一种逆时偏移偏移距域共成像点道集提取方法

摘要

本发明提供了一种逆时偏移偏移距域共成像点道集提取方法，属于地震资料成像处理领域。本方法包括：每个计算机节点对炮数据进行逆时偏移处理，获得逆时偏移炮域成像数据体，并将所述该逆时偏移炮域成像数据体存在该计算机节点的本地磁盘上；基于多节点的逆时偏移炮域成像数据的共成像点道集提取。本发明克服了计算机内存无法存放全部共成像点道集数据体的缺陷，又充分利用了计算机可用的内存资源，降低了磁盘I/O操作工作量，并将大量的I/O操作由多个节点分担，实现了逆时偏移偏移距域共成像点道集的高效率提取。

说明书

技术领域

本发明属于地震资料成像处理领域，具体涉及一种逆时偏移偏移距域共成 像点道集提取方法。

背景技术

逆时偏移(Reverse time migration，RTM)基于双程波动方程，兼具积分 法偏移和单程波偏移的优势，可处理复杂构造和剧烈变速介质的成像问题，在 生产中具有广泛的应用价值。基于逆时偏移的共成像点道集可用于切除叠加、 偏移速度分析、AVO分析等。逆时偏移共成像点道集包括两类，角度域共成像点 道集和偏移距域共成像点道集。前者理论先进，精度高，然而需要在偏移中计 算波前方向，大大增大了逆时偏移的计算复杂度和计算量，算法实现较为困难； 后者可由偏移后的炮域成像数据中提取，不必在逆时偏移过程中同步完成，采 用先偏移成像再提取道集的思路，实际生产中更具有可行性和实用性。因此， 逆时偏移的偏移距域共成像点道集应用更为普遍。然而，逆时偏移炮域成像结 果数据量巨大，常规3D工区中该数据量通常可以达到20T以上。提取获得的四 维共成像点道集数据量通常为100G以上，目前工业界常用计算机节点内存一般 不超过64G，无法将大量的四维共成像点道集数据体装入计算机物理内存。现有 技术做法是不依赖于计算机内存，单节点逐道读取磁盘上的海量炮域成像数据， 按照每道炮点坐标、成像点坐标确定对应的成像点和偏移距，从磁盘上共成像 点道集数据体中将该成像点和偏移距的数据读出，对应投影叠加后再将该数据 写入共成像点道集数据体，如此每进行一道炮域成像数据的共成像点道集提取 需要3次磁盘I／O操作。逆时偏移中通常成像深度点数为1000，20T成像数据 体对应约53亿道地震数据，要完成该数据量的偏移距共成像点道集提取需要进 行约159亿次I／O操作，效率非常低，运算非常耗时。这种现有技术很难得到 应用和推广。

发明内容

本发明针对逆时偏移偏移距域共成像点道集提取中I／O操作频繁、运算效 率低的问题，提供一种逆时偏移偏移距域共成像点道集提取方法，针对逆时偏 移炮域成像数据量过大，单节点逐道提取效率低这一问题，采用多节点并行道 集提取的思路；针对计算机内存不足以存放全部道集数据体的问题，采用数据 索引的方式对共成像点道集进行分块提取，充分利用计算机可用内存，实现了 逆时偏移偏移距域共成像点道集的高效率提取。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种逆时偏移偏移距域共成像点道集提取方法，包括：

每个计算机节点对炮数据进行逆时偏移处理，获得逆时偏移炮域成像数据 体，并将所述该逆时偏移炮域成像数据体存在该计算机节点的本地磁盘上；

基于多节点的逆时偏移炮域成像数据的共成像点道集提取。

所述每个计算机节点对炮数据进行逆时偏移处理，获得逆时偏移炮域成像 数据体，并将所述该逆时偏移炮域成像数据体存在该计算机节点的本地磁盘上 是这样实现的：

每个计算机节点在本地磁盘上新建一个存放逆时偏移炮域成像数据体的文 件；

每个计算机节点在进行逆时偏移计算过程中，对每一炮数据采用互相关成 像条件获得该炮的成像结果；

为该炮的成像结果添加道头形成该炮成像数据；

将该炮成像数据写入该计算机节点的本地磁盘上的所述存放逆时偏移炮域 成像数据体的文件中；

所有炮的成像结果构成所述逆时偏移炮域成像数据体。

所述基于多节点的逆时偏移炮域成像数据的共成像点道集提取包括：

(1)MPI初始化，并行程序开始：启动并行模式，为节点分配进程号；

(2)从用户填写的作业卡中读入共成像点道集的提取参数和主节点和每个 从节点的最大使用内存；

(3)主节点在共享磁盘上初始化共成像点道集数据体：写入各道的道头信 息，数值置为零；

(4)按主节点和从节点的最大使用内存对共成像点道集数据体进行分块； 每个从节点对其本地磁盘上的逆时偏移炮域成像数据体创建数据索引，逐道读 取道头信息确定该道数据要投影到的道集位置；

(5)每个从节点按照数据索引逐块提取共成像点道集，各从节点同时工作， 最后得到完整的共成像点道集；

(6)MPI并行结束，程序退出。

所述步骤(4)中所述每个从节点对其本地磁盘上的逆时偏移炮域成像数据 体创建数据索引，逐道读取道头信息确定该道数据要投影到的道集位置是这样 实现的：

读取本地磁盘上的逆时偏移炮域成像数据体中的一道数据的道头信息，获 得炮点坐标和成像点坐标，并按下式计算炮点到成像点的偏移距：

其中表示成像点坐标，表示炮点坐标；

一个共成像点道集数据体有N条线，每条线有M个道集，每个道集有L道； 所述成像点坐标确定该道数据要投影到的共成像点道集数据体的线号和道集 号，偏移距确定该道数据要投影到共成像点道集数据体的道号；

创建数据索引时，所述道集位置包括块号、块内的线号、道集号和道号。

所述步骤(5)是这样实现的：

从第一块开始，每个从节点按照数据索引从其本地磁盘中读取对应第一块 的炮域成像数据，投影叠加到内存中的对应第一块的共成像点道集数据体上； 第一块投影完成后，将各从节点的对应第一块的共成像点道集数据体进行规约 叠加，并由主节点将其写入到共享磁盘中的共成像点道集文件中；如此重复， 完成对各块的处理，得到完整的共成像点道集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于多节点分布式逆时偏 移炮域成像数据，采用多节点并行共成像点道集提取的思路，回避了单节点逐 道提取效率低的问题，利用数据索引的方式逐块提取共成像点道集，克服了计 算机内存无法存放全部共成像点道集数据体的缺陷，又充分利用了计算机可用 的内存资源。这种基于多节点分布式逆时偏移炮域成像数据的共成像点道集提 取方法降低了磁盘I／O操作工作量，并将大量的I／O操作由多个节点分担，实 现了逆时偏移偏移距域共成像点道集的高效率提取。

附图说明

图1是本发明方法的步骤框图。

图2是本发明方法中基于多节点炮域成像数据的共成像点道集提取的步骤 框图。

图3是利用本发明方法提取得到的偏移距域共成像点道集。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

(1)逆时偏移炮域成像数据的存放

每个计算机节点(这个步骤中的计算机节点对应下面的从节点)在本地磁 盘新建一个存放逆时偏移炮域成像数据体的文件。每个节点在逆时偏移计算过 程中，对每一炮数据采用互相关成像条件获得该炮的成像结果(采用互相关成 像条件获得该炮的成像结果的具体方法请参考文献：Chattopadhyay S， McMechan G A.Imaging conditions for prestack reverse-time  migration[J].Geophyscs，2008，73(3)：S81~S89和公开号为CN102565854A的 专利“叠前逆时偏移成像的方法及装置”)；为成像结果添加道头形成成像数据， 包含炮点坐标、成像点坐标等重要信息；再将该炮成像数据写入该计算机节点 本地磁盘的炮域成像数据体(一个炮域成像数据体包括多个炮的成像数据)文 件。

(2)偏移距共成像点道集提取的投影

读取(1)获得的炮域成像数据体中的一道数据，获得炮点坐标、成像点坐 标信息，并按下式计算炮点到成像点的偏移距：

其中表示成像点坐标，表示炮点坐标。

成像点坐标确定该道数据要投影到的共成像点道集的线号、道集号，偏移 距确定该道数据要投影到道集内哪个偏移距范围的道上。通常，一个共成像点 道集数据体有N条线，每条线有M个道集，每个道集有L道。

这样，就将(1)得到炮域成像数据体通过(2)的方式投影获得了共成像 点道集。

(3)基于多节点分布式逆时偏移炮域成像数据的共成像点道集提取流程

实现流程见图1，包括两大部分：

1)多节点逆时偏移计算，每个节点在本地磁盘存放炮域成像数据 体，采用上面的(1)中的内容来实现。

2)基于多节点炮域成像数据的共成像点道集提取。

其中，第2)步包含以下六个步骤，实现流程见图2，具体描述如下：

①MPI初始化，并行程序开始。

②从用户填写的作业卡中读入共成像点道集的提取参数和每个 节点(包括从节点和主节点)的最大使用内存

③主节点在共享磁盘上初始化四维共成像点道集数据体：写入各 道的道头信息，数值置为零。具体如下：在这个并行程序中，从节点slave  nodes负责抽道集，主节点master node负责把各个从节点的结果叠加 一起并将叠加好的道集数据体写入磁盘。共成像点道集数据体是四维 的，第一维深度点，第二维道集偏移距道号，第三维道集号，第四维线 号。初始化是指磁盘上生成一个文件。地震数据文件是一道一道存放的， 每道包含两部分：道头和数据。初始化是仅有道头信息，数值为0，等 后面道集数据抽取好都把0值替换掉。

④每个从节点对本地磁盘上的炮域成像数据体创建数据索引，逐 道读取道头信息确定该道数据要投影到的道集位置。理论上道集位置由 线号、道集号、道号三个参数标识，线号、道集号由成像点坐标确定， 道号由偏移距确定(采用上面(2)中的内容得到)。由于计算机内存有 限，首先按节点最大使用内存对共成像点道集数据体进行分块(一个节 点对应多块。每个节点内存一般能用50G，道集是200G，需要分4块， 逐块做)，然而建立数据索引时，投影的道集位置由块号、块内线号、 道集号和道号四个参数标识。

⑤按照数据索引逐块提取共成像点道集(各节点同时工作，都对 自己节点上的炮域数据做抽道集)。从第一块开始，每个从节点按照数 据索引从本地磁盘中读取炮域成像数据，投影叠加到内存中的该块共成 像点道集数据体上(每个节点上道集数据体都是一样大小的，都是完整 的道集体，每个炮域数据投影都落到道集上。)；每一块投影完成后，调 用MPI_Reduce函数将各节点的该块共成像点道集数据体规约叠加，并 由主节点写入共享磁盘中的共成像点道集文件。即等所有从节点完成第 一块的投影，就进行规约叠加，然后各个从节点开始进行第二块的投影， 然后依此类推，直到完成最后一块的处理。

⑥MPI并行结束，程序退出。

MPI(Message Passing Interface)是由学术界、政府和工业协会共同开 发的一个消息传递编程模型的实现标准，是目前分布式存储系统上的主流编程 模型。MPI_Reduce是MPI中定义的一个全局归约操作函数，用于将所有进程中 的同一数据按设定的算术运算符(加减等)归约到一个指定进程。

利用本发明方法对新疆某区地震资料进行了逆时偏移和偏移距共成像点道 集提取，图3是采用本发明提取得到的共成像点道集数据体中的一个道集。新 疆该地震资料逆时偏移炮域成像数据体共32T，若利用原有技术单节点不依赖内 存的提取方式，完成整个共成像点道集提取耗时需60天，而采用本发明利用100 个节点仅需要8小时，本发明的效率远远高于原有技术。

本发明针对逆时偏移偏移距域共成像点道集提取中I／O操作频繁、运算效 率低的问题，提出一种基于多节点分布式逆时偏移炮域成像数据的共成像点道 集提取方法。方法流程是：首先进行多节点逆时偏移计算，每个节点在本地磁 盘盘存放炮域成像数据体；然后利用数据索引方式进行基于多节点炮域成像数 据的共成像点道集提取。本发明可用于逆时偏移偏移距域共成像点道集提取， 运算效率远远高于单节点不依赖内存的提取技术。

本发明针对从逆时偏移海量单炮成像数据体抽取共成像点道集困难的问 题，涉及基于多节点分布式成像数据的共成像点道集提取并行实现和采用数据 索引减小内存开支的共成像点道集提取方式，可用于逆时偏移偏移距共成像点 道集提取。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选的，而并不具有限制性的意义。