本文關(guān)鍵詞： 地震波數(shù)值模擬 寬頻地震波 雙極點復(fù)頻移完全匹配層 2.5維模擬 薄層模型三維模擬　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在地震波數(shù)值模擬應(yīng)用中,完全匹配層(PML)是一種有效的邊界吸收方法。復(fù)頻移完全匹配層(CFS-PML)是完全匹配層的一種改進形式,它在完全匹配層的復(fù)坐標拉伸方程中增加了兩個參數(shù),讓復(fù)頻移完全匹配層的吸收依賴地震波的頻率。對地震波略射介質(zhì)-完全匹配層界面產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換非均勻波,復(fù)頻移完全匹配層能夠有效吸收。但是復(fù)頻移完全匹配層吸收效率依賴頻率的特性,讓它對低頻地震波的吸收效果變差。為了同時吸收轉(zhuǎn)換非均勻波和低頻地震波,在計算電磁學(xué)領(lǐng)域發(fā)明了雙極點復(fù)頻移完全匹配層(雙極點復(fù)頻移完全匹配層)。雙極點復(fù)頻移完全匹配層因其復(fù)坐標拉伸方程在復(fù)平面有兩個極點而得名。在地震學(xué)領(lǐng)域,一些研究對比了雙極點復(fù)頻移完全匹配層和復(fù)頻移完全匹配層對地震波的吸收效果。但是其研究的地震波是窄頻地震波,因此沒有發(fā)現(xiàn)雙極點復(fù)頻移完全匹配層對地震波的吸收效果比復(fù)頻移完全匹配層有明顯的提高。另一個限制雙極點復(fù)頻移完全匹配層走向?qū)嶋H應(yīng)用的原因是其最優(yōu)參數(shù)的選取方法一直沒有得到系統(tǒng)的研究。在我們的研究中,我們用雙極點復(fù)頻移完全匹配層吸收寬頻地震波。我們發(fā)現(xiàn),當?shù)卣鸩ǖ淖罡哳l率和最低頻率之比大于16時,復(fù)頻移完全匹配層根據(jù)其參數(shù)選取情況,要么不能吸收轉(zhuǎn)換非均勻波,要么不能吸收低頻地震波。另一方面,雙極點復(fù)頻移完全匹配層在恰當?shù)膮?shù)選擇下,能有效的吸收轉(zhuǎn)換非均勻波和低頻地震波。我們分析了雙極點復(fù)頻移完全匹配層中各參數(shù)的作用,提出了雙極點復(fù)頻移完全匹配層最優(yōu)參數(shù)的選擇方法。數(shù)值實驗證明最優(yōu)參數(shù)的雙極點復(fù)頻移完全匹配層對寬頻地震波的吸收效果優(yōu)于其它完全匹配層。2.5維問題是地震學(xué)重要的研究對象。如果直接使用三維模擬求解2.5維問題將消耗大量的計算機存儲空間和計算時間。為了減小計算量,先用二維模擬計算波場,然后用濾波校正的方法,將二維波的振幅和相位做修正,以近似真正的三維波場。但是濾波校正的方法對近場解以及復(fù)雜介質(zhì)都有較大誤差。2.5維模擬能夠在一定程度上節(jié)省計算量,同時保持在復(fù)雜介質(zhì)中的精度。2.5維模擬利用二維介質(zhì)的對稱性,用波數(shù)域一系列二維模擬的波場通過反傅立葉變換重構(gòu)三維波場。2.5維模擬的計算量依賴于地震波的波數(shù)大小以及希望獲得的時窗長度。我們從理論上分析了2.5維模擬同三維模擬相比,計算量的大小關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)當需要計算時窗較長的地震波時,2.5維模擬的計算量將明顯增加,甚至超過普通三維模擬的計算量。為了提高2.5維問題的求解效率,同時保持較高的精度,我們提出在薄層模型中三維模擬地震波的方法。該方法使用一個在y方向很窄的模型,因此能大大提高計算效率。地震波在薄層模型中傳播的過程中會在y方向產(chǎn)生很強的略射波,這時傳統(tǒng)取值的復(fù)頻移完全匹配層不能有效吸略射波。我們找到了對薄層模型適用的復(fù)頻移完全匹配層的參數(shù)選取方法。我們的數(shù)值實驗證明薄層模型三維地震波模擬能精確且高效的計算地震波。
[Abstract]:In the field of seismology , two - pole complex frequency shift perfect matching layer is used to absorb the frequency of seismic wave .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631.4

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孫耀充;曲線風(fēng)格有限差分模擬地震波在各向異性介質(zhì)和固—液耦合介質(zhì)中的傳播[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

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本文編號：1522481