Technology of Supercomputer Simulation of Seismic Wave Fields in Complicated Media

Boris M. Glinskiy, Valery N. Martynov, Anna F. Sapetina

Abstract


The paper considered computing technology solving problems related to the modeling of seismic wave propagation in inhomogeneous media typical of volcanic structures using supercom-puter simulations in order to create systems of vibroseis monitoring for quake-prone objects. The physico-mathematical model of the magmatic volcano is constructed and software implementation on the basis of the known numerical method that effectively using the architecture of modern su-percomputers equipped with GPU is developed. The parallel 2D and 3D algorithms and software for simulation of elastic wave propagation in a complicated medium (2D model is separation of original 3D model using various angles and planes) on basis of the explicit finite-difference scheme for the shifted grids and CFS-PML method of absorbing boundaries is developed. Scalability of algorithms is investigated. The application of the developed technology allows for much more effi-cient to carry out studies of the structure of the wave field due to the geometry of the internal boundaries and refinement of its kinematic and dynamic characteristics.

Keywords


мониторинг; 3D моделирование; упругие волны; разностные схемы; гибридный кластер; GPU

References


Лаверов, Н.П. Новейший и современный вулканизм на территории России. / Н.П. Лаверов [и др.] — М.: Наука, 2005. — 604 с.

Мясников, A.В. Мониторинг состояния магматических структур вулкана Эльбрус по наблюдениям литосферных деформаций баксанским лазерным интерферометром [Текст] : дис. / А.В. Мясников — Москва, 2012.

Гурбанов, А.Г. Активный вулкан Эльбрус и этапы его геологической истории / А.Г. Гурбанов, В.М. Газеев, О.А. Богатиков [и др.] // Современные методы геолого-геофизического мониторинга природных процессов на территории Кабардино-Балкарии. — 2005. — С. 94–119.

Авдулов, М.В. О геологической природе гравитационной аномалии Эльбруса / М.В. Авдулов, Н.В Короновский // Изв. АН СССР. Сер.геолог. — 1962. — № 9. — С. 67–74.

Авдулов, М.В. О геологической природе Эльбрусского гравитационного минимума / М.В. Авдулов // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. — 1993. — № 3. — С. 32–39.

Собисевич, А.Л. Избранные задачи математической геофизики, вулканологии и геоэкологии. / А.Л. Собисевич — М.: ИФЗ РАН, 2012. — T. 1. — 512 с.

Bihn, M. Stable Discretization Scheme for the Simulation of Elastic Waves / M. Bihn, T.A. Weiland // Proceedings of the 15th IMACS World Congress on Scientific Computation, Modelling and Applied Mathematics (IMACS 1997). — 1997. — Vol. 2. — P. 75–80.

Глинский, Б.М. Численное моделирование и экспериментальные исследования грязевого вулкана «Гора Карабетова» вибросейсмическими методами / Б.М. Глинский, Д.А. Караваев, В.В. Ковалевский, В.Н. Мартынов // Вычислительные методы и программирование. — 2010. — Т. 11. — С. 95–104.

Караваев, Д.А. Параллельная реализация метода численного моделирования волновых полей в трехмерных моделях неоднородных сред / Д.А. Караваев // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. — 2009. — № 6(1). — С. 203–209.

Drossaert, F. Complex frequency shifted convolution PML for FDTD modeling of elastic waves / F. Drossaert, A. Giannopoulos // Wave Motion. — 2007. — Vol. 44. — P. 593–604. DOI: 10.1016/j.wavemoti.2007.03.003.

Komatitsch, D. An unsplit convolutional perfectly matched layer improved at grazing incidence for the seismic wave equation / D. Komatitsch, R. Martin // GEOPHYSICS. — 2008. — Vol. 73, No. 4. — P. T51–T61. DOI: 10.1190/1.2939484.

Hastings, F.D. Application of the perfectly matched layer (PML) absorbing boundary condition to elastic wave propagation / F.D. Hastings, J.B. Schneider, S.L. Broschat // J. Acoust. Soc. Am. — 1996. — Vol. 100(5). — P. 3061–3069. DOI: 10.1121/1.417118.

Сапетина, А.Ф. Численное моделирование распространения сейсмических волн в сложно построенных средах на гибридном кластере / А.Ф. Сапетина // Проблемы прочности и пластичности. — 2014. — T. 76, № 4. — С. 288–296.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse150406