有限差分模拟中声学与弹性波传播的显式耦合
计算物理
2021-04-13 v2 数值分析
数值分析
摘要
我们提出一种机制，用于显式耦合由直线界面分隔的二维声学与各向同性弹性波系统的有限差分离散。此类耦合模拟允许将弹性模型应用于对地震勘探研究具有特殊意义的地质区域（例如盐体周边区域），同时在背景区域仍采用计算上更易处理的声学模型。具体地，声学波系统以速度和压力表示，而弹性波系统以速度和应力表示。两个系统均采用一阶形式并在交错网格上离散。采用标准有限差分算子的特殊变体，即具有求和按部分（summation-by-parts）性质的算子，来近似空间导数。罚项（亦称同时近似项）被设计用于弱施加有限差分离散中的弹-声界面条件，并将弹性与声学波模拟耦合在一起。借助所提机制，我们能够稳定且精确地执行耦合的弹-声波模拟。此外，研究表明，连续系统中的能量守恒性质可通过精心设计的罚项在离散中得以保持。
引用
@article{arxiv.2006.10886,
title = {Explicit coupling of acoustic and elastic wave propagation in finite difference simulations},
author = {Longfei Gao and David Keyes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.10886},
year = {2021}
}