弹性波数值模拟中的高斯型混合吸收边界条件及其GPU并行

王绍文 宋 鹏*②③ 谭 军②③ 解 闯 毛士博 王倩倩

(①中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100；②青岛国家海洋科学与技术实验室，山东青岛 266100；③中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东青岛 266100)

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地震波正演模拟技术是研究地震波传播规律的有效手段，并在地震勘探的采集、处理以及反演等各个环节中都有着广泛的应用。地震波正演模拟必须引入人工边界界定计算区域，而人工边界的处理不当，往往会产生虚假反射污染中心波场，从而降低波场模拟的精度，因而人工边界的处理一直是波动方程数值计算的重要研究内容。

当前的人工边界处理方法主要有三类。第一类是衰减边界方法[1-3]。该类方法是在靠近边界处引入一个衰减区，在衰减区内地震波传播遵循阻尼波动方程，能量按指数衰减。由于该类方法存在阻尼因子难以确定、计算量大和内存消耗较大等问题，因此应用较少。第二类是完全匹配层(PML)方法。该类方法由Berenger[4]在电磁波数值模拟中首先提出，通过在中心波场计算区域外加上一系列的吸收层、层内引入衰减因子以达到消除边界反射的目的。王守东[5]、Hastings等[6]、Collino等[7]将PML法成功应用于声波和弹性波正演模拟。随后， Komatitsch等[8-9]、熊章强等[10]实现了非分裂PML法；罗玉钦等[11]、杨茜娜等[12]发展了复频移及多轴复频移PML法；陈可洋[13]和Wang等[14]提出了基于余弦型和基于高斯型衰减函数的PML方法。PML法现已在地震波数值模拟中获得广泛应用，然而为达到更好的吸收效果，PML法往往需要设计几十甚至上百个匹配层，意味着巨大的计算量和内存消耗，严重限制了该方法在大规模波场模拟中的应用。……