波动方程叠前深度偏移技术及其应用

简要介绍了波动方程叠前深度偏移技术的发展趋势,讨论了P道集波动方程速度分析技术,推导出了共方位角波动方程叠前深度偏移方法的计算公式。利用上述技术和方法,借助国产神威I型机,完成了埕北地区130km2三维地震资料的叠前深度偏移,实现了共方位角波动方程偏移算子的并行运算,并行效率达到了线性加速。偏移结果表明,此方法能有效改善地震数据的成象精度,适用于构造复杂地区。     

波动方程叠前深度偏移PC集群并行计算技术

波动方程三维叠前深度偏移研究，是近年来国内外油气科研服务公司的研究焦点，运用PC集群式并行机结构的软硬件特点，进行波动方程叠前深度偏移，成为加速其庞大计算量的有效工具。本文基于地震波场成像基本算法的内在并行性，结合PC集群并行机的软硬件特点，提出2种算法处理流程对策，获得以较低的资金投入，而成功地实现了工业化生产规模的应用效果。并给出大庆油田兴城北地区60km^2三维地震资料处理的算例。结果表明，算法流程实用性能良好，具有较高的加速比，良好的扩展性及适应性。     

单程波动方程叠前深度偏移并行计算与应用

利用单程波动方程炮道集叠前深度偏移方法,建立了相关叠前深度偏移处理流程;在研究地震资料海量数据管理特点和波场外推算子并行算法的基础上,提出了主从模式动态负载平衡并行算法;研究了大规模地震数据并行计算的断点恢复技术,实现了软件级的断点恢复策略。应用自主研究开发的地震叠前成像软件系统对胜利油田BS6探区160km2的三维实际资料进行的生产性处理取得了较好的效果。     

波动方程叠前深度偏移方法综述

:对波动方程叠前深度偏移的基本概念、实现方法进行了分类和阐述。波动方程叠前深度偏移方法主要分为2类：一类是单平方根方程偏移,在偏移过程中,上、下行波分别向下延拓,并通过互相关成像条件来提取成像值；另一类是基于“沉降观测”概念的双平方根偏移,在偏移过程中,炮点和检波点同时向下外推,当两者重合时（零偏移距）,零时间的波场值就作为该空间点的成像值。对共炮真振幅偏移进行了阐述,并指出也可以在角度域道集实现该算法。理论模型的处理效果证明，波动方程叠前深度偏移成像技术是解决强横向变速情况下复杂构造成像的一种有效手段。     

波动方程叠前深度偏移处理技术开发与应用

针对地质结构复杂、岩性变化大、勘探目的层深、速度横向变化大地区的地震数据准确偏移成像,已成为目前石油工业界所面临的一大难题;传统的Kirchhoff积分法偏移固有其很强的适应性和高效的运算能力,但其射线追踪计算旅行时和振幅保持等方面的局限性越来越难以满足这些构造偏移成像的要求;为满足复杂油气田勘探开发的需要,对具有更高成像精度的波动方程叠前偏移成像技术的开发及应用必将成为地震偏移成像技术发展的必然趋势。     

单程波动方程叠前深度偏移并行算法

 根据单程波动方程波场外推原理，文中总结了共炮道集数据混合域波场外推与成像算法流程，该流程主要包括地震数据预处理、波动方程速度分析和波场外推成像3部分；鉴于单程波动方程波场外推算法和数据流具有非常适合粗粒度的任务级并行计算，处理器间的通讯较少，各个计算节点上可能有多个处理任务，且各节点的处理任务不等，负载极不平衡等特点，本文采用了主从模式动态负载平衡并行算法，该算法可以充分利用多个处理节点的空闲资源，提高作业的计算效率；将混合域单程波动方程波场外推算法与主从模式动态负载平衡并行算法相结合，实现了软件级断点恢复功能。应用国产“Stseis叠前深度成像处理软件系统”对胜利探区的实际资料进行了生产性应用处理，取得了较好的叠前成像结果。     

波动方程叠前深度偏移成像软件系统的研制及应用

基于波动方程的叠前深度偏移成像技术可以将叠前深度偏移技术的应用领域从复杂构造成像扩大到复杂地质条件下的岩性地层成像。研制开发了波动方程叠前深度偏移成像软件系统，该系统包含工区管理、数据管理、偏移速度分析、构造建模、2D／3D地震速度建模、地震偏移成像、三维可视化、辅助计算等一系列功能模块；具有独特的速度建模、叠前深度偏移成像、高效并行计算、三维可视化和性能优化等特色技术。对该软件系统进行了SEG／EAGE3D盐丘模型数据测试，在所获得的成像剖面上盐丘边界和断层清晰。将该软件应用于实际地震资料的处理，河南油田泌阳凹陷的高陡构造、胜利油田的古潜山内幕都得到了很好的成像。     

井间地震野外资料的叠前波动方程深度偏移

为了得到较好的井间资料偏移剖面，本文对井间野外资料做了一系列处理。首先根据资料的走时，频谱分析和测井资料等确定了纵、横波初至，并分别用不同的频带对资料作了滤波处理及纵、横波初至能量切除，得到了加强了反射波的纵、横波资料。     

倾斜叠加三维叠前波动方程偏移

本文提出的倾斜叠加三维叠前波动方程偏移的理论和方法，是对不同的共中心点三维地震数据进行τ－ｐ变换，形成共中心点的三维τ－ｐ数据体；从不同的共中心点三维τ－ｐ数据体中抽选出共Ｐ值的三维数据体，并对各个共Ｐ值三维数据在Ｆ－Ｋ域中进行偏移延拓；然后，将偏移后不同Ｐ值的三维数据进行叠加，即得倾斜叠前三维偏移的三维数据体。通过点脉冲响应试验和点绕射偏移试验，说明了本理论方法的正确性和有效性。     

直接下延法波动方程叠前深度偏移

对于地表和地下地质条件复杂地区的地震资料偏移处理来说，由于现有的偏移方法大都假设激发点和检波点在同一个水平面上，因此给偏移结果带来了一定的影响。为此，探讨了直接从起伏地表开始的波动方程叠前深度偏移方法。简述了逐步一累加法和频率一空间域有限差分叠前深度偏移方法的基本原理，在此基础上提出了复杂地表和地下地质条件下的直接下延波动方程叠前深度偏移方法，该方法不受起伏地表条件的限制，对模拟层速度的适应性强。模型试算和实际资料试处理表明，该方法直接从起伏地表开始向下偏移，将波动方程基准面校正和叠前深度偏移有机地结合起来，既能对复杂构造精确成像，又能适应任何起伏地表条件。     

波动方程叠前深度偏移技术在苏北C工区的应用

目前解决复杂构造与速度横向变化剧烈地区地震偏移成像的最佳方法之一是波动方程叠前深度偏移技术。针对苏北地区地下构造复杂、断层多、断块小、地下速度横向变化大的特点，提出以偏移速度分析和建立正确的深度域速度模型为核心的适合于苏北C工区的叠前深度偏移处理方法。阐述了初始速度的建立、模型修正的过程及原则，通过分析苏北C工区地震资料叠前偏移处理结果，说明了波动方程叠前偏移技术的应用效果。     

６４位集群计算平台波动方程叠前深度偏移的性能优化

详细介绍了iCluster波动方程叠前深度偏移软件系统所采用的集群并行计算策略,以及在６４位集群计算平台上开展的计算性能优化工作和取得的成果。给出了大量软件优化和性能测试结果,包括波动方程叠前深度偏移处理程序运行分析、MPI并行计算运行分析、不同编译器和编译参数测试对比、不同FFT算法效率测试对比、IA32和IA64平台软件运行效率对比测试及并行加速比测试等结果。以原来基于2.6GHZ Xeon系统上的软件运行效率作为基准,在基于1.4GHz Itanium2的系统上,经过优化的波动方程叠前深度偏移程序其计算性能提高了９倍左右。其性能的提高主要归功于３个因素,即６４位处理器硬件性能的提高、优化编译器的贡献和Intel MKL数学库中DFT程序的贡献。试验和分析表明,对于波动方程叠前深度偏移计算,基于千兆以太网的集群计算机系统可以在较大规模配置下,仍然能保持很高的并行加速比。面对数据规模和计算规模的挑战,向６４位计算平台的迁移是未来几年内地球物理计算的必然发展方向。IA64平台上软件计算性能的优化,既有巨大潜力,又有可观的经济价值。     

共偏移距道集波动方程叠前深度偏移的Green函数法

在基于波动方程的偏移速度分析中，共偏移距道集数据的波动方程叠前深度偏移是十分重要的，因为它能提供地质上可解释的偏移图像（如不同偏移距的共成像点道集）。本文根据共偏多距道集数据的具体物理特性，采用Green函数法实现共偏移距道集数据的波动方程叠前深度偏移。在Green函数算子的具体构造中使用了稳定的Rytov近似计算慢度横向扰动引起的散射波场。用Marmousi模型数据进行了试验，结果表明共偏移距道集波动方程叠前深度偏移Green函数法的偏移结果不仅与常规的利用双平方根算子的共偏移距道集波动方程叠前深度偏移方法的结果相当，而且还能为偏移速度分析提供了不同偏移距的共成像点道集，对野外各种观测系统的适应性也很强。但本文的Green函数法的计算量较常规共偏移距波动方程叠前深度偏移法有明显增加。     

地震叠前深度偏移在CUDA平台上的实现

由于GPU（图形处理芯片）拥有强大的通用计算能力,在地球物理领域进行GPU计算的应用研究日益受到关注。基于CUDA软件开发环境,根据裂步法叠前深度偏移的算法特点,将偏移程序的波场延拓核心部分移植到GPU上进行并行计算,其余辅助计算在CPU上完成,实现了二维地震叠前深度偏移处理的GPU计算。在NVIDIA Tesla C870上的Marmousi模型测试结果表明,GPU处理速度是CPU（单核）的10倍左右。由于所用GPU仅支持单精度浮点运算,GPU和CPU计算结果之间存在一定的差异,但这种差异在偏移剖面上未产生视觉上可以识别的影响。     

大规模并行处理机三维叠前深度偏移

三维叠前深度偏移是研究复杂构造成像的有力工具，大规模并行处理机的并行效率为短周期完成三维叠前深度偏移奠定了基础。三维叠前深度偏移主要包括三个部分：旅行时计算、Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ求和、速度分析。利用深度偏移后的道集是否拉平进行速度分析，可以进一步修改速度模型。对中国东部实行资料处理表明了三维叠前深度偏移和偏移速度分析的优点，说明了用时间偏移进行复杂构造成像和圈团分析的危害，三维叠前深度偏移减小了钻井     

声波方程共炮记录叠前深度偏移

共炮记录叠前偏移对输入的速度非常敏感，要求偏移中所使用的延拓公式能较为精确地适应速度的纵横向变化。因此，本文在推导共炮记录偏移公式时，特别把相位移加有限差分混合法引入，使整个延拓过程既适应速度的纵、横向变化，同时也能够得到陡倾地层的精确归位，从而较好地实现共炮记录叠前偏移。正因为共炮记录叠前偏移对偏移速度非常敏感，故本文提出的方法又可用作速度分析。任何形式的叠前偏移都需大量机时，特别是对于迭代的叠前偏移速度分析，计算量更大，为此，本文针对混合法共炮记录偏移的特点，从两个方面讨论提高计算效率的方法。首先针对在频率、波数域中运算的相移法，引入F－K滤波，在波场延拓中，仅就有关的频率、波数进行运算，大大地减少了计算次数．同时又通过滤波提高了偏移的精度；然后针对整个混合法在频率域中的运算，讨论了减少频率循环次数来提高计算效率的方法；最后，作为一个特例，把共炮记录叠前偏移稍作简化，得到精确、高效的叠后混合偏移方法。总之，本文提出的基于共炮记录的算法不仅成为较为精确的、高效实用的波动方程叠前偏移方法，而且还可作为一种强有力的手段，用于偏移速度的分析之中。数值试算结果表明，本文提出的各种方法达到了预期目的。     

实用化的二维波动方程叠前深度偏移

实用化的波动方程叠前深度偏移技术正在进一步发展完善之中。本文仅比较了其中四种具有代表性的方法，即分步傅里叶法(SSF)、傅里叶有限差分法(FFD)、广义屏法(GSP)和空间一频率域有限差分法(XWFD)。这四种方法的基本思路是：将速度场分裂为背景场和扰动场；背景场的波场延拓采用相移法实现；扰动场的偏移成像采用不同的实现方式，从而构成各种方法的不同特点。文中对四种方法相应的脉冲响应进行了测试分析，同时用Marmousi模型数据和实测地震数据作了偏移成像处理，计算结果比较理想。还将波动方程偏移结果与克希霍夫积分法偏移结果进行了对比，分析表明波动方程偏移成像结果在分辨率和对弱信号的成像能力等方面明显优于克希霍夫积分法。