Технология суперкомпьютерного 3D моделирования сейсмических волновых полей в сложно построенных средах

Abstract

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 супер- компьютера, 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. The paper considered computing technology solving problems related to the modeling of seismic wave propagation in inhomogeneous media typical of volcanic structures using supercomputer 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 supercomputers 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 efficient 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.