[發(fā)明專(zhuān)利]一種海量數(shù)據(jù)GPU波動(dòng)方程逆時(shí)偏移成像方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110443697.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102565854A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 高萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海量數(shù)據(jù)GPU波動(dòng)方程逆時(shí)偏移成像方法，應(yīng)用于石油勘探、天然氣勘探、煤田勘探、礦產(chǎn)勘探等方面，屬于地震勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著油氣田勘探程度的不斷深化，鹽下油氣藏勘探日益受到關(guān)注。采用傳統(tǒng)的偏移方法無(wú)法圈定鹽丘邊界并對(duì)鹽下構(gòu)造進(jìn)行成像，逆時(shí)偏移(RTM)采用雙程波動(dòng)方程，可以精確地描述波的傳播過(guò)程，利用多次波、回轉(zhuǎn)波等對(duì)陡傾角及反轉(zhuǎn)構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確成像，應(yīng)用目前有限的偏移方法進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造成像。

逆時(shí)偏移技術(shù)作為復(fù)雜條件地震成像難題的解決方案，可以在遇到復(fù)雜險(xiǎn)峻傾斜的反射面例如鹽丘側(cè)翼構(gòu)造時(shí)，克服目前偏移方法的局限性，能夠使大于70度的傾斜構(gòu)造準(zhǔn)確成像。逆時(shí)偏移技術(shù)采用雙程聲波波動(dòng)方程，能夠使用偏移校正包括垂直傾斜在內(nèi)的所有地質(zhì)傾斜，還可以實(shí)現(xiàn)傾斜構(gòu)造的成像并保持振幅不變。逆時(shí)偏移提供的是一種可供選擇的偏移方法：可在數(shù)據(jù)采集之后運(yùn)行逆時(shí)偏移，選用適當(dāng)?shù)牟▓?chǎng)通過(guò)包括鹽下、構(gòu)造傾角大于70度等復(fù)雜的速度區(qū)域，以及在邊界可能產(chǎn)生復(fù)雜的多次反射區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確成像。

逆時(shí)偏移方法是通過(guò)雙程波波動(dòng)方程在時(shí)間域上對(duì)人工給予的震源子波正向傳播和接受到的地震資料進(jìn)行反向傳播，結(jié)合成像條件實(shí)現(xiàn)偏移(Claerbout，1971)。由于逆時(shí)偏移需在同時(shí)計(jì)算震源正向傳播和地震資料的反向傳播過(guò)程中各個(gè)時(shí)刻的波場(chǎng)，因其各自時(shí)間的延拓方向不同，而致使實(shí)際應(yīng)用中必須存儲(chǔ)其中一個(gè)方向的傳播過(guò)程，這需要甚大額外存儲(chǔ)空間。并且如今的地震資料采集已經(jīng)發(fā)展到了三維甚至四維，其數(shù)據(jù)量更是十分龐大，已經(jīng)達(dá)到TB級(jí)甚至10TB級(jí)的疊前單炮數(shù)據(jù)。如此龐大的數(shù)據(jù)的IO時(shí)間將成為逆時(shí)偏移在推向海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用時(shí)不可回避的困難。例如，計(jì)算周期過(guò)長(zhǎng)、容錯(cuò)能力弱、不易反復(fù)試驗(yàn)等問(wèn)題。

另一方面，相較于單程波方程的波場(chǎng)延拓而言，逆時(shí)偏移運(yùn)用的是雙程波波動(dòng)方程進(jìn)行波場(chǎng)延拓，因其避免了上下行波的分離處理，因而成為最準(zhǔn)確的成像算法，且不受傾角的限制，并能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)波和多次波成像。正基于此，地球物理學(xué)家從來(lái)沒(méi)有放棄過(guò)對(duì)推進(jìn)逆時(shí)偏移的追求。

GPU英文全稱Graphic?Processing?Unit，中文翻譯為“圖形處理器”，是從CPU(中央處理器)衍生出來(lái)的的一個(gè)概念，它是顯卡的心臟，和顯卡板載內(nèi)存成為一個(gè)子系統(tǒng)，共同決定PC系統(tǒng)的圖形處理性能。圖形處理器(GPU)用于通用計(jì)算(GPGPU)及其相關(guān)方面的問(wèn)題目前已成為一個(gè)熱門(mén)話題。GPU專(zhuān)為圖像處理設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)二維的分段存儲(chǔ)空間，包括一個(gè)區(qū)段號(hào)(從中讀取圖像)和二維地址(圖像中的X、Y坐標(biāo))。此外，沒(méi)有任何間接寫(xiě)指令。輸出寫(xiě)地址由光柵處理器確定，而且不能由程序改變。這對(duì)于自然分布在存儲(chǔ)器之中的算法而言是極大的挑戰(zhàn)，存儲(chǔ)器的訪問(wèn)效率是算法效率的關(guān)鍵問(wèn)題所在。不同碎片的處理過(guò)程間不允許通信是一個(gè)SIMD數(shù)據(jù)并行執(zhí)行單元，在所有碎片中獨(dú)立執(zhí)行代碼。類(lèi)似CUDA和OpenCL這樣的高級(jí)編程語(yǔ)言的問(wèn)世使編程新手也能夠掌握GPU的計(jì)算性能優(yōu)勢(shì)。

利用GPU實(shí)現(xiàn)三維逆時(shí)偏移目前比較流行的方法是采用隨機(jī)邊界條件以計(jì)算換存儲(chǔ)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法是利用了波場(chǎng)計(jì)算的可逆性的特點(diǎn)將邊界反射隨機(jī)化。但是這種方法會(huì)引入邊界隨機(jī)反射噪音在成像質(zhì)量上難以上升。另外，若采用吸收邊界條件則會(huì)由于存儲(chǔ)的不連續(xù)性而大大降低GPU的實(shí)際計(jì)算效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種海量數(shù)據(jù)GPU波動(dòng)方程逆時(shí)偏移成像方法，不僅克服了傳統(tǒng)的逆時(shí)偏移方法在處理海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用時(shí)不可回避的困難，如計(jì)算周期過(guò)長(zhǎng)、容錯(cuò)能力弱、不易反復(fù)試驗(yàn)等問(wèn)題，并且也克服了近些年新興起的利用GPU采用隨機(jī)邊界條件以計(jì)算換存儲(chǔ)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)三維逆時(shí)偏移所導(dǎo)致成像質(zhì)量差、計(jì)算效率低的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種海量數(shù)據(jù)GPU波動(dòng)方程逆時(shí)偏移成像方法，逆時(shí)偏移的整體步驟包括三個(gè)模塊，數(shù)據(jù)分配模塊、逆時(shí)偏移模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)合并模塊，所述數(shù)據(jù)分配模塊將單炮數(shù)據(jù)分配給不同的GPU節(jié)點(diǎn)，所述逆時(shí)偏移模塊將單炮數(shù)據(jù)計(jì)算成像并輸出成像文件，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)合并模塊對(duì)成像文件實(shí)時(shí)掃描，并統(tǒng)計(jì)分類(lèi)，計(jì)算用戶所需要的信息文件個(gè)數(shù)和大小，以百分比的形式通知用戶需要多少時(shí)間完成數(shù)據(jù)合并，通過(guò)此方法，計(jì)算密集的波場(chǎng)傳播、邊界條件和成像部分實(shí)現(xiàn)了借助GPU并行計(jì)算。