波动方程辛几何算法三维叠前深度偏移在集群式并行机上的实现

波动方程三维叠前深度偏移研究,已成为近年国内外众多油气勘探科研单位的研究焦点,其关键问题之一是借助于软硬件及其匹配的进步,以求解决计算量庞大的障碍。作者在本文中从油田实际出发,提出了一套并行波动方程辛几何算法三维叠前深度偏移方法与处理流程,运用32节 点集群式并行机,完成了XJWZ地区150km的二维和WJT地区126km^2的三维地震资料波动方程叠前深度偏移处理。其成像的效果,在信噪比、分辨率、深层复杂构造成像等方面均获得了显著改善。     

井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法

井间地震成像技术在解决复杂构造、油藏描述等方面具有较高的成像精度。高斯束偏移成像方法兼具Kirchhoff积分偏移的灵活性以及波动方程偏移的精确性,不仅计算速度快,并且运算精度高。在地面地震高斯束叠前深度偏移成像方法研究的基础上,首次将其应用于井间地震资料成像。针对井间理论模型试算,同井间地震波动方程逆时偏成像方法相比,井间地震高斯束叠前深度偏移方法成像精确,计算效率高。将该方法应用在某海上油田井间地震资料成像中,这里所研究的井间地震高斯束叠前深度偏移成像方法的成像结果,比海上三维地震剖面具有更高的分辨率,解决了海上三维地震分辨率不足的难题,可为油气田目的层微小构造识别提供有利依据,具有较好的应用前景。     

合成平面波数据的Rytov近似叠前深度偏移

作者把Berkhout(1992)提出的合成平面波技术应用于线性Rytov近似叠前深度偏移，提高了波动方程叠前深度偏移的计算效率。通过在Marmousi模型数据试验，我们认为在达到基本相同成像效果的条件下，利用合成平面波技术的波动方程叠前深度偏移相对于基本共炮集数据的波动方程叠前深度偏移可提高计算效率约10倍。     

波动方程叠前深度偏移的GPU技术

偏移成像是地震资料处理流程中重要的一环,目前工业界所采用的方法是克希霍夫时间偏移,该方法的优点在于计算效率高,模型易于获取。但因其基于高频近似,难以适应多次到达,欠照明影响及横向变速剧烈的地质情况。波动方程叠前深度偏移则能较好地解决这些问题,但其计算成本远高于克希霍夫偏移方法,这也成为其在实际生产应用中的瓶颈之一。这里将利用GPU技术,研究波动方程叠前深度偏移的高性能计算方法,使之能够满足生产中海量数据处理的需要。     

叠前深度偏移技术

叠前深度偏移技术摆脱了常规叠后时间域处理要求时距曲线是双曲线的简单假设,可以适用于各种复杂构造。本文阐述了叠前深度偏移的基本原理、处理流程以及在煤田二维、三维地震资料处理中初步的应用效果。文章最后指出：为了提高煤田复杂地区地震勘探的效果和解释精度,开展叠前深度偏移势在必行。     

转换波波动方程叠前深度偏移

克希霍夫叠前时间偏移被广泛运用于转换波地震成像领域,该方法具有计算效率高、速度模型易于获取的优点。但是,纵横波速度差使纵波和转换波的成像在时间域不匹配,且克希霍夫偏移也无法较好地处理多次到达和保幅等问题。这里提出一种基于波动方程的转换波叠前深度偏移方法,以改善克希霍夫时间偏移的不足。     

叠前深度偏移技术在QMQ地区成像中的应用

位于东部QMQ地区的地震资料,其地表地质条件较好,但因勘探目的层是奥陶系复杂的古潜山,因此,适合应用叠前深度偏移技术进行潜山顶及其内幕的成像。通过Kirchhoff叠前深度偏移技术中精细的数据准备、速度-深度模型的建立与优化、偏移孔径的试验与选择和偏移成像4个关键环节的应用研究,完成了QMQ地区地震资料的Kirchhoff叠前深度偏移。通过与叠前时间偏移剖面对比,叠前深度成像改善了QMQ地区地震数据的信噪比和分辨率,同时提高了奥陶系潜山及其内幕的成像精度,为后续的深度域地质解释和构造成图提供了可靠的偏移数据,研究成果对深层煤勘探所面临的底板奥灰水的研究具有借鉴意义。     

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。     

地震波场叠前零偏移距化算法研究

在能源地震勘探中,为了更好地实现叠前倾斜地层的时差校正,提高速度分析和叠加的精度,提出了一种快速实现叠前部分偏移的算法,即零偏移距化（MZO）算法。该算法应用波场外推的技术及波动方程偏移的有限差分算法,可在共偏移道集上实现,对于3D资料须应用同方位角共偏移距道集。经实际资料测试,其计算速度比同类的DMO方法快一倍,且处理效果相当。      

基于PC机群波动方程叠前深度偏移的并行计算策略

基于波动方程的叠前深度偏移技术是解决复杂地质地貌地区地震成像的一种非常有效的手段,但是在实际应用中面临着数据量巨大和计算量巨大的双重困难.以PC 机集群为硬件环境,以MPI消息传递并行编程环境为并行程序设计平台,研究设计出请求分配作业的主从模式来实现波动方程叠前深度偏移的并行计算,从而解决了动态负载均衡难题,采用的作业登记与分析技术解决了容错处理问题.理论模型数据和实际地震资料测试结果表明:程序运行稳定,并行效率高.对我国东部地区某三维地震数据进行了处理,用请求分配作业的主从模式比平均分配作业的主从模式节省了23.68%的时间.     

基于GPU实现汉克尔变换并行计算

地球物理勘探技术日新月异,地球物理勘探数据的处理和解释对高性能计算机的要求越来越高.相比于地震勘探,重力、磁法、电法勘探中的并行计算研究还都处于起步阶段.基于GPU的并行计算能够提供强大的计算能力和存储器带宽,同时具有良好的可编程性、较低的成本和较短的开发周期.这里实现了瞬变电磁法一维正演计算中汉克尔变换基于GPU的并行计算,比较了汉克尔变换串行算法和并行算法的计算耗时,基于GPU技术的并行计算相比串行计算,获得了很高的加速比.     

GSHR-Tree:一种基于动态空间槽和哈希表的网格环境下的空间索引树

为提高网格环境下海量空间数据管理与并行化处理效率,将网格环境下的分布并行处理技术与空间索引相融合,提出了一种空间索引框架(grid slot and hash R tree,GSHR-Tree).该索引树结构基于散列hash表和动态空间槽,结合R树结构的范围查询优势和哈希表结构的高效单key查询,分析改进了索引结构的组织和存储.构造了适合于大规模空间数据的网格并行空间计算的索引结构,该索引树算法根据空间数据划分策略,动态分割空间槽,并将它们映射到多个节点机上.每个节点机再将其对应空间槽中的空间对象组织成R树,以大节点R树方式在多个节点上分布索引数据.以空间范围查询并行处理的系统响应时间为性能评估指标,通过模拟实验证明,该GSHR-Tree索引满足了当前网格环境空间索引的需要,并具有设计合理、性能高效的特点.      

基于高性能并行计算的隧道开挖数值模拟

随着岩土工程规模的不断扩大、复杂性的增加以及计算参数的多样化和计算精度的提高, 人们对于计算机计算能力的要求越来越高, 然而单处理器无法满足这类大规模计算.从数据输入、区域分解、线性方程组的迭代求解、后处理等方面详细阐述高性能计算平台上并行有限元求解大规模岩土工程的关键问题.提出了利用MPI2的新特性进行海量数据的分段并行读入, 采用ParMetis软件并行地进行区域分解, 实现了前处理过程的完全并行化; 采用基于Jacobi预处理技术的预处理共轭梯度法(PCG)进行线性方程组的并行迭代求解; 采用Paraview软件实现了后处理的并行可视化.在深腾7000系统上对某隧道工程的三维开挖过程进行了数值模拟, 对其并行性能进行了分析和评价, 验证了采用的区域分解算法和系统方程组的求解方法的可行性, 并且具有较高的加速比和并行效率.      

宽频宽方位处理技术在淮北矿区全数字高密度地震勘探中的应用

与常规三维地震勘探相比,全数字高密度地震勘探采用高横纵比、宽方位观测系统,使用单点数字检波器接收。宽方位地震勘探有利于高陡构造和复杂断块成像,但存在各向异性问题,而单点数字检波器地震信号频带宽、保幅性好、噪声强。为了充分发挥全数字高密度地震资料优势,克服其缺点,必须将宽频、宽方位处理技术运用到煤炭高密度三维地震数据处理中,以提升数据处理效果。以淮北矿区全数字高密度地震资料为基础,针对淮北矿区地质构造复杂特点,以叠前保幅去噪、振幅补偿、OVT处理技术以及全方位角偏移成像技术为重点,开展了煤炭全数字高密度地震资料的宽频、宽方位处理技术研究。结果表明:保幅去噪在几乎不损伤有效信号的前提下实现了对噪声的有效压制,振幅补偿恢复了地震信号高低频能量的损失,宽方位处理不仅消除了各向异性影响,改善了成像效果,还获得了丰富的叠前数据。宽频宽方位处理技术是全数字高密度地震资料处理的必要手段,其处理成果比常规处理成果频带更宽,对复杂构造成像更好,分辨率更高,能够实现煤田复杂地质条件地震资料精细成像。      

A fine-granularity scheduling algorithm for parallel XDraw viewshed analysis

Viewshed analysis is widely used in many terrain applications such as siting problem, path planning problem, and etc. But viewshed computation is very time-consuming, in particular for applications with large-scale terrain data. Parallel computing as a mainstream technique with the tremendous potential has been introduced to enhance the computation performance of viewshed analysis. This paper presents a revised parallel viewshed computation approach based on the existing serial XDraw algorithm in a distributed parallel computing environment. A layered data-dependent model for processing data dependency in the XDraw algorithm is built to explore scheduling strategy so that a fine-granularity scheduling strategy on the process-level and thread-level parallel computing model can be accepted to improve the efficiency of the viewshed computation. And a parallel computing algorithm, XDraw-L, is designed and implemented taken into account this scheduling strategy. The experimental results demonstrate a distinct improvement of computation performance of the XDraw-L algorithm in this paper compared with the coarse-partition algorithm, like XDraw-E which is presented by Song et al. (Earth Sci Inf 10(5):511–523, 2016), and XDraw-B that is the basic algorithm of serial XDraw. Our fine-granularity scheduling algorithm can greatly improve the scheduling performance of the grid cells between the layers within a triangle region.     

三维平面波叠前时间偏移实用化研究

三维平面波叠前时间偏移技术实用性不强,浅层成像信噪比较低,在计算过程中内存开支大,并行节点有效利用率低,且不具有断点保护功能,无法适用于大规模叠前偏移成像处理。为了提高三维平面波叠前时间偏移的实用化水平,从平面波叠前时间偏移原理和实现方案出发,针对存在的问题,提出了相应的解决方案,包括通过倾角滤波方法压制浅层的偏移成像噪声,提高浅层成像信噪比;采用分层成像方案,减小计算过程中的内存开支,提高并行节点的有效利用率;开发断点保护功能,考虑了长时间偏移计算中的断点风险。在应用于某工区实例资料处理后表明,经优化后的平面波叠前时间偏移技术较原平面波偏移具有更好的成像精度,并且具备了大规模数据处理能力。     

基于CUDA的地震相干体并行算法

相干体技术在地震勘探资料解释方面得到了广泛的应用,由于相干体技术处理的对象是三维地震数据体,所以算法运算时间较长。为了缩短解释周期,本文充分发挥GPU并行计算优势,对C3相干体算法进行并行化分析。从硬盘读取数据到GPU上计算相干值并写入硬盘的整个过程进行分析,剔除了冗余数据的读取,完成了C3相干体算法的并行化设计与实现。最后分别对串行算法与并行算法进行性能测试,结果表明本文设计的并行算法在保证精度的前提下达到了16倍左右的加速比,对加快地震资料解释具有重要意义。     

联合数据压缩技术在地震勘探中的应用

对于“海量”的地震数据,一般压缩方法的效果不好。利用离散余弦变换编码和离散小波变换编码的联合压缩技术,对地震勘探数据进行了压缩处理,结果表明:本压缩方法能提高压缩比,保留更多的地震信号中细节信息,具有良好的压缩性能和很好的计算性能。联合压缩技术对于不同的地震数据压缩都有效果,但是压缩比不尽相同。     

地球深部探测计划中地学软件研发关键技术

针对高效率、高精度快速移动平台联合探测技术,发展由此带来的海量数据综合信息处理、解释和地质建模一体化所需的大型软件平台技术,可为实现复杂环境条件下有效实施大面积资源勘探调查、实现重大找矿突破目标提供切实可行的技术保障。采用引进和自主研发的"红蓝军"双轨路线,基于已有的地震数据处理解释基础,完善了高端软件平台地震和非震数据分析功能的联合,形成了具有跨操作平台、数据融合、二次开发、数据共享管理等功能的综合研究一体化分析软件平台,填补了国外软件产品在地震-非震数据联合分析方面的空白,为地球深部探测数据分析提供技术支撑。