大规模三维大地电磁各向异性正演的非均匀网格外推多重网格法

摘要：

大地电磁正演线性方程组求解的主要加速手段有并行技术和多重网格技术.传统的几何多重网格(GMG)方法依赖于均匀嵌套的正交网格,处理带跃变系数的问题时存在一定缺陷,且对各向异性问题需采用半粗化、线/面磨光等策略特殊处理,限制了 GMG方法的应用.本文提出一种基于非均匀网格的外推瀑布式多重网格方法(EXCMG),快速求解三维大地电磁各向异性有限元正演形成的大型复线性方程组.首先,对库仑规范下电磁耦合势满足的向量Helmholtz方程,由Galerkin加权余量法推导有限元离散系统,得到大规模、稀疏、复线性方程组.然后,从最密的非均匀正交网格出发,逐层粗化得到一系列嵌套网格;借助Richardson外推及Lagrange二次插值技术,设计非均匀正交网格下全新的多网格延拓算子;利用前两层网格上的数值解,构造下层密网上有限元解的高精度逼近,作为多网格磨光算子——复数域不完全LU分解预处理稳定双共轭梯度算法(BiCGStab)的迭代初值,加速收敛.最后,通过典型地电模型验证算法的精度和效率.数值实验表明,本文提出的算法适用于较宽频带,加速效果明显,相较于预条件BiCGStab方法,求解效率提升数十倍.本文算法能够求解上亿自由度的超大规模、强各向异性问题,且求解问题的规模越大,算法效率优势越明显.EXCMG算法有望在其他地球物理领域得到应用.

关键词：大地电磁、三维正演、库仑规范、多重网格、各向异性

所属期刊栏目：66

分类号：P631

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;湖南省自然科学基金项目;湖南省自然科学基金项目;中南大学研究生自主探索创新项目

在线出版日期：2023-10-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：4301-4316