适于大规模数据的三维Kirchhoff积分法体偏移实现方案

为适应实际生产中对大规模三维工区数据处理的效果及效率的要求,提出了按三维成像体输出成像结果的3D Kirchhoff积分法偏移实现方案.将地震数据按共偏移距道集形式排放,每个共偏移距数据的偏移类似于一个3D叠后Kirchhoff积分偏移,极大地降低了对计算机内存和局部盘及I/O通讯率的要求.每个地震道的成像(输出等时面)在由炮检点连线定义的旋转坐标系中进行,更好地考虑了偏移孔径计算及反假频处理.同时兼顾了超大规模地震数据PSTM成像处理中内存需求量、I/O通讯问题、并行处理方案及效率优化的细节问题.并行计算用偏移距号和每个共偏移距数据体中的线号作为一级和二级索引进行任务分解,更适应当前计算机集群中计算节点比较多的情况.最后考虑了在基本不影响效率的前提下的断点保护处理方案.理论及实际数据测试结果说明了该方案的可行性,与商业软件的对比验证了该方案的优越性.在此较完善的实现方案基础上,可以容易地把更优越的积分类偏移方法迅速推向实用化.

基于多GPU的三维Kirchhoff积分法体偏移

提出3种策略挖掘三维Kirchhoff积分法体偏移在众核GPU(图形处理器)上的并行性.首先,使用数据传输线程和GPU计算线程构造流水线并行框架,基于此框架直接实现异步输入输出(I/O)以减少GPU和网络存储之间数据传输所需的时间;其次,使用GPU的线程满载策略以使指令吞吐量最大化;最后,应用纹理缓存和常量缓存来减少片外存储器访问,并使用固定功能单元计算超越函数.实验结果表明:相比于IntelXeon E5430CPU上的算法串行版本,在nVidia Tesla C1060GPU上的优化算法实现了约20倍的加速比.比较了算法在3种不同GPU架构上的性能,并给出了CPU与GPU结果在0.5×10-4误差限下仅0.3×10-5的浮点数绝对误差.

Kirchhoff积分法叠前深度偏移技术在孤岛地区的应用

潜山油气藏是胜利探区一种重要的油气藏类型,具有储集层发育、层系多、产能高等特点。但由于潜山地层经历了多期构造运动,往往多期断层交会切割,因而内幕结构非常复杂;同时埋深又比较大,这就使得常规地震剖面不能对潜山地层准确成像。以往的潜山油气藏勘探工作中的难点就在于构造的落实,Kirchhoff积分法叠前深度偏移技术正是在这种情况下发展起来的一项成像技术,它遵循波传播的Snell定律,借助于直接解程函方程的迎风有限差分三维旅行时计算方法,可以解决潜山复杂地层的成像问题。通过在孤岛地区的应用,取得了较好的效果。

Kirchhoff积分法叠前时间偏移技术在三江盆地XDLZ地区的应用

三江盆地前进坳陷XDLZ地区构造较复杂,以往开展的二维叠后时间偏移成像精度低和空间位置不够准确,为此进行了二维叠前时间偏移处理研究,分析了Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理中关键环节技术参数(叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、均方根速度建模和偏移孔径选取)对研究区复杂构造成像的影响及处理技巧。通过叠前时间偏移和叠后时间偏移在该区的应用效果对比分析,Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理结果包含地震信息更加丰富,深层复杂构造成像在同相轴的连续性和断层及断点空间位置更趋合理,成像相位和振幅误差较小,构造成图精度提高了约4%。

Kirchhoff积分法与快速步进算法(FMM)叠前深度偏移成像方法研究

Kirchhoff积分法速度快、适应性好,是目前石油勘探界使用最为普遍的叠前深度偏移技术,该算法需要快速稳定的旅行时求取方法。快速步进算法(FastMatching Method)是建立在程函方程基础上的旅行时计算方法,它具有速度快、无条件稳定、可以适应复杂地质模型的特点。将快速步进算法(FMM)进行射线追踪所得到的旅行时,运用于对地震数据进行的Kirchhoff叠前深度偏移中。实验结果表明,Kirchhoff积分法与快速步进算法的结合是成功的,提高了偏移的速度,偏移结果良好。

大规模三维地震数据Kirchhoff叠前深度偏移及其并行实现

本文提出了基于共炮检距数据体的适用于大规模三维地震数据体的Kirchhoff叠前深度偏移(PSDM)并行实现方案。其基本思路为:①利用任意介质中的动态规划法三维旅行时计算方法提供旅行时场;②按照炮检距组织数据;③根据机器物理内存大小分配成像深度段;④对共炮检距数据分深度段进行基于消息传递接口(MPI)的进程并行处理;⑤对单进程作业进一步利用OpenMp并行同时实现多个单道的成像处理。此方案可充分利用节点内存,减少数据输入/输出(I/O)量。该方案是将单个炮检距的某个深度段的成像空间和需要的所有炮的对应深度段的旅行时场调入内存中,每一深度层的成像均在内存中进行,而且Inline和Crossline方向的偏移孔径可以自适应地根据偏移速度和成像深度进行选择,并采用空变反假频技术,可较大地提高成像精度。成像结果按体偏移形式输出,同时也可以输出成像道集。该方案在内存利用、数据I/O量和计算效率上达到最佳平衡。并行方式充分采用MPI+OpenMp混合编程模式,可高效、高精度地处理大规模三维地震数据。理论和实际数据的偏移成像结果均证明了本文方案的正确性和高效性。

Kirchhoff偏移法在探地雷达正演图像处理中的应用

本文首先通过对波动方程的分析,得出了声波波动方程和雷达波波动方程形式一致性,从而说明了把广泛应用在地震数据处理中的偏移技术引入到GPR资料处理中的可行性;其后说明了时域有限差分法(FDTD)的原理,并用它合成了几种常见的雷达正演剖面;最后利用Kirchhoff积分偏移法对正演所得的雷达剖面进行偏移处理,通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面,可知Kirchhoff积分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波的归位,绕射波收敛,从而大大地提高了雷达正演剖面的分辨率,更好地指导GPR剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.

GPU提速叠前时间体偏移技术

为了进一步提高叠前时间体偏移的计算效率,实现了在GPU\CPU协同并行计算模式下Kirchhoff叠前时间体偏移技术,并进行优化。经在Nvida Tesla C1060 GPU上的测试表明,GPU(Graphic Processing Unit)的处理速度是CPU(单核)的四十倍左右。同时表明,CUDA(Com-pute Unified Device Architectare)编程为CPU向GPU的转化提供了一个较为方便的语言环境。

矢量Kirchhoff叠前深度偏移

由于传统的Kirchhoff积分法偏移基于标量声学波动方程,没有考虑地震波场的矢量特性,偏移成像的精度较低、保幅性较差。因此,本文从多分量地震波矢量场的特征出发,基于均匀各向同性弹性波波动方程,推导了Kirchhoff积分法矢量偏移公式;利用弹性波波动方程的矢量特性,在偏移过程中将泄漏的地震波信息还原到PP波与PS波分量中,实现了偏移过程中的波场分离。二维理论模型与实际数据的应用结果表明,基于矢量数据的深度偏移方法能够有效消除多分量地震数据的波型泄漏现象,提高偏移成像的精度。

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.

三维叠前深度偏移技术在复杂地区的应用

应用三维叠前深度偏移成像技术,对复杂地区的地震资料进行了三维叠前深度偏移处理,取得了良好的效果。其主要实现过程是:在时间剖面上拾取速度层位,建立时间模型;用相干反演法和叠加速度反演法相结合逐层求取层速度,建立层速度—深度地质模型;用剩余速度分析修改和优化地质模型;选用Kirchhoff积分法或差分法实现三维叠前深度偏移。

浮动面叠前深度偏移法在山前带复杂构造成像中的应用

复杂构造成像已成为制约山前带地震勘探的瓶颈,传统的地震成像方法由于其自身算法及适应性的限制,在此类地区难以准确成像。对浮动面叠前深度偏移方法进行选择,从理论上分析了浮动面偏移相对于固定面偏移的优势所在,通过对Kirchhoff积分法和波动方程两种方法的综合分析,认为目前积分法在山前带叠前偏移中更加适用。最后,对山前带二维测线的偏移效果对比分析,验证了浮动面叠前深度偏移方法在山前带复杂构造成像中的有效性。

叠前时间偏移技术及其在三江盆地的应用

三江盆地前进坳陷XDLZ地区构造较复杂,以往开展的二维叠后时间偏移成像精度低且空间位置不够准确,为此进行了二维叠前时间偏移处理研究。首先分析了Krchhoff积分法叠前时间偏移处理中关键技术和参数(如叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、均方根速度建模和偏移孔径选取)对研究区复杂构造成像的影响及处理技巧;然后对叠前时间偏移和叠后时间偏移在该区的应用效果进行了对比分析。表明Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理结果包含的地震信息更加丰富,深层复杂构造成像得到改善,同相轴的连续性和断层及断点空间位置更趋合理,成像相位和振幅误差较小,构造成图精度较高(约提高了4%);最后,指出了该技术在实际应用中应注意的问题。

几种叠后时间偏移方法在西部低信噪比地区应用效果比较

当前叠前时间偏移技术已得到大力推广,然而叠后时间偏移技术由于其计算效率高,加之在某些地区因信噪比等原因其应用效果甚至优于叠前偏移技术,因此我们不应该完全抛弃叠后时间偏移方法,而应针对每个区块的信噪比等实际资料的特点选定合适的偏移方法。文章针对西部某低信噪比区块选取了比较常用的3种叠后时间偏移方法进行试验,验证了各偏移方法的优缺点及适用条件,为如何选取合适的偏移方法提供了可靠的依据。

叠前深度偏移技术在北黄海盆地东部坳陷中的应用

北黄海盆地东部坳陷地质构造复杂,断裂特征及地层接触关系不清楚,横向凹陷与隆起的构造起伏大,造成速度横向变化剧烈,由时间偏移得到的地质成像不准确,因此必须通过深度偏移得到地震数据的地质成像。从研究区复杂构造地质背景出发,阐述了叠前深度偏移原理和技术路线,对该区三维地震资料分别应用了Kirchhoff积分法叠前深度偏移和逆时叠前深度偏移两种算法。从时间偏移和深度成像效果的对比可以看出,深度偏移较时间偏移更能够表征地下真实成像位置,深度偏移在陡倾角成像上更加合理、陡倾角连续性增强,波组特征明显,尤其在断面成像上更加清晰;从两种深度偏移算法成像效果的对比可以看出,逆时深度偏移算法在陡倾角复杂构造区和深层反射层段的成像效果上较Kirchhoff积分法更佳,前者成果数据的保真性更高,能为叠前反演提供较好的原始资料。

起伏地表条件下偏移到多偏移距叠前时间偏移

在速度横向变化比较缓慢时,叠前时间偏移是很好的成像手段。它可以作为复杂构造成像的一个关键的中间环节,对于提高最终的速度分析质量和深度偏移成像效果是至关重要的。由于时间域成像基准面选择困难,一般地,时间域偏移都是在一个水平的数据观测面(或浮动基准面)上进行的,非水平的观测面不宜作为时间域的成像参考面。提出一种新的成像方法,即引进一个随炮点和检波点变化的坐标,每次成像都是直接在该平面内进行,最后叠加到成像空间里。为了对来自非水平地表的低信噪比数据进行叠前时间偏移,引入Gardner提出的偏移到多偏移距的方法,把非水平地表叠前时间偏移方法与偏移到多偏移距的方法结合,可以较好地解决山地地震资料的叠前时间偏移成像问题。模型的初步检验证明,这种方法的确是可行的,且其计算效率较高。

GeoEast-Lightning叠前深度偏移软件在准噶尔盆地南缘的应用

在简要介绍GeoEast-Lightning叠前深度偏移软件的Kirchhoff叠前深度(Q)偏移、高斯射束叠前深度偏移、单程波波动方程叠前深度(Q)偏移方法的基础上,对比分析了不同叠前深度偏移方法在准噶尔盆地南缘呼图壁三维地震工区的应用效果,以期为类似工区地震资料处理提供借鉴。结果表明:①Kirchhoff叠前深度(Q)偏移技术在实际生产中普遍应用,但它对复杂构造的成像能力及成像精度有限;②高斯束深度偏移克服积分法偏移精度不高的问题,保留了积分法偏移高效、灵活的特点,相比波动方程偏移计算效率大大提高;③单程波深度(Q)偏移方法耗时短、效率高,适应大多数具有一定倾角的地层成像。

基于网格的叠前深度偏移程序自动并行化模型

针对地震资料数据处理方法中的三维叠前Kirchhoff深度偏移方法,分析其特点及自动并行化特征,提出一种基于网格环境的自动并行化模型。该模型可以自动分析识别串行程序中潜在的并行性,自动完成串行三维叠前深度偏移(PSDM)程序的分割、并行重构和调度,最终生成串行PSDM程序的并行化源代码。

叠前深度偏移技术在城市活动断层探测中的优势

本文介绍了Kirchhoff积分法叠前深度偏移和波动方程叠前深度偏移两种偏移方法,并通过对Marmousi数据模型和实际数据资料处理,对比叠前深度偏移成像与叠后时间偏移成像和常规叠加剖面的应用效果。实际结果表明:对于速度横向变化剧烈的复杂地质体,叠前深度偏移成像精度更高,适合于城市活动断层的高精度探测。