基于CPU+GPU联合计算真地表叠前时间偏移实用化研究

为了提高起伏地表条件下的基尔霍夫叠前时间偏移算法的计算效率,针对CPU+GPU异构计算平台开展了算法移植与优化研究。首先分析了起伏地表条件下提高偏移成像精度的反假频、弯曲射线旅行时计算以及真地表旅行时校正的处理方法,然后在对算法的并行计算特征进行分析的基础上,针对CPU+GPU异构平台的算法移植进行了多级并行联合计算架构的设计,通过炮检距域的多进程数据域并行、地震数据I/O与偏移计算的异步并行、基于CUDA的超大规模线程成像域并行以及联合CPU计算的多线程成像域并行技术对算法进行了移植及优化。利用大规模测试数据集进行了计算效率测试,测试结果验证了多级并行联合计算架构以及分别针对CPU和GPU平台的算法优化技术能够极大地提高偏移处理效率。     

基于CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移算法研究及实现

转换波叠前时间偏移计算量巨大、耗费时间长,影响了多波多分量地震数据的处理效率,也限制了转换波技术在生产上的应用规模。目前转换波叠前时间偏移主要采取CPU集群计算方式,但CPU集群存在功耗大、占用空间大和维护成本高等缺点,为缩短偏移计算耗时和降低计算成本,本文提出一种基于CUDA技术的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行算法。应用理论数据和实际转换波数据在CPU和GPU测试平台对算法进行了对比验证和性能分析,确认GPU并行算法计算速度可提高上百倍,是一种高效、低成本的方法。     

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。     

Kirchhoff叠前时间偏移技术在唐河低凸起的应用

唐河低凸起地层破碎,构造复杂,横向速度变化较大,信噪比低,叠后成像效果不佳,难以满足解释的需要.而Kirchhoff叠前时间偏移原理简单、实现容易、计算效率高、对观测系统适应性强,输出的共成像点道集非常适合倾角地层的速度分析,是解决复杂构造成像的有效手段.为了查清该区主要断裂展布、构造发育特征以及地层接触关系,对该区地...     

大规模异构集群上Kirchhoff叠前时间偏移并行算法

当前单个勘探项目的数据量已经超过100TB,PB级规模的项目已经可以预见。为适应地震数据快速增长的趋势以及超大规模异构集群的体系结构特点,提出了多维度成像空间分解算法。根据大规模集群系统有多个并行层次的特征,首先沿炮检距方向分解成像空间,然后再沿Inline方向继续切分,直到成像空间小于计算节点物理内存,最后在二维地表上以面元为单位分解成像空间。该并行算法降低了任务间的耦合性,便于映射到异构集群系统的多个并行层次上,也利于异构处理器间的异步执行。相对于同时期的高性能CPU处理器,GPU版本获得了4.8倍的加速,MIC版本获得了2倍的加速,给出了两类协处理在性能、能耗和可编程性方面的对比分析。在Tianhe-1 1024节点规模下处理实际的地震数据,获得了接近线性的加速比曲线。     

基于Hadoop的Kirchhoff叠前时间偏移并行算法

为了适应大规模地震勘探海量数据快速处理的需求,本文深入分析了地震勘探数据处理中广泛应用的Kirchhoff叠前时间偏移方法,提出了一种利用Hadoop技术实现叠前时间偏移的并行算法;采用数据的两次分块和内存循环利用等技术,提高了Kirchhoff叠前时间偏移海量数据处理效率。实际数据的测试表明,基于Hadoop的叠前时间偏移算法的计算效率比MPI版本提高了6.7%,同时在大规模生产应用条件下(大规模工区和大规模集群系统)具有更高的稳定性、容错性和适应性。     

叠前衰减补偿时间偏移及GPU实现

地下介质的黏滞特性会导致地震波能量耗散、相位畸变,地震剖面分辨率降低。为此,发展了一种偏移方法,可以在叠前偏移中沿波场传播路径补偿黏滞介质的吸收效应,提高地震分辨率。在Q场建模方面,通过VSP测井资料与地面反射地震资料联合应用求取品质因子Q值,并依据衰减合成地震记录与井旁地震道的匹配情况判断Q值是否合理;在压制偏移噪声方面,采用倾角域变偏移孔径的实现方式,通过孔径的自适应改变,有效压制偏移噪声;在提高计算效率方面,采用GPU加速策略,有效解决频率域衰减补偿叠前时间偏移计算效率低的问题。模拟与实际数据处理结果表明,叠前衰减补偿时间偏移在提高地震资料分辨率的同时,能较好保持地震剖面的信噪比与波组关系,在衰减强烈且信噪比较低地区有广阔的应用前景。     

CPU与GPU协同并行的多分量地震数据各向异性叠前时间偏移

地震勘探工区规模的日益庞大,造成多分量地震数据的各向异性叠前时间偏移算法耗时巨大。目前常用CPU集群方式并行加速该类算法,而集群方法必将导致节点间通信时耗增大;同时受限于CPU结构特点,只能通过扩大集群规模提高加速比。针对上述问题,提出一种基于CPU与GPU协同并行的多分量地震数据各向异性叠前时间偏移算法,利用OpenMP和CUDA实现CPU与多个GPU的协同并行,使用内存映射方法降低I/O耗费;并根据CPU与GPU的结构特点优化地震数据及速度数据的读取和存储方式,分割成像空间以节省算法内存消耗,每次只计算与开启的GPU个数相同条数的主测线,主测线内部采用一个GPU线程对应一道地震数据的偏移计算方法,以充分利用GPU计算能力。应用约29G的实际工区多分量地震数据分别比较不同个数GPU协同CPU并行的加速比,得知使用6个GPU协同CPU对实际纵波及转换波数据进行并行偏移处理时,加速比分别达到444和449。     

GeoEast叠前时间偏移处理技术及应用

叠前时间偏移处理技术是整个地震资料处理过程中的重要一环,GeoEast处理系统具有完整配套的基尔霍夫积分法叠前时间偏移成像处理模块。本文就这一技术的功能、实现过程及效果作一介绍。     

弯曲射线走时计算方法在Kirchhoff叠前时间偏移中的应用

随着地震勘探的不断深入以及叠前偏移技术的快速发展,叠前时间偏移技术得到了广泛的应用并且在多个区块取得了良好的应用效果。而Kirchhoff积分法是目前在实际地震资料处理中应用最为广泛的一种叠前时间偏移方法。走时计算是Kirchhoff积分法叠前时间偏移中最重要的环节,然而传统的走时计算方法无法解决地下构造复杂的情况,因此,文中引入了基于层速度模型的弯曲射线走时计算方法,通过地下构造复杂的盐丘模型以及一块实际资料的处理结果对比,表明了基于弯曲射线走时计算方法的Kirchhoff叠前时间偏移方法和传统的Kirchhoff叠前时间偏移方法相比,不仅具有计算效率高、适应能力强的优点,而且在地下构造复杂的情况下使成像效果得到了较为明显的改善。     

地震叠前时间偏移处理技术

叠前时间偏移处理技术对速度场精度的要求较低，在构造复杂但速度横向变化不大的情况下有较好的成像效果，近年来在中国石油天然气股份有限公司各探区得到高度重视和推广应用。对叠前时间偏移处理的关键技术（叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、速度建模）进行了分析总结，并对其在富油凹陷整体评价、复杂断块精细勘探、碳酸盐岩岩溶地形识别、岩性地层油气藏勘探等方面的应用效果进行了分析，实践证明，叠前时间偏移是一项具有明显技术优势、应用前途广阔的地震精确成像技术，适合于在横向速度变化不大地区的地震资料处理。图6参7     

表驱Kirchhoff叠前时间偏移角度域成像方法

为解决垂向变速介质中的射线弯曲效应问题,获得可直接用于AVO分析和反演的角度域共成像点道集,提出了一种基于射线追踪的表驱Kirchhoff叠前时间偏移方法.方法实现的基本原理是:首先基于横向均匀介质中的反射时距关系,利用改进的两点射线追踪算法建立走时和反射张角的数值表;然后在偏移过程中利用该数值表得到成像孔径内各反射路径对应的双程走时与入射角信息;进而通过脉冲响应叠加方法得到角度域共成像点道集和偏移成像剖面.由于加权函数部分考虑了射线弯曲效应的影响,因此更有利于振幅的相对保真.角度域共成像点道集波形拉伸效应的时不变特征也有利于后续的波形恢复处理.理论模型和实际地震资料验证了该方法的可行性.     

散射波叠前时间偏移成像

砂体、尖灭、缝洞和小断层等非均质地质体是石油地震勘探非常重要的目标。由于受地震资料信噪比和分辨率的限制,常规的叠前时间偏移一般不易识别这类小尺度的非均匀地质体。而非均匀地质体散射波异常发育,因此利用散射波识别非均匀地质体具有重要的意义。本文提出了一种散射波叠前时间偏移成像方法,利用反射波和散射波的走时差异提取散射波并进行成像,从而识别非均匀地质体。数值试验和实际资料结果表明,该方法能够有效识别小尺度非均匀地质体,可为后续的地震资料解释提供基础数据。     

三维地震叠前时间偏移处理技术应用与展望

三维叠前时间偏移是一种日趋成熟的地震成像处理新技术，已逐渐成为地震偏移成像的主导技术，在国内外油气勘探中发挥着越来越重要的作用。叠前时间偏移是现阶段复杂构造成像较为理想的适用配套地震新技术，可用于中国大部分探区的精细构造解释和岩性一地层油气藏勘探，能够获得更好的构造及地层成像效果和储集层预测效果。同时，叠前时间偏移也是一项系统工程，必须将叠前偏移的技术思路贯穿于采集、处理的每一环节，才能最大限度地发挥该技术的优势，取得最佳效果。目前实际应用中叠前时间偏移处理以Kirchhoff积分法为主，需要加快研发成像精度更高的叠前时间偏移算法及其实用配套技术，以满足油气勘探开发对地震成像精度的更高要求。     

弹性波Kirchhoff叠前深度偏移速度分析

本文提出的弹性波偏移速度分析方法是基于Kirchhoff叠前深度偏移形成纵波和转换波炮检距域共成像点道集拉平准则,分别对纵波和横波偏移速度进行更新。当两分量地震数据成像深度不-致时,通过调整横波偏移速度进行深度匹配,完成高精度的弹性波场偏移速度分析。文中分别给出速度更新及深度匹配方法。模型数据和实际资料试算结果表明了该方法的可行性和有效性。     

扩展的横向变速叠前时间偏移技术

常规叠前时间偏移仅适用于横向缓变速介质,对于横向变速剧烈的介质,其旅行时计算存在较大误差,远偏移距误差更大。针对这一问题,对常规叠前时间偏移双曲线旅行时计算公式进行了改进,提出了扩展的横向变速叠前时间偏移旅行时计算公式。其基本原理是,引入速度函数和加权函数,将偏移距离散化,在每一个偏移距范围内通过加权函数调整均方根速度,由此来修正由横向速度变化引起的旅行时变化,使旅行时的计算精度得以提高,从而加强了时间偏移对速度横向变化的适应能力,改善了偏移成像质量。标准的Marmousi理论模型数据和实际资料的测试结果表明,扩展的横向变速叠前时间偏移能够提高复杂构造的成像精度。