基于新离散公式和OpenMP优化的有限差分声波数值模拟

发布时间：2024-04-12 21:38

　　有限差分法算法是声波数值模拟算法中最广泛的数值计算方法。该方法具有计算速度快、占用内存相对较小、易于编程实现及模拟精度高等优点。规则网格下的有限差分算法相比于近年来提出的新的有限差分算法计算效率最高,消耗内存最少。然而,引入PML边界,导致常规网格的有限差分离散公式复杂,计算过程需要对计算区域和边界区域进行判断,导致计算效率低。针对这个问题,笔者新推导的离散公式,形式简单,整个模拟区域计算代码一致,可以很好地解决这个问题。OpenMP并行算法,语言简洁和可移植性高,通过结合OpenMP并行算法,对模拟算法进一步优化,可以较大提高数值模拟的计算效率。

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【部分图文】：

图1简单模型的波场快照

使用一个500×500,dx=dz=10m,dt=800ms，速度为4000m/s的均匀速度模型，震源放置在中心(250,250)。分别使用本文方法进行模拟并与一阶应力-速度方程的模拟结果进行对比。如图1所示，在t=0.56s，波场未到达边界，模型为均匀模型，因此波场快照....

图2Sigsbee速度模型

为进一步证明推导出的公式(10)在复杂模型中也可以准确模拟波场，使用Sigsbee模型进一步验证。模型大小为1001×501,dx=dz=10m,dt=0.001s。速度模型和波场快照如图2所示，sigsbee速度模型中包含一个高速盐体，盐体上表面起伏，容易产生绕射波场，将....

图3t=0.8s时的波场快照

(1)规则网格下的有限差分算法，适当提高差分阶数，既可以满足模拟精度要求，相比于一阶应力-速度方程的计算效率更高。通过改进边界条件公式，推导出新的离散公式，相比于传统二阶声波方程的PML边界控制方程，边界计算区域中不再包含波场的三阶偏导数和阻尼系数的一阶导数。并且，新的离散公式在....

本文编号：3952006