Технология суперкомпьютерного 3D моделирования сейсмических волновых полей в сложно построенных средах
Аннотация
В работе рассматриваются вычислительные технологии решения задач, связанных с моделированием распространения сейсмических волн в неоднородных средах, характерных для вулканических структур, с использованием суперкомпьютерного моделирования в целях создания систем вибросейсмического мониторинга сейсмоопасных объектов. Построена физико-математическая модель магматического вулкана и программная реализация на основе известного численного метода, эффективно использующая архитектуру современного суперкомпьютера, оснащенного GPU. Созданы параллельные 2D и 3D алгоритмы и программы для моделирования распространения упругих волн в сложно построенной среде (2D модель есть сечение исходной 3D модели различными плоскостями и под разными углами) на основе явной конечно-разностной схемы на сдвинутых сетках и метода поглощающих границ CFS-PML. Исследована масштабируемость алгоритмов. Применение разработанной технологии позволяет гораздо эффективней проводить изучение структуры волнового поля, обусловленного геометрией внутренних границ, уточнение его кинематических и динамических характеристик.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
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