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。     

曙光4000A上三维叠前深度偏移并行计算的应用设计

波动方程叠前深度偏移在地震勘探成像处理方面起着不可替代的作用。随着高性能大规模并行计算机技术的发展,波动方程叠前深度偏移计算在地震勘探中的应用有了很大进步。在波动方程叠前深度偏移处理中,庞大的数据规模与海量计算对计算性能提出了很高的要求。曙光4000A超级计算机系统是我国目前峰值速度最快的商用超级计算机系统,无论是硬件平台建设还是应用软件的配置方面,都具有良好的应用性能。基于该系统设计的三维波动方程叠前深度偏移(炮域)PSDM软件,采用动态负载平衡并行计算模式,具有较高的计算效率,高度的可扩展性和可靠性。     

几种叠前深度偏移技术效果的对比

在回顾叠前深度偏移发展历程的基础上,概述了当前几类叠前深度偏移方法:克希霍夫积分法、波动方程法、逆时偏移。在分析叠前深度偏移的波场成像方法、适用性、近地表条件敏感性及存在问题的基础上,对比偏移剖面,比较不同偏移方法的成像效果,指出叠前深度偏移的发展方向,为以后的叠前深度偏移的研究提供参考建议。     

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。     

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。     

黏滞声波高斯束叠前深度偏移

高斯束偏移不仅具有接近于波动方程偏移的成像精度,而且保留了Kirchhoff 积分法高效、灵活的优点,可以对复杂介质准确成像。由于实际地下介质具有黏滞性,因此研究黏滞声波叠前深度偏移具有一定的现实意义。笔者采用高斯束偏移方法对地震数据进行吸收衰减补偿。首先给出共炮域高斯束叠前深度偏移原理;然后在此基础上推导补偿吸收衰减的表达式,校正品质因子Q引起的振幅衰减和相位畸变,实现基于吸收衰减补偿的高斯束叠前深度偏移;最后用两层模型和气云模型对偏移方法进行了测试。结果表明,在考虑地下介质的黏滞性时,黏滞声波高斯束叠前深度偏移比声波高斯束叠前深度偏移具有更高的成像分辨率。     

波动方程角度域共成像道集

针对基于波场深度递推的波动方程叠前深度偏移成像方法难以准确地给出如Kirchhoff积分叠前深度偏移成像方法的偏移距域共成像道集的不足,在分析研究现有的各种波动方程偏移成像共成像道集方法的基础上,利用波场外推的单平方根算子和波场的窗口Fourier框架展开与重构方法,提出一种局部角度域共成像道集方法——成像点处反射角共成像道集方法.把这种角度域共成像道集方法应用于国际标准的Marmousi模型数据和一条实际二维地震数据都取得了理想的结果.提出的波动方程反射角度域共成像道集方法可为进一步的叠前偏移数据振幅随角度变化分析和偏移速度分析工作提供基础.     

叠前逆时深度偏移技术在江苏高陡构造地区的应用

叠前深度逆时偏移技术是一种基于精确波动方程的偏移技术,不受地下倾角和介质横向速度变化的影响。江苏油田苏北盆地地下地质构造复杂,断裂系统发育,用常归Kirchhoff叠前深度偏移技术很难准确成像,针对此实际情况,对陈堡三维进行了叠前逆时深度偏移处理,结果表明,在高陡倾角处断面成像上,叠前逆时深度偏移剖面较Kirchhoff叠前深度偏移剖面的品质有很大提高,断面清晰,断层归位准确,为后续解释工作打下了良好的基础。     

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.     

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。     

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。     

地震储层表征:在模拟储层的三维地震响应时考虑盖层、地震勘探布局和储层物性的敏感度

根据三维地震地质模型对地震数据进行模拟是从勘探到生产的周期内决策过程中的一个不可或缺的组成部分。虽然对于在储层内的动力过程和地震地质的模型表述已经取得很大进展,但如何从这些模型得到地震数据的精确模拟仍面临很多挑战。通常是在地球模型范围内根据物性用一维褶积方法来模拟地震数据。然而这个过程一般不考虑地震勘探布局和盖层对地震信号的影响。我们审视了为什么这些因素会制约三维地球模型的有效性,并考虑了为什么需要把盖层和地震勘探布局对三维覆盖和分辨率的影响加进模拟过程之中。我们提出了一种新方法,把建立物性模型和一种新的地震模拟技术结合起来,给出一个工作流程;利用这个流程,勘探工作者可以很快模拟出三维的PSDM数据,这些数据加进了盖层和地震勘探布局对覆盖及分辨率的影响。我们利用从远离挪威海岸的一个油田得到的数据,在考虑覆盖和分辨率效应的地震数据模拟之前,对岩石物性做了一些扰动,然后进行地震数据模拟,以此来说明如何可以用这种方法提高三维地球模型的精确性和增进我们对储层的了解。     

基于傅氏变换有限差分的三维波动方程正演模拟并行算法

傅氏变换有限差分(即FFD)混合波场延拓法波动方程正演模拟精度高,但三维FFD因其计算复杂、数据存储巨大而难以推广。这里提出三维FFD一步法正演模拟并行算法,把一个串行的大规模频率循环分割成并行的多个小规模频率循环,并发执行多个波场延拓来提高运算速度,并通过由给定的资源设定并行数,以及适时重排三维数据,大大增强了算法的适应性和时效性。通过对比并行和非并行正演实验,验证了算法的有效性。     

利用特色叠前深度偏移技术消除崎岖海底影响——以珠江口盆地番禺—流花地区应用为例

叠前深度偏移技术可有效地进行复杂构造成像,针对不同的地质条件,需要应用不同的处理技术。针对陆架坡折带崎岖海底造成的地震成像差、构造畸变等问题,选择使用了如下叠前深度偏移技术:通过海平面叠前深度偏移技术得到精确的海底成像;通过约束速度反演、加入断层控制建立初始速度模型;采用百分比扫描速度分析对速度模型进行迭代修改,进而快速得到较为收敛的速度体;在此基础上再采用Kirchhoff积分法进行偏移。在珠江口盆地番禺—流花地区应用上述技术,基本消除了崎岖海底对下伏地层的影响,改善了断层和地层成像,并落实了该地区的构造圈闭。     

Volume rendering visualization of 3D spherical mantle convection with an unstructured mesh

We propose a new approach to utilize the algorithm of hardware-assisted visibility sorting (HAVS) in the 3D volume rendering of spherical mantle convection simulation results over unstructured grid configurations. We will also share our experience in using three different spherical convection codes and then taking full advantages of the enhanced efficiency of visualization techniques, which are based on the HAVS techniques and related transfer functions. The transfer function is a powerful tool designed specifically for editing and exploring large-scale datasets coming from numerical computation for a given environmental setting, and generates hierarchical data structures, which will be used in the future for fast access of GPU visualization facilities. This method will meet the coming urgent needs of real-time visualization of 3D mantle convection, by avoiding the demands of huge amount of I/O space and intensive network traffic over distributed parallel terascale or petascale architecture.     

基于MODFLOW的地下水流模型前处理优化

MODFLOW中现有的降水补给数据和井流数据是基于每个剖分网格输入的,导致基于MODFLOW建立大区域水流数值模型前处理的降水补给文件和井流文件存储开销过大、读取效率低。为此,通过改进现有的降水补给子程序包RCH及开发新的子程序包RAW,给出了一种基于面状补排项的数据输入新方法。改进后的MODFLOW程序通过读取RCH文件或RAW文件中每个分区的补排量数据,以及每个网格对应的分区编号,在程序内部实现了补排量向每个模型网格的分配。RAW子程序包实现了多层面状补排量的表达,可用于面状的地下水开采、农业回灌等源汇项的处理。相对于原始的源汇项数据存储方式,基于新方法建立的华北平原地下水流模型,RCH及RAW文件大小分别减小为原来的1/145和1/255,整个模型数据的读取时间的加速比为7.46。     

基于叠前深度偏移的AVO反演在神狐海域试采区的应用

为了更好地研究神狐海域试采区天然气水合物的展布形态和赋存状况,基于高精度层析速度反演后的叠前深度偏移地震资料进行AVO反演技术研究。为在天然气水合物富集区有效地进行AVO研究,AVO处理前运用叠前深度偏移技术,通过高精度层析反演不断迭代速度模型;然后通过偏移来改善资料的质量,结合实测钻井资料进行AVO正演分析、反演可行性分析、属性交会分析;最后将具有高横向分辨能力的地震资料和高垂向分辨能力的测井资料与地质相结合进行叠前同时反演。该方法可反演出纵、横波阻抗等属性,直接进行岩性和流体识别,结果表明,在AVO反演中引入叠前深度偏移技术,为反演提供了较高质量的叠前共反射点道集和精细的层速度模型,改善了AVO技术在试采区的应用效果,提高了反演的可靠性。反演出的各种属性为AVO分析提供了丰富的信息,能够比较准确地反映地下水合物矿体的展布情况,可用于后续水合物储层的分析及综合研究,对未来的水合物勘探开采具有重要的现实意义。     

Reconstruction of Incomplete Data Sets or Images Using Direct Sampling

With increasingly sophisticated acquisition methods, the amount of data available for mapping physical parameters in the geosciences is becoming enormous. If the density of measurements is sufficient, significant non-parametric spatial statistics can be derived from the data. In this context, we propose to use and adapt the Direct Sampling multiple-points simulation method (DS) for the reconstruction of partially informed images. The advantage of the proposed method is that it can accommodate any data disposition and that it can indifferently deal with continuous and categorical variables. The spatial patterns found in the data are mimicked without model inference. Therefore, very few assumptions are required to define the spatial structure of the reconstructed fields, and very limited parameterization is needed to make the proposed approach extremely simple from a user perspective. The different examples shown in this paper give appealing results for the reconstruction of complex 3D geometries from relatively small data sets.     

基于并行预处理算法的三维重力快速反演

随着地球物理设备和探测技术的不断发展,快速处理大规模地球物理数据的需求也随之增长。为了解决三维重力数据密度反演的耗时问题,提出一种并行的预处理共轭梯度算法来提高计算效率。本文分别采用两种不同的预处理算子通过组合模型数据反演进行测试比较,并利用迭代残差和计算用时共同评价其加速效果。结果表明：对称逐次超松弛预处理方法比对角预处理方法反演计算速度快,密度结果更贴近实际模型;与传统串行的共轭梯度算法相比,本文并行预处理快速算法可以获得近19倍的加速比。将该算法应用于美国Vinton盐丘的实测重力数据中,反演结果能够很好地圈定出岩体的位置,验证了本文并行预处理共轭梯度法在三维重力数据快速反演中的高效性和可行性。