基于CUDA平台地震数据处理研究

湖南大学硕士学位论文基于CUDA平台地震数据处理研究姓名：彭俊杰申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李肯立20090511基于CUDA平台地震数据处理研究作者：彭俊杰学位授予单位：湖南大学相似文献(10条)1.期刊论文郑海山地震偏移技术研究进展-世界地质2000,19(4)以实现空间正确归位为目的的地震偏移技术方法业已历经了长足发展.三维叠前深度偏移成为人们理论研究的热点,然而在综合考虑偏移策略、算法、参数和速度等决定剖面质量因素之后,不难发现理论与实际应用上的巨大差距.近期地震偏移技术的研究进展迅速,三维深度偏移和适用于复杂介质情况的综合方法将有望成为今后的发展方向.2.期刊论文马义忠.于更新.符力耘.MAYi-zhong.YUGeng-xin.FULi-yun复杂地表低信噪比地震数据处理研究-地球物理学进展2008,23(6)焉耆盆地地质条件复杂,侏罗纪末燕山运动和第三纪喜山运动的挤压推覆作用在焉耆盆地南缘霍拉山前形成一系列推覆构造.由于地形起伏大,近地表结构复杂,采集的地震资料信噪比较低;以推覆构造为主体的地下地质复杂性给地震成像造成极大的困难.针对该复杂地区低信噪比地震资料,在偏移前资料预处理中,通过采取一系列旨在提高信噪比、重建反射信号的技术,为后续的复杂构造成像处理奠定基础.针对断裂交错的复杂推覆构造成像,采用增强高波数波场成像的半解析Fourier地震偏移方法,能很好地成像强速度对比下的陡倾角大断裂地质构造,有效突出推覆体构造的空间形态,改善推覆体下的成像效果.3.学位论文袁修贵多分辨分析理论与深度成像和地震数据处理2005地震数据处理，特别是对波动方程地震偏移成像方法的研究是二十世纪后期研究的主要方向，建立在波场反向外推基础上的波动方程地震偏移成像方法取得了很大的成功，但随着地球物理勘探的深入发展，这些方法还不能满足地球物理勘探的要求。另一方面，随着勘探技术的提高，使得要保存和处理的地震数据量不断膨胀，如何节省存贮地震数据所需空间(物理空间和计算空间)，已成为地震勘探工作中一个非常关心的问题。本研究涉及到地球物理科学、理论数学、计算数学、信号处理、计算机技术等多门学科，并仍然是今后需要深入研究的重要课题，研究有较好的理论与实际价值。随着小波分析的发展，近年来发展起来的Ridgelet变换是定义在Radon域上的一维小波变换，它是基于现代调和分析的理论和方法，利用一系列高维“脊函数”迭加的实现了对高维(大于0维)奇性有效描述。由于Ridgelet变换同时具有小波具有良好的局部性与Radon变换的直线(或平面)奇性分析能力，而反映地质构造的地震观测数据具有的沿直线(或平面)的奇性特征，使得Ridgelet变换成为地震数据有效的描述和分析工具。论文提出了更能表征地球物理结构特征的多分辨地震偏移成像外推计算方法，建立了基于Ridgelet变换的多分辨地震偏移成像外推计算方法，论文理论及实验结果表明方法能有效地应用于地震成像，能较好、较精确地解决或反映地球复杂结构的局部特征，能有效克服小波变换在高维空间，对具有直线、平面奇性的描述的缺点。论文利用小波进行非均匀采样，建立了基于波动方程积分解的高分辨成像方法；利用小波多分辨分析理论，推导出了二阶偏导算子的多分辨小波表示，并将它用于波动方程成像的数值计算中，建立了2D、3D小波域-频率域-深度成像方法(WFD)，突破了小波变换仅用于数值计算的预处理手段，真正将小波多分辨分析与地震波动方程成像方法结合了起来，获得了具有高精度、快速的外推成像计算方法。通过与有限差分方法的分析比较，说明该方法保持了小波基良好的紧支撑性、光滑性与多分辨分析的“数学显微镜”功能的特点。该方法在实际地震资料成像处理中应用取得了较好的效果。论文提出了局部有限Ridgelet变换，以及小波变换与局部有限Ridgelet变换的结合用于地震数据的压缩与去噪处理的方法，改进了单纯用小波变换处理的不足，新的处理方法，不仅能有效处理直线、平面奇性的地震数据去噪与压缩问题，还能处理曲线或曲面奇性问题，同时使得结果具有较好的压缩率与较好的还原效果。并通过相应实例，分析、论证了它的有效性与优越性。4.期刊论文李肯立.彭俊杰.周仕勇.LIKen-li.PENGJun-jie.ZHOUShi-yong基于CUDA的Kirchhoff叠前时间偏移算法设计与实舷-计算机应用研究2009,26(12)Kirchhoff叠前时间偏移是地震数据处理中最耗时的常用模块之一.为加快计算和显示速度,针对CUDA平台多处理器流水线特性,对传统Kirchhoff叠前时间偏移算法在CUDA平台上进行了重新设计,包括基于CUDA的Kirchhoff叠前时间偏移算法、基于CUDA的纵波波动方程算法和GPU与CPU间的通信算法三个子算法.所有算法在NVIDIAGeForce8800GT系统上编译实现,通过对比相同数据在IntelCore2DueCPU2.0GHz的地震偏移,综合分析和实验结果表明,基于CUDA的Kirchhoff叠前时间偏移算法的计算速度最高可得到较传统CPU算法6倍的加速比,从而为快速处理地震偏移提供良好的支持.5.学位论文程玖兵强横向变速介质中的叠前深度偏移算法研究2000九十年代以来，地震勘探逐渐向中深层和复杂构造区域的精细勘探发展。在这种形势下，作为一种重要的地震数据处理和解释手段，地震偏移迫切需要新的发展以解决复杂地质体成像问题。实践证明常规的叠后时间偏移在复杂介质下，很难取得好的成像效果。于是，人们提出使用叠前深度偏移。常规的叠前深度偏移算法可以分为两类：一类是基于射线追踪的Kirchhoff积分算法，另一类是基于波场延拓的波动方程解法(如有限差分偏移、相移偏移和广义屏偏移等)。由于Kirchhoff积分偏移计算效率非常高，它在石油工业领域得到了广泛的应用。然而，利用程函方程求解初至旅行时的Kirchhoff积分偏移在成像效果上不如一些波动方程偏移方法。这主要是因为通过焦散区的射线由于存在多路径而产生的后至波可能携带重要的能量，这部分信息对深度成像而言是不应当忽略的。尽管基于完全Green函数射线理论(例如在计算中考虑多至走时及相应的振幅)的Kirchhoff偏移的成像质量有所提高。但不幸的是，这类算法非常复杂，计算代价特别大，且对焦散区并非完全有效。基于波动方程的递归偏移方法对Kirchhoff积分偏移有着得天独厚的优势。首先，它们是从全方程导出的，不是基于高频近似的渐进解。因此，波动方程偏移方法潜在地比较精确、稳健。其次，当向下延拓方法可用于波场延拓而又不增加计算维数时(例如零偏移距数据)，这类方法比Kirchhoff积分法的效率还高。波场延拓算子是递归偏移方法的关键，它们一般是从单程波方程推导出来的。通常大家较为关心的单程波方程偏移的典型算法是有限差分方法和付立叶方法。前者容易处理速度的横向变化，但其缺点在于存在频散和成像倾角限制。后者不存在频散且对水平层状介质能精确成像，不过，它只适用于水平层状地层。本文采用共轭梯度法优化傍轴近似方程的系数，提出了一种频率空间域的有限差分波场延拓方法，并在反射系数估算意义下，推导出了叠前深度偏移的成像公式。并且发现，当深度偏移算子中的折射项方程采用时移处理，并且和成像计算中关于坐标变换复原的时移处理合并在一起时，计算可大大简化。为了利用付立叶方法的优势，许多地球物理学家提出在双域(即频率波数域和频率空间域)进行地震波成像处理，先后提出了分步付立叶偏移、付立叶有限差分偏移等算法。论文详细介绍了这两种偏移算法的基本原理，分析了波场延拓算子的相对误差，而且还对付立叶有限差分偏移算子提出了优化改进的的思路。波的传播和成像问题是有着密切联系的。DeHoop(1988)等人为了研究波在随机介质中的传播问题，基于波的散射理论提出了早期的屏方法。WuRS．&HuangL．J．等在近十年来发展了广义屏方法，并且用于叠前深度偏移成像。论文对比了各种广义屏方法，而且对它们之间的相互关系和稳定性进行了讨论。本文在Kirchhoff—Helmholtz积分意义下，从方法原理上把上文提到的几种递归偏移方法统一起来，并阐述了它们之间的相互联系。借助于脉冲响应和复杂模型偏移的数值计算结果，文中进一步对比了频率空间域有限差分法、付立叶有限差分法、分步傅立叶(相屏)法和广义屏方法各自的特点，为我们解决不同的实际问题选择合适的偏移方法提供了依据。最后对波动方程三维叠前深度偏移的思路提出了探索性观点。6.会议论文胡自多.吕锡敏.王建华库车地区高陡构造低信噪比资料处理方法研究2001针对库车前陆逆冲带高陡构造地震资料处理难点,对穿越库车坳陷7个不同二级构造带的16条测线进行方法攻关和研究性处理.首先结合地质地震模型对原始资料品质进行详细分析,找出影响剖面质量的原因,然后重点解决好5个关键技术:山地静校正、叠前叠后去噪、子波处理及相位校正、高陡构造速度分析、复杂地区偏移成象技术,最后总结出一套适合于库车地区高陡构造低信噪比地震资料的处理方法.7.期刊论文马在田.MAZai-tian反射地震成像分辨率的理论分析-同济大学学报（自然科学版）2005,33(9)地震分辨率是地震数据处理和偏移成像中的重要问题.从Ricker开始研究地震分辨力至今已经50多年了,但是大部分的研究集中在原始地震观测道的垂向分辨力上.近年来开始讨论地震偏移成像的空间分辨力的概念.Beylcin,Wu和Toksoz,Seggern,Vermmer,Chen和Schuster等人做过成像分辨力的研究,但都是根据定性分析或试验讨论影响地震成像分辨力的若干因素.据此在明确分辨力与分辨率的定义之后,从理论上对地震成像分辨率进行系统分析并给出了地震成像分辨率的定量计算式.影响地震成像空间分辨率在三维情况下有八项因素.它们分别为地震波的频率f、波的传播速度v、炮检距2h、炮检距中点M距成像点的地面位置(原点O)的水平距离L、中点M与原点O的连接线的方位角α、成像点深度z、计算成像分辨率的空间方向矢量的方位角θ(从x方向逆时针计算)和该矢量与正Z轴的夹角β.每个因素均有不同的作用,其中频率和速度可合并为波长λ.这些因素可分为三种类型:第一种是观测参数,如λ和h;第二种是成像孔径参数,如L和α;第三种为地质参数,如z,β和θ.通过地震成像分辨率定量分析获得以下几点重要认识:成像分辨率随波长的减小而提高;成像分辨率随成像点的深度增大而降低;成像孔径内的最大炮检距地震道应限定其空间分辨率大于等于1/2;最大分辨率的地震记录位于地面点(lm,θm)上,其中Lm=-ztanβ,θm是根据计算需要事先给定的,它对应地层的上倾方向.为了提高成像分辨率,应当将孔径中点放在(lm,θm)上,孔径大小由最远道的空间分辨率为1/2所限定.此外,还讨论了叠前偏移和叠后偏移的空间分辨率,并证明在讨论垂直成像分辨率(β=0)的情况下两者是相同的,否则二者是不相同的.8.学位论文丁科地震逆散射理论与深度成像2002地震数据处理方法中,地震偏移、地震层析成像和波动方程系数反演构成了二十世纪后期研究的主要方向,其中以地震偏移研究地球内部细结构最为成功,地震层析成像和波动方程系数反演取得了很大进展.然而,这些方法存在的一个根本性问题是在进行反演时需要建立一个速度模型,反演结果的好坏在很大程度上依赖于速度模型建立得恰当与否.而地震波的传播速度是地震勘探中一个至关重要的参数,如果已知了传播速度,那就没必要再进行反演了.因此,解决这一根本性的矛盾是现在和以后研究的重大课题.地震波反演的另一个障碍,主要是所记录的地震波响应中频率信息及相应的振幅真值的不完整与严重缺失.其中高频信息的缺失,直接影响地震波对地层层位识别的分辨率;低频成分的缺失导致重构波阻抗的失败.采集系统特性和技术指标决定了所记录的地震波振幅值为近似的相对振幅,用这样的相对振幅作为地震波参数反演的振幅真值依据,必然导致反演参数值的严重失真.这样使得即使在满足弱散射的条件,运用Born近似反演技术,也仅可以获得界面位置,而得不