GPU并行加速的多步逆时偏移在东濮前梨园地区的应用

为了解决东濮油田复杂断块成像难题,笔者采用了多步逆时偏移成像方法,并使用了GPU进行并行加速。经过GPU并行加速的多步逆时偏移成像方法解决了RTM计算效率低的应用限制问题,并成功应用于复杂断层成像处理中。通过对前梨园三维地震资料的偏移成像处理,验证了逆时偏移成像技术在处理东濮地下复杂小断块和兰聊大断层上具有成像优越性;偏移效率分析试验证明了基于GPU并行加速的逆时偏移成像方法,能有效地提高计算效率75倍。     

TI介质一种稳定的标量波方程及其逆时偏移

地下地层存在普遍的各向异性,随着集群计算性能和野外地震采集的迅猛发展,使得逆时偏移技术在各向异性介质中的应用成为可能。基于声学近似的标量波逆时偏移技术既能克服弹性波逆时偏移建模复杂、计算量巨大的限制,又能对地下构造准确成像,是工业界的热点问题之一。笔者从TI介质的弹性波理论出发,基于声学近似的思想,提出了一套稳健的TI介质标量波方程及逆时偏移策略。通过对模型的标量波数值模拟表明,文中提出的标量波方程能较好地压制横波干扰;Hess VTI模型的逆时偏移结果验证了将拟声波方程应用到逆时偏移的可行性。     

逆时偏移技术在碳酸盐岩缝-洞储层成像中应用

针对塔里木盆地塔西南地区中-下奥陶统埋藏深度大 (大于 5 000 m)、储层发育规模较小(小尺度溶孔-裂缝为主)的碳 酸盐储层精细成像难题,将基于 GPU 平台的叠前逆时偏移技术应用于研究区 562km2 实际三维地震资料处理中,取得了较好 的成像效果。通过地震剖面、平面相干属性和振幅属性对比分析叠前逆时偏移和传统叠前时间偏移结果表明:对于高陡构 造带成像,逆时偏移成像效果局部好于叠前时间偏移;对于碳酸盐岩内幕“串珠”成像、缝-洞储层刻画方面,逆时偏移 技术占有明显优势。叠前逆时偏移技术有效提高了研究区奥陶系碳酸盐岩缝-洞型储层成像的精度。     

准噶尔盆地玛湖地区高密度地震勘探中静校正问题解决方法

准噶尔盆地玛湖地区近地表结构复杂,静校正问题突出,且高密度三维地震勘探数据海量,初至时间拾取及质控挑战大,亟待研究适应于该区高密度地震勘探的静校正方法。利用集群并行批量拾取初至时间,进行逐级质控可得到满足反演需求的初至时间;结合LMI(层状模型反演)和TOMO(层析反演)两种静校正方法,分区(山前带和湖区)综合应用静校正量,能有效解决玛湖地区静校正突出问题。     

应用图形处理器快速计算逆时偏移

逆时偏移是目前精度最高的地震数据叠前深度偏移方法,但高强度的计算需求限制了其在工业生产领域的大规模应用。可编程图形处理器的发展为逆时偏移的快速计算提供了一种新的计算选择。围绕如何在图形处理器上开展逆时偏移计算展开,总结了图形处理器计算的优化关键,并根据逆时偏移的特点着重介绍了两个优化环节：一个是应用随机边界条件,以计算换存储,减少数据在主机和图形处理器间的传输;二是应用共享存储器来存储正演计算的波场,相比全局存储器,提高了数据读取的带宽。应用Marmousi模型数据对经过上述优化后的程序进行了测试,结果表明,图形处理器逆时偏移程序得到了很好的优化,提高了计算效率。     

地震三维观测系统共中心点面元属性的并行计算方法

针对高密度地震勘探下的三维观测系统海量面元属性计算需求,基于Open CL并行编程模型,研究并实现了适用于异构环境下面元属性的并行计算方法。根据面元分析算法特点将整个网格分成多个子区域,子区域可由不同设备以粗粒度方式并行,而子区域内部以炮检对方式细粒度并行。采用HP Z820工作站,在CPU+GPU异构混合平台下的试算结果表明,异构多核处理速度是CPU(单核)的30倍以上,数据生成速率高于300 MB/s。     

基于GPU的地震属性提取

地震属性技术可从地震资料中提取出隐藏其中的有用信息,不仅提高了原始地震资料的利用价值,同时也提高了地震技术在石油工业中的应用水平。随着三维地震勘探技术的广泛应用,解决了二维勘探中存在的一些问题,但同时也带来地震数据量的激增。地震勘探技术的不断发展,对高性能计算提出了更高的要求,新的高性能计算技术不断被应用到地震勘探中。近年来,因GPU的计算性能迅猛发展,使之成为高性能计算的一个重要发展方向。这里基于CUDA（计算统一设备架构）编程平台,利用GPU加速地震属性提取。通过对比发现,利用GPU可以得到六倍左右的加速比,这表明应用GPU可以有效地缩短程序的运行时。     

三维弹性波逆时偏移中多卡GPU的应用

地震勘探对象的日益复杂化,对成像效果提出了更高的要求。逆时偏移在理论上可以对复杂构造准确成像,且二维逆时偏移的研究也取得了一系列成果。而逆时偏移巨大的存储、计算量以及野外单炮数据量的庞大,已成为制约其在三维多分量资料中应用的瓶颈。针对有效边界存储在三维逆时偏移中存储较大的问题,采用随机边界条件以降低逆时偏移存储量并提高偏移效率。该边界条件无需保存各分量在边界处的波场值,即可实现正向延拓波场的逆时重构;考虑到三维逆时偏移需开辟较大数组空间用于计算,提出应用区域分解技术将计算数据分配到不同节点,实现基于MPI+CUDA的协同并行。SEG/EAGE盐丘模型算例证明了上述方法的有效性。     

地震数据炮域规则化方法研究及应用

叠前深度逆时偏移成像技术是目前处理复杂高陡构造成像的有效方法之一,作为一种高精度的炮域波动方程偏移方法,需要规则采集的高质量炮集数据作为输入。受复杂地质条件的限制,实际采集到的地震数据在空间方向往往是稀疏不规则采样的,存在严重的空间假频和噪声干扰,不满足炮域偏移算法对数据的要求。为了提高逆时偏移成像精度,笔者开展了叠前地震数据炮域规则化方法研究,依据偏移距和方位角将炮集数据分选为OVT(offset vector tile)道集,在OVT域进行地震数据全波数带的迭代加权反假频插值,再基于几何观测系统中炮检点坐标映射关系,从OVT域插值结果中提取规则化后的炮集数据并应用于逆时偏移成像。实际资料的应用结果表明对地震数据进行叠前炮域规则化处理可以有效提高逆时偏移的成像精度。     

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.     

全数字高密度煤矿采区三维地震技术研究与实践

通过分析常规煤矿采区三维地震勘探存在的问题及技术瓶颈,提出了全数字高密度煤矿采区三维地震勘探的主要技术框架,即:数字检波器、单点接收、更小的接收道距与线距、更小的激发点距与线距、单炮超多道数、小面元、全方位、高覆盖次数观测,真实记录全波场海量数据的采集技术,及其与之相配套的高精度地震成像处理和精细综合地震解释技术。与以往的常规三维地震勘探相比,全数字高密度煤矿采区三维地震勘探技术在断层方位、小断层识别、陷落柱探测、下组煤层探测、高陡构造勘探等多个方面都有明显优势。     

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。     

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。     

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。     

基于GPU集群加速的电阻率三维数值模拟

针对三维直流电法正演模拟中大型稀疏线性方程组求解,在GPU(Graphic Process Unit)集群上实现了并行预处理共轭梯度(conjugate gradient,CG)算法。矩阵预处理使用可并行的对称逐次超松弛近似逆预处理(symmetric successive over relaxation approximate inverse preconditioner,SSORAI),与传统的对称逐次超松弛预处理(symmetric successive over relaxation preconditioner,SSOR)相比,避免了串行的三角矩阵回代求解过程,增加了并行性。在GPU集群通信上,使用支持跨节点GPU-GPU直接通信的MVAPICH2,省去了GPU间通信时GPU到CPU的数据中转过程。为了提高数据局部性和重复性,使用RCM算法(reverse Cuthill-Mckee algorithm)对预处理后的线性方程组进行带宽缩减,并利用GPU的计算通信重叠,极大地缩减了计算时间。实验结果表明,这里提出的方法在GPU集群上有很好的可扩展性。同时,程序基于CUDA FORTRAN语言实现,可以容易地与现有FORTRAN程序相结合,提高程序的性能。     

叠前去噪技术在煤矿采区全数字高密度三维地震中的应用

高密度三维地震采用数字检波器单点接收,数字检波器灵敏度高,对信号采取宽频接收,使得更多弱背景噪声和有效信号一起被记录下来。因此,全数字高密度三维地震资料单炮信噪比偏低,需要在叠前采用针对性去噪技术以提高处理效果。以淮北矿区全数字高密度三维地震数据为例,讨论了高密度空间采样的充分性以及高密度三维地震数据中面波、异常振幅与多次波等主要干扰波的特点,结合高密度三维地震数据宽方位、宽频带、高密度等特点,针对性地压制面波、异常振幅与多次波。在纵测线和非纵测线方向上对面波进行十字排列分析,根据面波空间分布规律设计锥形滤波器进行滤除;通过计算多个地震道的包络并设定阈值自动识别后进行单道压制以处理异常振幅。应用抛物Radon变换把CMP道集变换到τ-ρ域剔除多次波。原始数据经过处理后,有效信号得以保留,信噪比得到较大提升,取得了良好的效果,对今后的全数字高密度三维地震数据处理工作有借鉴意义。      

三维探地雷达数据的拟地震处理技术研究

采用三维阵列天线技术,探地雷达虽然能够采集到高密度、无缝拼接的海量数据,但受仪器配套软件的局限,无法发挥其三维数据的优势,实现对地下目标的空间刻画。三维探地雷达与三维地震勘探在传播方式等方面具有相似性。将三维探地雷达数据转换成三维地震数据格式,利用比较成熟的三维地震勘探数据处理系统,可实现三维探地雷达数据的真三维处理。兰州某地的试验性研究表明:统一网格化后三维探地雷达数据,经过静校正、滤波、反褶积、噪音衰减、三维偏移等拟三维地震数据处理,可有效提高三维探地雷达数据的纵、横向分辨率,进而提高三维探地雷达数据的探测精度。     

煤炭高密度空间采样地震勘探方法研究及应用效果

高密度空间采样地震勘探技术在野外采用单点激发、单点接收,可有效避免野外组合时差对高频的影响及组合产生的接收各向异性问题,并有利于室内对规则干扰进行压制。通过开展高密度空间采样试验,对高密度勘探技术中空间采样密度与分辨率的关系,高密度激发技术、静校正、高保真室内组合方法、噪声压制方法及三维去噪最小数据集抽取方法等关键技术进行了总结。以HNDJ区的高密度地震勘探项目为例,高密度地震勘探获得的新剖面,其各煤层的反射特征都比过去普通三维资料有明显提高,特别是Td波。对该区的高密度空间采样数据利用多种地震属性对断层进行识别,新发现6～8m的断层2条,尤其2m断距的断层显示的也非常清晰,实例表明高密度空间采样地震勘探技术,可提高地震勘探的成像精度。     

网络存储技术在石油地震数据处理中的应用

针对油田局域网的特点,利用网络存储技术中的SOCKET编程方法,结合Linux或Unix系统中的常驻进程及输入输出控制技术解决海量地震数据交换的问题,这个方法可以实现远程磁带或磁盘数据的读取。对常用的地震数据SEGY格式及其存储特点进行分析,在SEG-Y格式的地震数据的读写技术中,采用位运算的方式解决移位及浮点数的读写操作。网络存储技术的应用实现了远程海量地震数据的存取,位运算方法提高了地震数据输入输出的速度。     

淮南矿区高精度三维地震勘探技术应用

淮南矿业集团于2007年首次将全数字高密度三维地震勘探技术引入煤炭领域,并成功推广应用;由于常规三维地震区块受采动塌陷影响,不具备再次施工高密度三维地震的条件,2012年开始,淮南矿业集团对常规三维地震区块的原始采集数据进行二次精细处理、解释。高密度三维地震勘探和三维地震资料二次处理解释都有效提高了地震资料的信噪比和横向、纵向分辨率,达到了高精度三维地震探测的目的。通过煤矿大量揭露资料对比分析:高密度全数字三维地震勘探技术对于识别小断层、查找陷落柱、刻画灰岩地层裂隙等方面效果显著;常规三维地震资料进行二次精细处理、解释能明显改善下部煤层的成像效果。高精度三维地震勘探技术具有广阔的推广应用前景。