GeoEast-Lightning波动方程叠前深度偏移处理系统

波动方程叠前深度偏移是油气勘探中复杂构造成像的核心技术之一。中国石油东方地球物理公司自主研发的GeoEast-Lightning波动方程叠前深度偏移软件包括单程波、逆时偏移(RTM)叠前深度偏移成像技术,该软件成像精度高,运行效率快,界面友好、操作灵活,可在GPU-CPU异构集群上成功实现高效运算。本文主要介绍GeoEast-Lightning软件的功能和特色技术,并通过实例展示软件的应用效果。     

波动方程叠前深度偏移技术及其应用

简要介绍了波动方程叠前深度偏移技术的发展趋势,讨论了P道集波动方程速度分析技术,推导出了共方位角波动方程叠前深度偏移方法的计算公式。利用上述技术和方法,借助国产神威I型机,完成了埕北地区130km2三维地震资料的叠前深度偏移,实现了共方位角波动方程偏移算子的并行运算,并行效率达到了线性加速。偏移结果表明,此方法能有效改善地震数据的成象精度,适用于构造复杂地区。     

Kirchhoff叠前时间偏移的GPU移植与性能优化技术

叠前时间偏移在工业生产中发挥着极其重要的作用,为了提高该算法的计算效率,开展了基于GPU异构计算平台的算法移植与优化。首先根据积分法偏移的算法特点制定了偏移距域的多进程数据域并行以及IO与计算异步并行总体并行策略;然后为了提高偏移核心计算部分在GPU上的计算效率,对偏移计算核在GPU上的并行方案进行了分析,选择了成像域超大规模线程并行方案对算法进行了移植和优化,并对不同优化手段在不同GPU硬件平台下获得的性能加速进行了对比测试;最后利用大规模计算节点及大规模地震数据体进行了移植后算法的应用测试,并对算法的计算效率、可扩展性以及精度误差进行了分析。大规模应用测试表明,积分法叠前时间偏移经过GPU移植后可获得较CPU平台近7倍的性能提升,具有很好的工业应用价值。     

波动方程叠前深度偏移并行计算及其应用效果

简要介绍了波动方程叠前深度偏移技术的发展趋势，讨论了P道集波动方程速度分析技术，给出了共方位角波动方程叠前深度偏移方法的计算公式。利用以上技术和方法，借助国产神威I型机，完成了CB30地区130km2的三维地震资料的叠前深度偏移，实现了共方位角波动方程偏移算子的并行运算，并行效率达到98%以上。偏移结果表明，此方法能有效地改善地震数据的成像精度,适用于构造复杂地区。     

基于CPU+GPU联合计算真地表叠前时间偏移实用化研究

为了提高起伏地表条件下的基尔霍夫叠前时间偏移算法的计算效率,针对CPU+GPU异构计算平台开展了算法移植与优化研究。首先分析了起伏地表条件下提高偏移成像精度的反假频、弯曲射线旅行时计算以及真地表旅行时校正的处理方法,然后在对算法的并行计算特征进行分析的基础上,针对CPU+GPU异构平台的算法移植进行了多级并行联合计算架构的设计,通过炮检距域的多进程数据域并行、地震数据I/O与偏移计算的异步并行、基于CUDA的超大规模线程成像域并行以及联合CPU计算的多线程成像域并行技术对算法进行了移植及优化。利用大规模测试数据集进行了计算效率测试,测试结果验证了多级并行联合计算架构以及分别针对CPU和GPU平台的算法优化技术能够极大地提高偏移处理效率。     

波动方程叠前深度偏移成像软件系统的研制及应用

基于波动方程的叠前深度偏移成像技术可以将叠前深度偏移技术的应用领域从复杂构造成像扩大到复杂地质条件下的岩性地层成像。研制开发了波动方程叠前深度偏移成像软件系统，该系统包含工区管理、数据管理、偏移速度分析、构造建模、2D／3D地震速度建模、地震偏移成像、三维可视化、辅助计算等一系列功能模块；具有独特的速度建模、叠前深度偏移成像、高效并行计算、三维可视化和性能优化等特色技术。对该软件系统进行了SEG／EAGE3D盐丘模型数据测试，在所获得的成像剖面上盐丘边界和断层清晰。将该软件应用于实际地震资料的处理，河南油田泌阳凹陷的高陡构造、胜利油田的古潜山内幕都得到了很好的成像。     

起伏地表叠前逆时深度偏移与并行实现

本文系统讨论了逆时偏移中常用的波动方程求解方法,并简述了其各自的特点和优势。文中提出用逆时偏移实现基于起伏地表的波动方程叠前深度偏移,理论模型数据的试算结果与单程波方程和Kirchhoff积分方法结果进行对比,展示了逆时偏移的优越性。自行研发的基于CPU/GPU平台的并行软件,推动了逆时偏移算法实用化的运行,在应用中取得了良好效果。     

基于MPI和CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行计算

转换波Kirchhoff叠前时间偏移可以实现全空间三维转换波资料的准确成像。但转换波叠前偏移数据量巨大,而且需偏移迭代多次来寻找匹配的偏移速度模型,导致偏移处理周期长、效率低,限制了转换波偏移技术在生产上的应用规模。目前解决海量运算问题的方法主要是应用CPU集群来提高计算效率,但集群存在成本高、功耗大、占用空间大、维护成本高等缺点。给出了一种基于MPI(Message Passing Interface)和CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行算法,将细粒度线程级的GPU(Graphic Processing Unit)并行计算融入粗粒度进程级MPI并行编程模型。利用实际转换波数据分别在CPU(单核)、GPU(单卡)、MPI和GPU(2个节点)测试平台上对算法性能进行了测试,结果表明,MPI和GPU(2个节点)的计算速度是CPU(单核)的近400倍,可以大幅度提高转换波Kirchhoff叠前时间偏移的计算效率,降低计算成本。     

基于CUDA的转换波Kirchhoff叠前时间偏移算法研究及实现

转换波叠前时间偏移计算量巨大、耗费时间长,影响了多波多分量地震数据的处理效率,也限制了转换波技术在生产上的应用规模。目前转换波叠前时间偏移主要采取CPU集群计算方式,但CPU集群存在功耗大、占用空间大和维护成本高等缺点,为缩短偏移计算耗时和降低计算成本,本文提出一种基于CUDA技术的转换波Kirchhoff叠前时间偏移并行算法。应用理论数据和实际转换波数据在CPU和GPU测试平台对算法进行了对比验证和性能分析,确认GPU并行算法计算速度可提高上百倍,是一种高效、低成本的方法。     

叠前深度偏移中的旅行时并行计算技术

旅行时计算技术是基于波动方程叠前深度偏移方法的核心内容，射线跟踪的数值计算精度和效率直接影响着介质成像质量和实用化。基于三维射线跟踪的微变网络方法和波前重建思路，提出一种适用于三维复杂介质地震波走时的快速算法。但它所需计算量巨大。采用并行计算技术，设计出基于“任务缓冲池”的动态负载平衡策略，在现有的分布式计算机上，实现了三维射线追踪和叠前深度偏移的并行计算。     

基于起伏地表的合成炮叠前深度偏移

 大量实践表明，基于起伏地表的叠前深度偏移方法要比常规波动方程叠前深度偏移方法的精度高。为了进一步提高叠前深度算法的精度和效率，本文介绍一种基于起伏地表的合成炮叠前深度偏移方法，其基本思路是采用相位编码方法产生合成炮，实现多炮叠前深度偏移，提高了计算效率；用波动方程波场延拓取代浅地表的高程静校正，提高了偏移成像精度。文中给出了基于起伏地表合成炮叠前深度偏移的统一算法和实现步骤。对Marmous模型和山峰形模型的试算及对四川山地实际地震资料处理的结果均表明：本文所述方法运算速度快、成像精度高；只是在合成炮叠前深度偏移剖面上还残留少量由波场合成产生的互相关噪声。     

基于优化系数的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移

为了提高复杂高陡构造区成像精度,提出了基于系数优化的混合域Fourier有限差分叠前深度偏移方法,该方法利用padé近似的有理函数对波场外推算子进行展开,然后利用切比雪夫多项式优化展开式系数,推导得到新的波场外推算子,降低了与波动方程精确波场外推算子的相对误差,提高了对波场外推算子的逼近程度,且在保证计算效率的同时提高了高陡构造区地震偏移成像的精度。对比改进后的混合域Fourier有限差分偏移方法与常规的傅里叶有限差分偏移方法(FFD)对Marmousi模型偏移剖面的成像效果,系数优化后的混合域Fourier有限差分偏移方法具有更高的成像精度。     

波动方程叠前深度偏移PC集群并行计算技术

波动方程三维叠前深度偏移研究，是近年来国内外油气科研服务公司的研究焦点，运用PC集群式并行机结构的软硬件特点，进行波动方程叠前深度偏移，成为加速其庞大计算量的有效工具。本文基于地震波场成像基本算法的内在并行性，结合PC集群并行机的软硬件特点，提出2种算法处理流程对策，获得以较低的资金投入，而成功地实现了工业化生产规模的应用效果。并给出大庆油田兴城北地区60km^2三维地震资料处理的算例。结果表明，算法流程实用性能良好，具有较高的加速比，良好的扩展性及适应性。     

山前带地震数据的波动方程叠前深度偏移方法

作为复杂介质中最精确的地震波成像技术，波动方程叠前深度偏移在山前带复杂构造成像中大有可为，但该方法对速度误差非常敏感，抗噪能力较差，其成败取决于叠前去噪、表层速度结构反演和偏移速度分析的有效性，要使山前带地震勘探取得更大突破，就需改善单程波动方程深度偏移对高陡、倒转界面的成像精度，研究出可提高初至层析分辨率的新方法以及自地表开始的偏移速度建模方法。基于广角隐式有限差分单程波传播算子与波场“逐步累加”技术，研制了直接自起伏地表进行波场延拓与成像的叠前深度偏移算法。SEG山前逆掩推覆构造模型偏移试验表明，该算法具有很高的精度；川西龙门山实际宽线地震资料成像的试处理结果，也展示了该方法相对于叠后深度偏移的优势。研究还表明，面向地质目标优化地震波照明与接收效果也是需要重视的问题。     

非水平观测面有限差分法叠前波动方程基准面校正

当地表高程变化剧烈、地表一致性假设又不成立时,波动方程基准面校正处理被认为是对于常规高程其准面校正的必要替代。本文针对实际中经常出现的观测面剧烈起伏的情况,在波场外推计算中以“逐步－累加”的方式延拓波场,实现了基于非水平观测面的有限差分法波动方程基准面校正。由于应用了改进的优化系数有限差分外推算子,在保证计算精度的基础上,提高了计算效率。在精确地消除了长波长静校正量的同时,短波长静校正量也得到了一定的校正。在理论模型和实测数据上,该方法均取得了理想效果,为使用差分算子实现其于非水平观测面的波动方程叠前基准面校正甚至波动方程叠前深度偏移提供了一条有效的途径。     

保幅型裂步傅里叶叠前深度偏移方法探讨

利用地震资料进行岩性分析,要求叠前深度偏移成像结果不但包含走时信息,还要包含振幅信息。但是应用传统的单程波方程偏移算子只能得到地震波的运动学特征,无法得出其动力学特征。裂步傅里叶叠前深度偏移方法是基于单程波方程的一种快速稳定的叠前深度偏移方法,它遵循速度场分裂的思想,分别通过频率-波数域的相移处理和频率2空间域的时移处理来实现。但是传统单程波方程在保幅性方面的缺陷制约了该方法在岩性成像中的应用。文中引入了裂步傅里叶保幅偏移算法,分别通过频率2波数域的相移保幅校正算子和频率-空间域的保幅时移校正算子实现了保幅偏移。文中针对Marmousi 模型的炮点照明分析结果及其叠前深度偏移成像结果的对比表明了该方法的正确性和有效性。     

波动方程最优分裂步相移(OSP)偏移方法研究及应用

波动方程叠前深度偏移是复杂构造准确成像的最有效手段，它用可描述波在复杂介质中传播过程的算子来实现波场外推，更适用于复杂介质中波的成像，此外，它还具有保振幅性的优点。波动方程叠前深度偏移的核心问题就是波场外推算子，一般要求算子能适应陡倾角反射的成像和较剧烈的横向速度变化，同时还要有较高的计算效率。介绍了OSP算子的基本原理及特点，并与其他几种偏移方法进行了比较；同时用OSP方法研制的软件在大庆油田进行了实际应用，取得较好的效果，表明该方法具有良好的应用前景。     

叠前时间偏移处理技术及应用

随着计算机技术的迅猛发展,尤其是高性能PC机群的出现,叠前时间偏移处理技术作为常规偏移成像处理手段得到广泛应用,成为改善构造复杂、速度横向变化不大地区地震资料成像效果的一种有效处理手段。目前普遍应用的叠前时间偏移技术主要包括基于波动方程积分解的Kirchhoff积分法和基于波动方程差分解的有限差分法。Kirchhoff积分法虽然计算精度较低,但速度分析快捷,运算效率高,适应能力强,是目前最为常用的方法。实际资料处理结果表明;叠前时间偏移处理技术可明显提高地震资料的成像精度,并可充分利用CRP道集进行AVO反演、叠前波阻抗反演及地震属性的提取。