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作为高精度波形反演或逆时偏移的重要组成部分，地震波数值模拟对计算速度和效率提出了更高要求．GPU通用计算技术的产生及其内在数据并行性，为高效地震波数值模拟应用和研究得以有效开展奠定了基础．本文借助交错网格的Fourier伪谱微分矩阵算子和GPU上高效矩阵乘法，实现了复杂介质中地震波模拟的高效算法．数值试验表明，优化后的GPU计算相比CPU单核计算在大规模二维地震波场计算中获得至少100x以上的加速比．这对我们快速分析目标反射层在地震剖面中同相轴位置，制定优化采集方案具有重要意义．