一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法技术

本发明专利技术涉及到油气勘探技术领域，尤其涉及到一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法；该方法将采集到的地震数据作为双程波动方程的边界数据输入，从炮点出发求解波动方程得到正传波场，同时在时间上逆时传播得到反传波场(即逆向波场)值，通过对应时刻的正传波场与逆向波场做零延时互相关(采用互相关成像条件)运算得到成像剖面，最终得到成像结果输出成像结果；本发明专利技术通过这种方式大大降低了数据存储量的要求，通过用计算换取空间的方式提高了整体系统计算效率，对于3D

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法


[0001]本专利技术涉及到油气勘探
，尤其涉及到一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法。

技术介绍

[0002]近年来随着我国油气资源的急缺，国家对能源的开发和利用提出了更高的要求，寻找新的油气资源不仅要最大限度地增加已发现油气藏的产量，更需要在日益复杂的地区中寻找新的油气田。在复杂油气藏勘探过程中，地震成像作为一种工具正发挥着愈加重要的作用。逆时偏移(RTM)相对于其它偏移方法的优越性有：其成像精度高、不存在倾角限制等，能够满足复杂地质构造偏移成像要求。逆时偏移主要包括基于双程波方程的震源波场进行正向外推、接收波场进行反向外推和成像条件应用三个关键步骤，实现过程可简要表述为：首先利用双程波方程对震源波场进行正向外推，并保存外推波场；然后利用双程波方程对接收波场进行反向外推，每逆向外推一步，应用成像条件进行计算，得到局部成像数据体；最后将所有炮集的逆时偏移结果进行叠加，得到最终的叠前深度偏移成像结果。逆时偏移在成像精度等方面较其他方法有明显的优势。但是，基于波动方程的逆时偏移属于一种高密度计算型任务，需要处理数据的计算量和存储量巨大。近年来，随着计算机技术的快速发展和计算能力的大幅提高，针对逆时偏移的大计算量和存储的解决方案也得以研究。针对于工业应用大规模的计算方式和架构也被研究。
[0003]长期以来，计算性能的提高主要得益于微处理器工作频率的提高，摩尔定律主宰着信息技术发展的步伐。主频的提高带来的系统发热问题日趋突出，系统功耗不断上升，这些问题也在不断地被物理因素制约。为了保证微处理器芯片性能的持续提高，更重要的是为了降低芯片功耗和复杂性，目前主流的商用CPU设计已全面采用多线程多核体系结构，双核和四核已成为CPU的主流产品，六核和八核CPU产品也已经大规模批量生产，预计处理器核的持续增加(称为众核处理器)将成为未来一段时间CPU技术发展的主要特征。如何快速有效地开发多核并行计算程序，对于充分发挥多核处理器系统的性能至关重要。在传统CPU由单核向多核(众核)发展的技术路线以外，当前活跃着几条新的技术路线，它们可能代表着未来高性能计算技术发展的重要方向。一个重要方向是基于FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列的可重构计算技术。无论是国际上还是国内，代表当前最高计算水平的千万亿次计算机系统都是采用了这种异构并行计算系统架构。如何构建异构并行计算系统上的多层次并行计算软件开发框架和编程工具，促进大规模并行计算应用软件的开发与移植，是实现异构并行计算系统大规模普及应用的关键。异构协同并行计算技术(FPGA)并行计算技术的发展可以提高整个地球物理资料大计算量的计算水平，给社会创造更多的经济效益；同时，各种技术进步又能促进计算机软硬件成本的降低，引入更多的计算机从事高性能计算。

技术实现思路

[0004]鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法。本专利技术可以大大增加RTM的计算效率降低了整个计算过程中的数据量，同时可以满足当前高密度采集的单炮数和深层超深层成像的计算要求。
[0005]一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，所述方法包括：
[0006]步骤S1：将采集到的地震数据作为双程波动方程的边界数据输入，从炮点出发求解波动方程得到正传波场；
[0007]步骤S2：将所述正传波场的边界存储至CPU介质中；
[0008]步骤S3:边界存储在CPU介质中后，在进行记录数据逆向波场，之后用差分方程重构出正传波场并读取CPU介质上的正传波场边界进行覆盖；
[0009]步骤S4:将正传波场和逆向波场做零延时互相关运算得到成像结果；
[0010]步骤S5：将互相关的成像结果传回CPU介质，在CPU介质侧完成数据叠加并将最终处理完的成像结果输出。
[0011]上述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，所述步骤S1中，在所述CPU侧准备正向延拓所需的地震数据，包括准备计算过程中所需的常量差分系数，速度参数，边界吸收参数，震源子波参数。
[0012]上述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，所述步骤S1中，通过硬件PCIE接口与FPGA进行数据交互，将常量差分系数，速度参数，边界吸收参数，震源子波参数传入FPGA进行单炮正向延拓计算，并将每一时刻对应的有效边界存储在步骤S2中的CPU介质中。
[0013]上述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，步骤S3中，采用时间2阶的差分方程，计算最后2个时刻正传波场的边界数据，作为逆向重构的波场初始值，将这两个时刻的波场初始值缓存在FPGA侧；之后延时间逆向延拓，并利用记录的正传波场初始值重构正传波场，从CPU侧读取有效边界进行边界覆盖。
[0014]上述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，步骤S4中，将同一时刻正传波场和逆向波场做零延时互相关运算得到单炮数据互相关的成像结果。
[0015]上述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其中，步骤S5中，在CPU介质侧完成数据叠加之后进行低频滤波处理，之后在将最终处理完的成像结果输出。
[0016]上述技术方案具有如下优点或有益效果：
[0017]本专利技术基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法利用FPGA的高并行计算优势，设计利用FPGA实现波场重构法的3D
‑
RTM(三维叠前逆时偏移)计算系统，采用FPGA进行一次波场正演计算，将波场有效边界数据记录在CPU介质中，在道集数据逆向延拓过程中，利用差分方程重构出正传的波场值，通过这种方式大大降低了数据存储量的要求，通过用计算换取空间的方式提高了整体系统计算效率，对于3D
‑
RTM在计算方面的需求得到满足。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比
例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。
[0019]图1是基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法流程图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术利用FPGA和CPU异构架构实现了波场重构方式的3D
‑
RTM算法，将3D
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RTM大的计算量放在FPGA中实现，利用PCIE高速数据交互接口将正演波场计算数据存储在CPU平台上，利用FPGA大的并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1：将采集到的地震数据作为双程波动方程的边界数据输入，从炮点出发求解波动方程得到正传波场；步骤S2：将所述正传波场的边界存储至CPU介质中；步骤S3:边界存储在CPU介质中后，在进行记录数据逆向波场，之后用差分方程重构出正传波场并读取CPU介质上的正传波场边界进行覆盖；步骤S4:将正传波场和逆向波场做零延时互相关运算得到成像结果；步骤S5：将互相关的成像结果传回CPU介质，在CPU介质侧完成数据叠加并将最终处理完的成像结果输出。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述CPU侧准备正向延拓所需的地震数据，包括准备计算过程中所需的常量差分系数，速度参数，边界吸收参数，震源子波参数。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的利用波场重构实现三维叠前逆时偏移方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过硬件PCIE...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文珺，陆敏旻，
申请(专利权)人：上海雪湖科技有限公司，
类型：发明
国别省市：