Published January 1, 2016
| Version v1
Publication
Open
Effect of Grid Step Sizes on Computational Time Using Finite-Difference Method for Seismic Wave Modeling
Description
Finite-difference method, a popular seismic forward modeling method is a technique which allows us to numerically solve partial differential equations like the wave equation solved in this paper.Beyond its use in standard data acquisition, it is a very instructive tool to understand how waves propagate in the earth's subsurface.Since the accuracy obtainable by using the finite difference scheme lies solely on its stability and ability to handle grid dispersion, this is achievable by applying appropriate grid step sizes.The developed finite-difference method was employed to generate snapshots of synthetic seismograms to highlight the effect of grid step sizes on computational time while ensuring numerical stability of the scheme used through accurate discretization of the medium and adopting Perfectly Matched Layer (PML) absorbing boundary conditions.Results shows that for a grid size of 5m x 5m x 5m having 260 x 260 x 100 grid points and time step of 100 -500, the wavefield propagating is horizontally symmetric.From the results, the importance of grid step sizes on computational time is re-emphasized.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
طريقة الفروق المحدودة، طريقة النمذجة الزلزالية الأمامية الشائعة هي تقنية تسمح لنا بحل المعادلات التفاضلية الجزئية عدديًا مثل معادلة الموجة التي تم حلها في هذه الورقة. بالإضافة إلى استخدامها في الحصول على البيانات القياسية، فهي أداة مفيدة للغاية لفهم كيفية انتشار الموجات في باطن الأرض. نظرًا لأن الدقة التي يمكن الحصول عليها باستخدام مخطط الفروق المحدودة تكمن فقط في ثباتها وقدرتها على التعامل مع تشتت الشبكة، يمكن تحقيق ذلك من خلال تطبيق أحجام خطوات الشبكة المناسبة. تم استخدام طريقة الفروق المحدودة المطورة لتوليد لقطات من مخططات الزلازل الاصطناعية لتسليط الضوء على تأثير أحجام خطوات الشبكة على الوقت الحسابي مع ضمان الاستقرار العددي للمخطط المستخدم من خلال التقسيم الدقيق للوسط واعتماد الطبقة المتطابقة تمامًا (PML) التي تمتص الشروط الحدية. تُظهر النتائج أنه بالنسبة لحجم الشبكة من 5 م × 5 م × 5 م وجود 260 × 260 × 100 نقطة شبكة وخطوة زمنية من 100 -500، فإن انتشار الموجة يكون أفقيًا متناسقًا. النتائج، يتم حساب أهمية أحجام الخطى.Translated Description (French)
La méthode de différence finie, une méthode de modélisation sismique directe populaire, est une technique qui nous permet de résoudre numériquement des équations aux dérivées partielles comme l'équation d'onde résolue dans cet article. Au-delà de son utilisation dans l'acquisition de données standard, c'est un outil très instructif pour comprendre comment les ondes se propagent dans le sous-sol terrestre. Étant donné que la précision pouvant être obtenue en utilisant le schéma de différence finie repose uniquement sur sa stabilité et sa capacité à gérer la dispersion de la grille, cela est réalisable en appliquant des tailles de pas de grille appropriées. La méthode de différence finie développée a été utilisée pour générer des instantanés de sismogrammes synthétiques afin de mettre en évidence l'effet des tailles de pas de grille sur le temps de calcul tout en assurant la stabilité numérique du schéma utilisé grâce à une discrétisation précise du milieu et en adoptant des conditions limites d'absorption de couche parfaitement adaptée (PML). Les résultats montrent que pour une taille de grille de 5m x 5m x 5m ayant 260 x 260 x 100 points de grille et un pas de temps de 100 à 500, la propagation du champ d'onde est horizontalement symétrique. À partir des résultats, l'importance des tailles de pas de grille sur le temps de calcul est à nouveau soulignée.Translated Description (Spanish)
El método de diferencia finita, un popular método de modelado sísmico hacia adelante, es una técnica que nos permite resolver numéricamente ecuaciones diferenciales parciales como la ecuación de onda resuelta en este documento. Más allá de su uso en la adquisición de datos estándar, es una herramienta muy instructiva para comprender cómo se propagan las ondas en el subsuelo de la tierra. Dado que la precisión que se puede obtener mediante el uso del esquema de diferencia finita radica únicamente en su estabilidad y capacidad para manejar la dispersión de la cuadrícula, esto se puede lograr aplicando los tamaños de paso de cuadrícula apropiados. El método de diferencia finita desarrollado se empleó para generar instantáneas de sismogramas sintéticos para resaltar el efecto de los tamaños de paso de cuadrícula en el tiempo computacional mientras se garantiza la estabilidad numérica del esquema utilizado a través de la discretización precisa del medio y la adopción de condiciones de límite de absorción de capa perfectamente adaptada (PML). Los resultados muestran que para un tamaño de cuadrícula de 5 m x 5 m x 5 m que tiene 260 x 260 x 100 puntos de cuadrícula y un paso de tiempo de 100 -500, la propagación del campo de onda es horizontalmente simétrica. A partir de los resultados, se vuelve a enfatizar la importancia de los tamaños de paso de cuadrícula en el tiempo computacional.Files
acm.20160502.14.pdf
Files
(502.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:70b334208c57298f025ea590c0606ece
|
502.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير أحجام درجات الشبكة على الوقت الحسابي باستخدام طريقة الفرق المحدود لنمذجة الموجات الزلزالية
- Translated title (French)
- Effet des tailles de pas de grille sur le temps de calcul à l'aide de la méthode de différence finie pour la modélisation des ondes sismiques
- Translated title (Spanish)
- Efecto de los tamaños de paso de cuadrícula en el tiempo computacional utilizando el método de diferencia finita para el modelado de ondas sísmicas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2341023378
- DOI
- 10.11648/j.acm.20160502.14
References
- https://openalex.org/W1979757182
- https://openalex.org/W2012029480
- https://openalex.org/W2040901582
- https://openalex.org/W2065643444
- https://openalex.org/W2098953737
- https://openalex.org/W2127743842
- https://openalex.org/W2146643111
- https://openalex.org/W4229840895
- https://openalex.org/W4296157160