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。     

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。     

叠前时间偏移方法综述

对叠前时间偏移的基本概念、实现方法进行了分类和阐述。从实现目标来说，叠前时间偏移方法主要分为两类，即用于准确构造成像的叠前时间偏移和振幅保持叠前时间偏移。每一类方法都有两种实现方式：Kirchhoff型和波动方程型。对这些叠前时间偏移实现方法的原理和特点进行了比较详细的论述。同时指出，叠前时间偏移和深度偏移的联合应用，能够起到优势互补的作用，是叠前时间偏移在实际应用中的发展方向；而叠前配套技术的研究和更好适应不同观测系统的全三维、高精度、振幅保持叠前时间偏移方法，是地震叠前时间成像研究领域的发展方向。     

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。     

三维叠前波动方程共偏移距拟屏深度偏移

在中点偏移距坐标系中，横向双平方根(DSR)方程为使用屏传播算子研究三维叠前波动方程深度偏移提供了一种方便的框架。共偏移距拟屏深度偏移是偏移共偏移距、共方位角地震资     

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。     

基于GPU计算平台的三维波动方程叠前深度偏移

GPU/CPU协同并行计算是一项全新的、具有革命性的技术,将对地震资料处理行业产生深远的影响。本文在充分发挥GPU存储带宽宽、多寄存器和多处理器结构特点的基础上,通过改进地震成像并行计算模块的核心函数,形成一套波动方程地震成像GPU高效并行算法,并取得理想的加速比和可扩展性。所形成的一套GPU/CPU平台下波动方程叠前深度偏移软件,已投入地震资料处理实际应用。理论模型试算和实际资料的处理验证了本方法的有效性和实用性。     

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。     

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。     

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。     

保幅单程波叠前深度偏移中成像条件的对比分析

在波动方程炮域偏移中,成像条件的应用对于提供照明补偿和振幅恢复十分重要。尤其是对于波动方程保幅偏移,稳定的成像条件对于有效地恢复介质反射系数必不可少。通过对3界面水平层状模型和Marmousi模型试算,对比分析了各种成像条件,并依据成像结果对各种成像条件做出了评价。测试出最稳定的成像条件是基于平滑窗函数的,使用这种成像条件提高了成像的稳定性,明显改善了保幅效果,而且能够很好地压制偏移噪声。     

波动方程叠前深度偏移并行计算及其应用效果

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，给出了共方位角波动方程叠前深度偏移方法的计算公式。利用以上技术和方法，借助国产神威I型机，完成了CB30地区130km2的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98%以上。偏移结果表明，此方法能有效地改善地震数据的成像精度,适用于构造复杂地区。     

基于单程波方程的合成平面波保幅偏移

基于单程波方程的保幅偏移方法不仅能够提供波场的运动学信息,还能够提供动力学信息,实现-定程度上的真振幅偏移。相对于传统偏移算子的单程波偏移方法,保幅偏移加入了振幅补偿项,降低了计算效率。为了提高单程波方程保幅偏移的计算效率,本文提出了基于单程波方程的合成平面波保幅偏移方法,该方法在成倍提高计算效率的同时,可以提供地下目标区域的方向性照明。应用平层模型,对比分析了传统偏移算子与保幅平面波偏移算子的成像效果,应用复杂的Marmousi模型验证了该方法对复杂构造的适应性和有效性。     

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。