3D–МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ В СРЕДАХ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ СТРУКТУР

Необходимость предсказания катастрофических явлений, которые могут быть вызваны готовящейся вспышкой вулканической деятельности, является актуальной задачей. Для решения этой задачи необходимо проведение комплексных и объективных исследований процессов, происходящих на поверхности и внутри вулканической структуры, в том числе математическое моделирование с целью создания системы вибросейсмического мониторинга. Разработаны параллельные 2D- и 3D-алгоритмы и созданы программы для моделирования распространения упругих волн в сложно построенной 3D-упругой среде (2D-модель есть сечение исходной 3D-модели различными плоскостями и под разными углами). Используется конечно-разностный метод, явные разностные схемы на сдвинутых сетках и метод поглощающих границ CFS-PML. Предложенный численный метод и его параллельная программная реализация эффективно используют архитектуру современного суперкомпьютера на основе графических ускорителей. Проведена серия 3D-расчетов с целью изучения структуры волнового поля, обусловленного геометрией внутренних границ, для уточнения кинематических и динамических характеристик волнового поля с целью возможного создания системы вибросейсмического мониторинга стратовулкана Эльбрус.

1. Bihn M., Weiland T. A. Stable discretization scheme for the simulation of elastic waves // Proc. 15th IMACS World Congress Scientific Computation, Modelling and Applied Mathematics (IMACS 1997). 1997. V. 2. P. 75–80.

2. Глинский Б. М., Караваев Д. А., Ковалевский В. В., Мартынов В. Н. Численное моделирование и экспериментальные исследования грязевого вулкана «Гора Карабетова» вибросейсмическими методами // Вычисл. методы и программирование. 2010. Т. 11. С. 95–104.

3. Караваев Д. А. Параллельная реализация метода численного моделирования волновых полей в трехмерных моделях неоднородных сред // Вестн. Нижегород. ун-та им. Н. И. Лобачевского. 2009. Т. 6, № 1. С. 203–209.

4. Drossaert F., Giannopoulos A. Complex frequency shifted convolution PML for FDTD modeling of elastic waves // Wave Motion. 2007. V. 44. P. 593–604.

5. Komatitsch D., Martin R. An unsplit convolutional perfectly matched layer improved at grazing incidence for the seismic wave equation // Geophysics. 2008. V. 73, N 4. P. T51–T61.

6. Hastings F. D., Schneider J. B., Broschat S. L. Application of the perfectly matched layer (PML) absorbing boundary condition to elastic wave propagation // J. Acoust. Soc. Am 1996. V. 100, N 5. P. 3061–3069.

7. Сапетина А. Ф. Численное моделирование распространения сейсмических волн в сложно построенных средах на гибридном кластере // Пробл. прочности и пластичности. 2014. Т. 76, № 4. С. 288–296.

8. Глинский Б. М., Мартынов В. Н., Сапетина А. Ф. Технология суперкомпьютерного 3D-моделирования сейсмических волновых полей в сложно построенных средах // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Вычисл. математика и информатика. 2015. Т. 4, № 4. С. 101–116.

9. Подкорытов Д. И. Агентно-ориентированная среда моделирования сетевых систем AGNES // Ползунов. вестн 2014. № 2/1. С. 93–106.

10. Глинский Б. М., Куликов И. М., Снытников А. В., Черных И. Г., Винс Д. В. Многоуровневый подход к разработке алгоритмического и программного обеспечения экзафлопсных суперЭВМ // Вычисл. методы и программирование. 2015. Т. 16. С. 543–556.

11. Мясников A. В. Мониторинг состояния магматических структур вулкана Эльбрус по наблюдениям литосферных деформаций баксанским лазерным интерферометром: Дис. ... канд. физ.-мат. наук. М., 2012.

12. Гурбанов А. Г., Газеев В. М., Богатиков О. А. и др. Активный вулкан Эльбрус и этапы его геологической истории // Современные методы геолого-геофизического мониторинга природных процессов на территории Кабардино-Балкарии. 2005. С. 94–119.

13. Авдулов М. В., Короновский Н. В. О геологической природе гравитационной аномалии Эльбруса // Изв. АН СССР. Сер. геол 1962. № 9. С. 67–74.

14. Авдулов М. В. О геологической природе Эльбрусского гравитационного минимума // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. 1993. № 3. С. 32–39.

15. Собисевич А. Л. Избранные задачи математической геофизики, вулканологии и геоэкологии. T. 1. М.: ИФЗ РАН, 2012.