地震处理叠前时间偏移并行作业运行效能研究

文章围绕运行在惠普集群Omega地震处理软件平台上的"常家围子西部大连片深层叠前偏移处理"重点项目,研究了Omega软件叠前时间偏移并行作业运行机制,改进了系统运行环境,提高了系统运行的稳定性,保障了西部大连片深层5158.73平方千米叠前偏移处理任务的顺利进行,提高了叠前时间偏移作业并行运行效率,使得惠普集群运行效能得到了整体发挥。

叠前时间偏移技术在构造复杂区地震处理中的应用研究

针对构造复杂区域地震资料的处理问题,本次研究首先对叠前时间偏移技术的基本原理进行分析,在此基础上,对该种技术应用过程中的数据准备工作进行研究,对该技术应用过程中的关键参数进行选取,其次,对叠前时间偏移技术的应用效果进行评价,为叠前时间偏移技术的进一步推广及应用奠定基础。

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。

起伏地表叠前时间偏移的多级并行优化技术

Kirchhoff积分法叠前时间偏移并行实现方案除了要考虑数据体规模外,还必须考虑大规模节点部署条件下的并行执行效率。而在目前的数据处理规模及集群配置条件下,利用多进程进行成像域并行的实现策略存在内存占用率高、不能充分发挥并行文件系统优势等问题,特别是在多节点大规模计算时,进程间的网络通讯、同步开销及I/O问题严重影响并行效率。为了提高起伏地表叠前时间偏移算法在大规模部署条件下的偏移效率,分析了该算法的技术特色和计算特点,提出了一种适用于积分法偏移的多级并行计算架构,采用偏移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以及单进程内的多线程成像域并行技术对原始算法进行了架构升级及算法优化。利用34个节点的SMP集群系统和Panasas并行集群存储系统对优化前、后的算法进行测试,某工区实际叠前地震数据的测试结果表明,该并行架构能够有效降低网络通讯和数据I/O对计算性能的影响,使算法的并行效率和大规模集群环境下部署的可扩展能力同时得到提升。

基于MPI和CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行计算

转换波Kirchhoff叠前时间偏移可以实现全空间三维转换波资料的准确成像。但转换波叠前偏移数据量巨大,而且需偏移迭代多次来寻找匹配的偏移速度模型,导致偏移处理周期长、效率低,限制了转换波偏移技术在生产上的应用规模。目前解决海量运算问题的方法主要是应用CPU集群来提高计算效率,但集群存在成本高、功耗大、占用空间大、维护成本高等缺点。给出了一种基于MPI(Message Passing Interface)和CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行算法,将细粒度线程级的GPU(Graphic Processing Unit)并行计算融入粗粒度进程级MPI并行编程模型。利用实际转换波数据分别在CPU(单核)、GPU(单卡)、MPI和GPU(2个节点)测试平台上对算法性能进行了测试,结果表明,MPI和GPU(2个节点)的计算速度是CPU(单核)的近400倍,可以大幅度提高转换波Kirchhoff叠前时间偏移的计算效率,降低计算成本。

共孔径面叠前时间偏移技术在XDZ地区的应用

XDZ地区地表起伏大、地表地质条件复杂,地下主体构造高陡,断裂十分发育,为典型的复杂山区资料。受技术条件限制,常规叠前时间偏移技术难以在该区实现准确成像。共孔径面kirchhoff叠前时间偏移技术引入共偏移孔径面的概念,使每个成像道偏移孔径内参与成像的地震道处于同一平面,可基本满足水平地表的假设条件,提高了剧烈起伏地表条件下的地震波的聚焦效果。将该技术应用于XDZ地区的资料处理,处理成果成像效果好,断点清楚,复杂构造波组连续性、稳定性提高,成像效果明显优于常规叠前时间偏移。

基于GPU/CPU协同并行计算的叠前时间偏移技术在煤炭地震数据处理中的应用

随着计算机技术的飞速发展,在高性能计算方面出现了一项全新的具有革命性的技术:GPU/CPU协同并行计算。中国煤炭地球物理勘探研究院引进了恒泰爱普公司基于GPU/CPU协同并行计算的叠前时间偏移软件,将其纳入常规煤炭地震数据处理流程,满足了生产需要。实际应用效果表明:此偏移技术经济成本低,运算速度快,地震资料处理效果明显提高。

FPGA与GPU并行计算分析——以Kirchhoff叠前时间偏移为例

高性能计算(high performance computing)是地震数据处理领域一个重要研究课题.目前的高性能计算大多是利用图形处理器(GPU)强大并行处理能力,以GPU/CPU协同并行计算构架为基础实现有关算法.本文讨论了利用CUDA和Impulse C-to-FPGA工具分别在GPU(图形处理器)和FPGA(可编程逻辑门阵列)平台上并行实现Kirchhoff叠前时间偏移算法.处理结果表明,利用GPU加速Kirchhoff叠前时间偏移处理得到了14倍的单核加速比,利用FPGA加速Kirchhoff叠前时间偏移处理得到了9.5倍的单核加速比.

基于GPU实现叠前时间偏移走时计算的并行算法

走时计算是叠前时间偏移计算中最耗时的部分,通过分析传统的串行走时算法,发现静态8点插值算法非常适合在GPU上运行。首先利用CUDA技术对静态8点插值算法进行并行化改造,设计静态8点并行插值算法,然后测试其正确性,统计其相对误差情况。实验表明此算法比工业生产上的动态插值算法更准确,最后我们利用体偏作性能测试。试验结果表明,运行在GPU上的静态8点并行插值算法内核性能是运行在CPU上的动态插值算法内核的22.76倍。这说明,静态8点并行插值算法适合进行走时计算,并且可以应用于工业生产上。

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。

面向CPU+MIC混合异构平台的地震波叠前时间偏移算法并行与优化策略

地震波的叠前时间偏移算法是构造复杂岩层成像最有效的方法之一。地震勘探进入海量数据时代,且叠前偏移算法是数据处理中最费时的环节,对叠前偏移算法做并行计算优化有着重要的研究意义。近年来,高性能并行计算开始进入异构、众核时代,以Intel新一代至强融核MIC(Xeon Phi)为例,新型众核处理器具有成本低、性能高等特点。从最经典的Kirchhoff叠前时间偏移(PKTM)算法出发,基于CPU+MIC异构平台,采用offload编程模式实现对PKTM算法的并行移植与性能优化,对于6 000万规模(8 000×8 000)的应用问题,总的并行模拟时间从357.52s减少到1.66s,性能提升了214.37倍。

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。

高度可扩展的3D叠前Kirchhoff时间偏移并行算法

为适应海量地震数据以及集群并行规模不断增大的趋势,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in-line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.算法实现上,共炮检距成像空间映射到计算节点组上,计算节点内的CPU核之间按照round-robin均分面元.该并行算法在不增加数据通信量的情况下,降低了内存的需求,减少了通信开销和同步时间,提高了数据的局部性.实际资料测试表明,该并行算法比传统的输出并行和输入并行算法具备更好的性能与可扩展性,实验作业调度多达497个节点、7 552个线程,仍然具备较好的加速效果.

山地地震资料叠前时间偏移方法及其GPU实现

山地地区地下地质结构复杂,地表高差大,变化剧烈.目前该类地区地震勘探中主要的成像手段依然是Kirchhoff叠前时间偏移.但地表高程的剧烈变化使叠前时间偏移的基准面很难选择.本文在传统方法的基础上,提出了一种在浮动基准面上修正常规叠前时间偏移走时计算的叠前时间偏移方法,该方法能够很大程度上提高山地地区、特别是地表高差变化大地区的成像效果.本文还介绍了GPU在叠前时间偏移上的应用,通过GPU对叠前时间偏移的优化和实现,得出如下结论:应用单颗NVIDIA Tesla C1060 GPU进行叠前时间偏移,相比应用主频2.5 GHz的单核CPU计算效率可提高70倍以上.

三维地震资料叠前时间偏移应用研究

本文通过选取合适的叠前时间偏移软件,对两块三维地震资料进行偏移成像试验,验证叠前时间偏移中影响偏移成像效果的几个主要因素.该软件偏移算法的核心技术是弯曲射线偏移处理,这不同于工业界常用的直射线假设.偏移速度是偏移成像好坏的主要因素,通过迭代进行偏移、速度分析,使共成像点道集拉平,从而实现构造的准确成像;偏移孔径也是影响偏移成像的一个关键参数,其选取与成像目标层的倾斜角、深度、速度等有关;反假频参数对偏移成像效果有一定影响,是偏移中需要考虑的因素之一.

层状各向异性介质转换波克希霍夫叠前时间偏移

在克希霍夫叠前时间偏移处理中,地震波走时的计算方法是决定大偏移距地震资料成像品质的重要因素.在常规的三维转换波各向异性叠前时间偏移公式中,走时的计算是基于等效单层各向异性介质的非双曲线方法.用这种方法处理的成像道集,在偏移/深度比超过一定阈值后,成像道集中的反射同相轴将出现过偏现象,这种偏移不平的同相轴将影响偏移叠加的最佳响应,使得偏移成像波组呈低频化特征,最终降低三维转换波偏移成像质量.我们采用层状介质的走时计算方法代替常规算法,并且利用了常规方法的转换波各向异性偏移速度模型.基于层状介质的算法能够提高大偏移距转换波走时计算精度,克服中浅地层大偏移距远道成像道集中反射同相轴逐渐上翘的问题.两个地区的三维转换波资料处理结果证实,基于层状各向异性介质的转换波克希霍夫叠前时间偏移方法,明显改善了反射成像剖面的连续性和分辨率,提高成像剖面构造的可解释性.

起伏地表直接叠前时间偏移

针对起伏地表直接进行叠前时间偏移是目前复杂山地地震资料叠前成像处理的方向。如今研究的侧重点是通过参考面计算起伏地表条件下的地震波走时,进而进行叠前时间偏移,但是这一过程存在两个问题:其一是参考面选择不当会因高差和替换速度的不准确而带来走时计算误差;其二是地震数据经常规处理返回到采集地表面时可能破坏高频静校正效果。基于此,本文提出了以共成像孔径面为参考面且在共反射点道集上进行剩余时差校正的起伏地表叠前时间偏移的方法。文中分别应用简单模型、SEG起伏地表模型以及实际资料对该处理方法进行了测试,表明该方法是有效的。

松辽盆地深层地震资料叠前时间偏移连片处理技术研究

为了建立松辽盆地等时地层格架,深入认识松辽盆地地质特征和结构以及油气聚集规律,本文开展了松辽盆地不同工区、不同时期采集的二维和三维地震资料叠前连片处理技术研究.本文针对叠前连片处理过程中不同区块的非一致性,采用了相应的处理方法和手段,使得连片处理后数据的相位达到一致,区块间拼接带的频率、能量(或振幅)变化自然合理.处理后的资料地质现象丰富,地层齐全,具有较高的信噪比和连续性.资料反映的区域构造合理,有利于对松辽盆地区域地质规律进行统一的认识.

三维叠前时间偏移在红北地区的应用

红北地区位于准噶尔盆地,构造复杂,地层倾角大,三维叠后时间偏移成像效果不好,为此,在该地区开展了三维叠前时间偏移处理技术的研究。介绍了三维叠前时间偏移方法的基本原理和实现过程,对该方法在红北地区的应用效果进行了分析。叠前时间偏移剖面和叠后时间偏移剖面的对比说明,地震资料的成像精度得到了较大的提高,剖面上断点清楚,断层清晰,地震波组特征明显,与井的吻合程度高。

克希霍夫叠前时间偏移技术在复杂构造带地震资料处理中的应用

在辽河盆地东部凹陷中部的A区块地下构造复杂,以往的资料虽然反应了该区的整体面貌,但断裂带的成像效果不是很好,为此,开展了叠前时间偏移处理技术研究.详细介绍了保福克希霍夫叠前时间偏移的原理和数据的预处理,讨论了主要的偏移参数的测试和选取方法,通过Deregowski循环法和百分比偏移扫描速度建立和优化速度模型.处理结果表明,该区三维叠前偏移剖面较常规三维叠后偏移剖面有明显改善.