[發明專利]一種跨節點并行的三維起伏地表聲波正演模擬方法

有效

• 申請號: 201610768430.7
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN106646593B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 孟祥飛;章曉;魏小強;馬慶珍;劉光明;夏梓峻;馮景華
• 申請（專利權）人: 國家超級計算天津中心
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 王曉明

本發明涉及地球物理勘探技術領域，尤其是一種跨節點并行的三維起伏地表聲波正演模擬方法，包括以下步驟，將模型網格沿著內存中最慢的維度劃分成不同的區域，不同的MPI進程處理不同區域內的計算；在每一步的時間推進時，首先由各個節點發起非阻塞點對點通信的請求，以供相鄰的MPI進程交換區域邊界的波場數據；每個進程在非阻塞通信請求返回后，立即開始進行PML區域的計算，其中涉及的三維空間循環采用OpenMP實現多線程并行計算；本發明的方法采用了非阻塞通信實現數據交換，利用計算掩蓋通信延遲，達到比較高的并行效率。

技術領域

本發明涉及地球物理勘探技術領域，尤其是一種跨節點并行的三維起伏地表聲波正演模擬方法。

背景技術

地震勘探是首先利用人工的方法引起地殼振動，然后利用地震波從地下地層界面反射回來的旅行時間和波形變化的信息，推斷地下的地層構造和巖性的一種方法。經典的地震勘探理論往往假設地表是水平的，基于這種近似假設的地震數據處理和偏移成像技術，在很多符合近似條件的地區得到了非常好的應用。隨著地震勘探技術的不斷發展，油氣地震勘探的重點正轉向起伏地表條件和復雜地質條件的區域。這些地區地表起伏大、地下構造復雜，并不符合水平地表的近似假設。因此，研究起伏地表條件下的偏移成像技術具有重要的意義。目前主流的偏移成像技術有Kirchhoff偏移、單程波深度偏移、逆時偏移等。其中逆時偏移由于直接求解雙程波方程，利用了全部的波場信息，是最為精確的成像方法，其核心算法就是地震正演模擬算法。

隨著野外地震數據采集技術的發展，地震數據的數據量越來越大，使得油氣勘探對高性能計算環境的內存需求和數據處理應用軟件的性能需求日益增長，尤其是以逆時偏移和全波形反演為代表的基于波動方程的處理技術的應用，更是對地震正、反演算法的跨節點并行方案設計提出了極大的挑戰。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明提供一種跨節點并行的三維起伏地表聲波正演模擬方法，在節點內部采用基于共享內存的并行結構，以避免啟動多個MPI進程造成的額外開銷，并且減少節點內不必要的進程間通信開銷。在節點間，本發明的方法采用了非阻塞通信實現數據交換，利用計算掩蓋通信延遲，達到比較高的并行效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種跨節點并行的三維起伏地表聲波正演模擬方法，包括以下步驟：

(1)將模型網格沿著內存中最慢的維度劃分成不同的區域，不同的MPI進程處理不同區域內的計算。

(2)在每一步的時間推進時，首先由各個節點發起非阻塞點對點通信的請求，以供相鄰的MPI進程交換區域邊界的波場數據。

(3)每個進程在非阻塞通信請求返回后，立即開始進行PML區域的計算，其中涉及的三維空間循環采用OpenMP實現多線程并行計算，該步驟的具體實現為：

1.首先利用高階中心差分格式計算：

例如4階的中心差分格式為：

2.更新θ_xu

3.更新η_xu

4.更新ψ_xu

5.計算偏導數

此時，數據通信和吸收邊界的計算同時進行，這樣每個進程進行密集的計算任務來掩蓋通信的延遲，以提高多節點的并行效率。

(4)每個進程等待數據通信完成后，利用高階中心差分格式計算空間偏導數的近似值