Development of effective code for earthquake dynamic source simulations

Abstract

Title: Development of effective code for earthquake dynamic source simulations Author: Bc. Jan Premus Department: Department of Geophysics Supervisor: doc. RNDr. František Gallovič, Ph.D, Department of Geophysics Abstract: Dynamic rupture modeling coupled with strong motion data fitting offers an insight into physical mechanisms behind earthquake sources [Gallovic et al., 2019]. Running a large number of dynamic model simulations is required due to the nonlinearity of the inverse problem. The goal of this Thesis is a development of an efficient forward solver for the dynamic inversions. The fi- nite difference staggered grid code FD3D by Madariaga and Olsen [1998] served as a basis for the development, offering sufficient speed, but rather low accu- racy. Traction at split node implementation of the fault boundary condition and perfectly matched layers as the absorbing boundary condition were required to obtain desirable accuracy. In addition to the slip weakening friction law, fast ve- locity weakening friction law has been implemented, increasing the applicability of the code. We test the new code FD3D TSN using USGS/SCEC benchmarks TPV5 (slip-weakening friction) and TPV104 (fast rate weakening friction) [Harris et al., 2018], showing very good agreement with results calculated by advanced numerical...

Název: Vývoj efektivního kódu pro dynamické simulace zemětřesení Autor: Bc. Jan Premus Katedra: Katedra geofyziky Vedoucí práce: doc. RNDr. František Gallovič, Ph.D, Katedra geofyziky Abstrakt: Dynamické modelování trhliny ve spojení s s vystižením silných pohybů umožňuje získat vhled do fyzikálních mechanismů kontrolujících zdroj zemětřesení [Gallovič a kol., 2019]. Nelinearita inverzního problému vyžaduje spouštění velkého množství simulací. Cílem této diplomové práce je vývoj efek- tivního kódu pro řešení inverzní úlohy. Původní kód FD3D od autorů Madariagy a Olsena [1998], používající konečné difference s posunutými sítěmi, nabízel dostatečnou rychlost, ale ne přesnost. Byl použit jako základ pro další vývoj. Implementace okrajové podmínky na zlomu metodou trakce v půleném uzlu (traction at split node) a absorbční podmínky pomocí metody perfektně sladěných vrstev (per- fectly matched layers) bylo třeba k získání požadované přesnosti. Jako mod- erní alternativa ke skluzem slábnoucímu (slip weakening) zákonu tření byl im- plementován s rychlostí rychle slábnoucí (fast velocity weakening) zákon, což dále rozšířilo škálu jevů, které je možné modelovat. Nový kód FD3D TSN byl otestován pomocí...