省内存的存储策略,对稀疏矩阵和稀疏矩阵LU分解后的矩阵采用了节省内存的存储策略,使内存空间的需... 讨论了频率-空间域优化有限差分算子地震波场模拟方法。推导了频率-空间域双程波高阶有限差分算子,计算了9点有限差分系数;提出了一种节省内存的存储策略,对稀疏矩阵和稀疏矩阵LU分解后的矩阵采用了节省内存的存储策略,使内存空间的需求量大幅度降低,可以利用本方法进行具有生产规模的地震波正演模拟;推导了依赖于频率的最佳匹配层吸收边界条件,获得了很好的吸收效果。洼陷模型和Marmousi模型数值模拟试验表明,方法可行且有效,在节约计算机资源的同时,计算精度也能得到保证。 展开更多

关键词 频率-空间域 有限差分法 标量波方程 最佳匹配层吸收边界条件 地震波正演模拟

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基于交错网格Fourier伪谱微分矩阵算子的地震波场模拟GPU加速方案 被引量：15

20

作者 龙桂华 李小凡 江东辉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2964-2971,共8页

作为高精度波形反演或逆时偏移的重要组成部分,地震波数值模拟对计算速度和效率提出了更高要求.GPU通用计算技术的产生及其内在数据并行性,为高效地震波数值模拟应用和研究得以有效开展奠定了基础.本文借助交错网格的Fourier伪谱微分矩... 作为高精度波形反演或逆时偏移的重要组成部分,地震波数值模拟对计算速度和效率提出了更高要求.GPU通用计算技术的产生及其内在数据并行性,为高效地震波数值模拟应用和研究得以有效开展奠定了基础.本文借助交错网格的Fourier伪谱微分矩阵算子和GPU上高效矩阵乘法,实现了复杂介质中地震波模拟的高效算法.数值试验表明,优化后的GPU计算相比CPU单核计算在大规模二维地震波场计算中获得至少100x以上的加速比.这对我们快速分析目标反射层在地震剖面中同相轴位置,制定优化采集方案具有重要意义. 展开更多

关键词 伪谱微分矩阵算子 GPU通用计算 地震波高效正演模拟

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