201206大规模三维地震数据kirchhoff+叠前深度偏移及其并行实现(石油地球物理勘探)new

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1、２０１２年６月第４７卷第３期·处理技术·文章编号：１０００７２１０（２０１２）０３０４０４０７大规模三维地震数据犓犻狉犮犺犺狅犳犳叠前深度偏移及其并行实现王华忠①刘少勇①孔祥宁②蔡杰雄①②方伍宝②（①同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室，上海２０００９２；②中国石化石油物探技术研究院，江苏南京２１００１４）王华忠，刘少勇，孔祥宁，蔡杰雄，方伍宝．大规模三维地震数据犓犻狉犮犺犺狅犳犳叠前深度偏移及其并行实现．石油地球物理勘探，２０１２，４７（３）：４０４～４１０摘要本文提出了基于共炮检距数据体

2、的适用于大规模三维地震数据体的Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ叠前深度偏移（ＰＳＤＭ）并行实现方案。其基本思路为：①利用任意介质中的动态规划法三维旅行时计算方法提供旅行时场；②按照炮检距组织数据；③根据机器物理内存大小分配成像深度段；④对共炮检距数据分深度段进行基于消息传递接口（ＭＰＩ）的进程并行处理；⑤对单进程作业进一步利用ＯｐｅｎＭｐ并行同时实现多个单道的成像处理。此方案可充分利用节点内存，减少数据输入／输出（Ｉ／Ｏ）量。该方案是将单个炮检距的某个深度段的成像空间和需要的所有炮的对应深度段的旅行时场调入内存中，每一深度层

3、的成像均在内存中进行，而且Ｉｎｌｉｎｅ和Ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ方向的偏移孔径可以自适应地根据偏移速度和成像深度进行选择，并采用空变反假频技术，可较大地提高成像精度。成像结果按体偏移形式输出，同时也可以输出成像道集。该方案在内存利用、数据Ｉ／Ｏ量和计算效率上达到最佳平衡。并行方式充分采用ＭＰＩ＋ＯｐｅｎＭｐ混合编程模式，可高效、高精度地处理大规模三维地震数据。理论和实际数据的偏移成像结果均证明了本文方案的正确性和高效性。关键词大规模地震数据体Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ叠前深度偏移三维旅行时计算并行策略中图分类号：Ｐ６３１文献

4、标识码：Ａ［４］Ｇｒａｙ使用一种空变频率选择的积分算子压［５］１引言制偏移算子的假频；Ｚｈａｎｇ等讨论过积分法的振幅加权的理论表达，但不适用于变速介质；Ｈｅｒｔ［１］［６］２０世纪７０年代Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ的经典论文奠定了ｗｅｃｋ等分析了偏移孔径对成像结果的影响；王华［７］Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分偏移的理论基础。从２０世纪９０年忠等提出时间偏移的自适应孔径选择问题；Ｇｒａｙ代初到现在，Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ叠前深度偏移在学术界受到［８］等使用差分法求解程函方程进行Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移，［２，３］特别关注，且在工业

5、界得到广泛应用。然而，指出了用解程函方程的方法计算旅行时（不需要插三维ＫｉｒｃｈｈｏｆｆＰＳＤＭ的完美实现还存在很多问题，［９］值）比传统射线追踪更具有优势；王华忠等提譬如反假频问题、加权算子的计算问题、偏移孔径的出的适合介质速度任意横向变化的三维旅行时计算选择问题等。旅行时计算方式是既影响成像质量又方法是解决ＫｉｒｃｈｈｏｆｆＰＳＤＭ中旅行时计算的较好制约成像效率的重要因素，Ｉ／Ｏ方式及并行模式是方法。影响工业界大规模地震数据叠前深度偏移实用化的在前人研究的基础上，本文提出了一种适合大核心问题。当前如何利用分

6、布式并行计算机集群实规模三维地震数据的ＫｉｒｃｈｈｏｆｆＰＳＤＭ的并行实现现对大规模地震数据体的三维ＫｉｒｃｈｈｏｆｆＰＳＤＭ，并方案，并重点讨论自适应偏移孔径的选择问题和提达到计算效率、数据Ｉ／Ｏ效率和计算精度的最佳高数据Ｉ／Ｏ效率及并行计算效率问题，这两个问题化，依然是一项很有挑战性的工作。对ＫｉｒｃｈｈｏｆｆＰＳＤＭ的实际应用具用有重要意义。上海市同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室，２０００９２。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｓｙ１９８５＠１２６．ｃｏｍ。本文于２０１１年１０月１９日收到，最终修改稿于

7、２０１２年３月８日收到。本文研究由国家高技术研究发展“８６３”计划项目（２００６ＡＡ０９Ｚ３２３）和国家重点基础研究发展“９７３”计划项目（２００６ＣＢ２０２４０２）联合资助。第４７卷第３期王华忠等：大规模三维地震数据Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ叠前深度偏移及其并行实现４０５对于自适应偏移孔径的选择问题，本文采用快速扫后的场作为成像结果就实现了Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移成像。描方法找到反射波对应的等时面，用等时面的范围显然，Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ偏移实现了绕射波的叠加。因此，来决定偏移孔径的大小。鉴于积分法ＰＳＤＭ单道［１］Ｋｉ

8、ｒｃｈｈｏｆｆ偏移成像公式为处理的实现方案比波动方程ＰＳＤＭ的实现更为灵１ｃｏｓθ犝（狓，狋）犐（狉，狋＝０）＝－ｄ犃０［０＋活，其主要问题是如何实现数据Ｉ／Ｏ和计算设备的２π∫犚犞狋较好匹配，其中数据包括旅行时场数据和地震数据犞犝（狓，狋０）］（２）犚犚狋＝狋＋两部分。本文对旅行时场采用一次读入一个深度段０犞其中：犃为地表处炮点和检波点的分布范围；θ是０（深度段数根据内存大小来定