基于GPU并行计算的时间域弹性波全波形反演方法研究

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1、中图分类号：P631.4单位代码：11414学号：2012215132题目基于GPU并行计算的时间域弹性域弹性波动方程全波形反演波全波形反演方法研究学科专业地球探测与信息技术研究方向地球物理勘探硕士生张光超指导教师周辉教授入学时间：2012年9月论文完成时间：2016年5月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料，己在论文中。对本研究做出贡献的

2、个人和集体均做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应贵任。作者签名：日期：（ｊ导师签名＝日期：丄＜硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版：允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文：可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。，。本学位论文属于保密范围，保密期限ｉ

3、年解密后适用本授权书本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意一，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。作者签名；日期：）〇ｌ《．ｋＪ＾ｂ－导师签名：：日期十摘要摘要地震数据全波形反演作为一种可以充分利用地震波信息的反演方法，其反演结果具有较高的分辨率；同时，对于复杂地下构造及岩性信息，全波形反演具有其他反演方法无法比拟的潜力优势。时间域弹性波全波形反演作为一种高度非线性反演方法，通过求取由实测地震数据与模拟地震数据残差而建立的目标泛函的极小值来获取地下真实地质模型。本文从全波形反演方法的研究现状入手，以声波方程、弹性

4、波方程为例，分别对交错网格有限差分方法和完美匹配层（PML）边界条件进行了研究。采用Lagrange乘子法推导出一阶速度—应力弹性波动方程的伴随方程，并采用共轭梯度法进行了迭代反演试算。鉴于目标泛函在梯度类算法的迭代过程中容易陷入局部极小值的问题，本文对时间域多尺度反演方法进行了研究和试算，得到令人满意的结果。最后，由于全波形反演需要海量的运算和存储，本文分别对基于CUDA平台的GPU并行计算方法以及有效边界存储方法进行研究以提高反演的效率。关键词：全波形反演；弹性波；GPU并行；有效边界存储；多尺度-II-ABSTRACTTime-domainElasticFullWav

5、eformInversionwithGPUParallelComputingABSTRACTAsaneffectivemethod,fullwaveforminversionwithahighresolution,highsignalratioandhighfidelityresultcantakeadvantageofseismicwaveinformation.Atthesametime,thepotentialadvantagesoffullwaveforminversionaremoreevidentthanothermethodswhenappliedtotheu

6、ndergroundmediawithcomplexstructureandlithology.Elasticwaveequationinversioninthetimedomain,asahighlynonlinearinversionmethod,obtainstheparametersofsubsurfacemediumbycalculatingtheminimumoftheobjectivefunctionwhichisbuiltbytheresidualsbetweentheobservedandsimulatedseismicdata.Thispaperstar

7、tswiththereserchstatusoffullwaveforminversioninvestigatingthefinitedifferencemethodandtheperfectmatchinglayer(PML)boundaryconditionsforacousticwaveequationandelasticwaveequation.Then,weuseLagrangemultipliertoderivetheadjointequationofthefirst-ordervelocity-str