基于GPU加速的有限差分数值模拟方法研究

发布时间：2021-02-21 09:37

　　地震波场数值模拟不仅是地震学的重要基础,也是地震勘探中一个重要的研究方向,不仅可以通过数值模拟来获得模型中地震波传播的路径和旅行时,也可以为复杂地区地震数据采集和数据处理及解释提供理论依据。随着地震勘探难度的日益增加,通过地震波场数值模拟,可以研究地震波在不同介质中的传播规律和特点。有限差分方法是一种直接将微分问题转变成代数问题的近似数据解法,精度较高,是目前数值模拟领域应用最广的方法,在地震波场数值模拟领域具有重要的作用。不同的地质构造会产生不同的地震波场,因此利用有限差分数值模拟方法理论研究不同结构模型的地震波的传播具有重要的意义。本文主要利用有限差分法作了二维各向同性介质中弹性波波场数值模拟。首先推导了弹性波的二阶运动方程和一阶速度-应力方程,并以此为基础,分别推导了高阶常规网格的差分格式和高阶交错网格的差分格式,并给出对应的差分系数。分析了影响有限差分稳定性以及产生频散的因素,提出了相应的解决方法。论文研究了地震数值模拟的边界条件,重点分析了 Higdon吸收边界和PML吸收边界,推导了一阶和二阶Higdon边界以及PML边界的表达式,通过模型试算比较了它们的吸收效果,得出了 ... 

【文章来源】：山东科技大学山东省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题依据和研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要研究内容和技术路线图
2 波动方程及有限差分格式推导
    2.1 弹性波波动方程
    2.2 有限差分的原理及格式推导
    2.3 弹性波波动方程常规网格有限差分推导
    2.4 弹性波波动方程交错网格有限差分推导
3 有限差分数值模拟中的若干关键问题
    3.1 震源的选择
    3.2 稳定性和收敛性
    3.3 频散分析
    3.4 边界条件
4 弹性波方程有限差分数值模拟算例
    4.1 含孔洞模型试算
    4.2 含裂缝模型试算
    4.3 Corner-Edge模型试算
5 GPU在有限差分数值模拟中的应用
    5.1 GPU及CUAD简介
    5.2 CUDA编程的实现
    5.3 基于GPU加速的数值模拟主要参数分析
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间重要成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]正演模拟技术在地震采集设计中的应用[J]. 王锡文,秦广胜,赵卫锋,凌彩香.  地球物理学进展. 2012(02)
[2]GPU并行计算技术分析与应用[J]. 张朝晖,刘俊起,徐勤建.  信息技术. 2009(11)
[3]CPU-GPGPU异构体系结构相关技术综述[J]. 徐新海,林宇斐,易伟.  计算机工程与科学. 2009(S1)
[4]GPU与CPU的比较分析[J]. 钟联波.  技术与市场. 2009(09)
[5]地震叠前深度偏移在CUDA平台上的实现[J]. 张兵,赵改善,黄骏,李敏,刘伟峰.  勘探地球物理进展. 2008(06)
[6]复杂近地表弹性波波场特征研究[J]. 杨旭明,裴正林.  石油地球物理勘探. 2007(06)
[7]地震波数值模拟方法研究综述[J]. 李信富,李小凡,张美根.  防灾减灾工程学报. 2007(02)
[8]地震波有限差分模拟综述[J]. 冯英杰,杨长春,吴萍.  地球物理学进展. 2007(02)
[9]非均匀介质中交错网格高阶有限差分数值模拟[J]. 程冰洁,李小凡,徐天吉.  物探化探计算技术. 2006(04)
[10]任意起伏地表弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟[J]. 裴正林.  石油地球物理勘探. 2004(06)

硕士论文
[1]三维井间地震高斯射线束方法研究[D]. 杨飞龙.西安石油大学 2013
[2]小煤窑采空区综合探测技术的应用研究[D]. 王树威.西安科技大学 2012
[3]VTI介质及复杂模型FMM射线追踪方法研究[D]. 李永博.长安大学 2012
[4]地震波传播的弹性波动方程高阶差分数值模拟[D]. 罗姣姣.长安大学 2012
[5]基于波动方程数值模拟的地质解释误差分析[D]. 吴娟.成都理工大学 2011
[6]基于衰减介质的地震波数值模拟及吸收属性提取方法研究[D]. 何兵红.中国石油大学 2011
[7]基于GPU的程序分析与并行化研究[D]. 王涛.解放军信息工程大学 2010
[8]二维地震正演模拟方法技术研究[D]. 朱军.长安大学 2007
[9]地震波数值模拟及波场特征分析[D]. 韩翀.成都理工大学 2007



本文编号：3044169