[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用GPU提高波場(chǎng)延拓計(jì)算效率的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210315284.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103675895A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔祥寧;張慧宇;段心標(biāo);徐兆濤;張兵;孫武亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 分類(lèi)號(hào): G01V1/28
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專(zhuān)利事務(wù)所 11218
• 代理人: 郭韞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地震資料處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用GPU提高波場(chǎng)延拓計(jì)算效率的方法。

背景技術(shù)

波動(dòng)方程疊前深度偏移最核心的工作是地震波場(chǎng)的深度外推。深度外推過(guò)程必須依賴(lài)于波場(chǎng)外推算子，而波場(chǎng)外推算子實(shí)質(zhì)上是求解單向波動(dòng)方程。單炮道集波動(dòng)方程疊前深度偏移成像要分別對(duì)炮點(diǎn)波場(chǎng)和檢波點(diǎn)波場(chǎng)進(jìn)行下行波和上行波外推，利用激發(fā)時(shí)間成像條件提取每一外推層的成像值。

波動(dòng)方程疊前深度偏移成像計(jì)算是以單炮為一個(gè)計(jì)算單元，單炮的波場(chǎng)延拓，每外推一步，需要兩次二維傅里葉正變換，一次相移，兩次二維傅里葉反變換，一次時(shí)移，其中二維傅里葉變換計(jì)算量最大，因此需要提高其計(jì)算效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種利用GPU提高波場(chǎng)延拓計(jì)算效率的方法，根據(jù)GPU(Graphic?Processing?Unit圖形處理器)的計(jì)算特點(diǎn)，應(yīng)用CUDA(Compute?Unified?Device?Architecture，統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu))提供的傅里葉變換函數(shù)，有效的提高單程波動(dòng)方程疊前深度偏移成像的計(jì)算效率，縮短單程波動(dòng)方程疊前深度偏移成像的處理周期，快速地進(jìn)行波場(chǎng)延拓計(jì)算，提高波場(chǎng)延拓的計(jì)算效率，提高炮域疊前深度偏移的效率。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用GPU提高波場(chǎng)延拓計(jì)算效率的方法，所述方法首先擴(kuò)大震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格，然后利用GPU進(jìn)行多線程并行計(jì)算，并應(yīng)用CUDA提供的二維傅里葉變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)波場(chǎng)延拓。

所述方法包括以下步驟：

(1)擴(kuò)大震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格得到處理后的震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)；

(2)應(yīng)用裂步傅里葉法(SSF)對(duì)所述處理后的震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)進(jìn)行波場(chǎng)延拓；

(3)設(shè)延拓深度iz＝1；

(4)利用CUDA提供的二維傅里葉變換函數(shù)對(duì)震源波場(chǎng)進(jìn)行二維正傅里葉變換；

(5)利用CUDA提供的二維傅里葉變換函數(shù)對(duì)記錄波場(chǎng)進(jìn)行二維正傅里葉變換；

(6)參考速度場(chǎng)的相移計(jì)算：利用步驟用(4)和步驟(5)的結(jié)果進(jìn)行相移計(jì)算，參考速度場(chǎng)是平均速度，即輸入速度場(chǎng)的平均值(請(qǐng)參考Stoffa?P?L.Split-step?Fourier?migration.Geophysics，1990，55(2)；410～421)；

(7)利用CUDA提供的二維傅里葉變換函數(shù)對(duì)震源波場(chǎng)進(jìn)行二維反傅里葉變換；

(8)利用CUDA提供的二維傅里葉變換函數(shù)對(duì)記錄波場(chǎng)進(jìn)行二維反傅里葉變換；

(9)擾動(dòng)速度場(chǎng)的波場(chǎng)計(jì)算與相關(guān)成像：利用步驟(7)和步驟(8)的結(jié)果進(jìn)行相移計(jì)算，擾動(dòng)速度場(chǎng)是輸入速度場(chǎng)與參考速度場(chǎng)的差值(請(qǐng)參考Stoffa?P?L.Split-step?Fourier?migration.Geophysics，1990，55(2)；410～421)；

(10)判斷iz+1是否大于NZ，所述NZ＝延拓深度/延拓步長(zhǎng)，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟(11)，如果否，則返回步驟(4)；

(11)結(jié)束。

所述步驟(1)是這樣實(shí)現(xiàn)的：對(duì)震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)的長(zhǎng)度進(jìn)行鑲邊處理，即當(dāng)震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)的長(zhǎng)度小于1000時(shí)，將其長(zhǎng)度鑲邊處理為128的倍數(shù)，對(duì)于不足的數(shù)據(jù)處填充零；當(dāng)震源波場(chǎng)和記錄波場(chǎng)的長(zhǎng)度大于1000而小于2048時(shí)，將其長(zhǎng)度鑲邊處理成256的倍數(shù)，對(duì)于不足的數(shù)據(jù)處填充零。

所述步驟(2)至(11)都是在GPU上進(jìn)行的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單實(shí)用且效率高，利用本發(fā)明得到的成像效果與CPU單程波動(dòng)方程疊前深度偏移得到的成像效果一致，但是計(jì)算效率提高了30倍以上。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法的波場(chǎng)延拓的示意圖。

圖2是本發(fā)明方法的GPU運(yùn)算的流程圖。

圖3-1是本發(fā)明方法實(shí)施例中利用CPU計(jì)算得到的鹽丘模型偏移剖面。

圖3-2是本發(fā)明方法實(shí)施例中利用GPU計(jì)算得到的鹽丘模型偏移剖面。

圖4-1是本發(fā)明方法實(shí)施例中利用CPU計(jì)算得到的負(fù)向構(gòu)造偏移剖面。

圖4-2是本發(fā)明方法實(shí)施例中利用GPU計(jì)算得到的負(fù)向構(gòu)造偏移剖面。

圖5是利用CPU和GPU進(jìn)行波場(chǎng)延拓的計(jì)算效率對(duì)比圖。

圖6是本發(fā)明方法的波場(chǎng)延拓的程序框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：