有限差分和伪谱混合方法计算非均匀介质中地震波传播
摘要
伪谱法是一种高效、高精度计算地震波动场的数值方法,它利用快速傅里叶变换对波动方程进行空间求导,对介质参数平滑变化的非均匀介质,最小波长所需要的节点数比有限差分法少.因此,和有限差分法相比,它的计算精度高、计算速度快.很适合于大规模模型的计算.但是,由于伪谱法空间求导算子的全局性,使得该方法不适用于分散内存的并行计算.对于大规模三维球状全地球模型、区域三维模型和三维复杂沉积盆地地震波动场计算来讲,由于所需内存和计算速度的高要求,通常需要在PC集群上并行计算.因此,如何利用伪谱法高效、高精度的优势实现地震波动场的并行计算是需要解决的问题.本研究中,我们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FD/PSM混合方法,该方法在一个空间坐标方向上利用高阶有限差分算子,在另外的空间坐标方向上利用伪谱法算子,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.这种混合方法在三维模型大规模计算方面的应用将提高非均匀地球介质中地震波传播数值计算的精度与效率.